CN108149704A - 一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构，包括承台结构、上管桩、下管桩以及钢结构节点；所述承台结构由圆柱形段和顶部为圆台的锥形过渡段构成，所述圆柱形段和锥形过渡段一体成型，所述锥形过渡段位于所述圆柱形段上方；所述上管桩为若干根，一端呈圆周式均匀固定在承台结构下表面边缘处、另一端通过钢结构节点与所述下管桩固定相连，且所述上管桩与所述承台结构所在水平面的夹角小于90度；另外，本发明还提供一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构的安装方法。

Description

一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构及安装方法

技术领域

本发明涉及海洋工程结构的基础结构体系，具体的说，是涉及一种可整体拼装的海上风机预制装配式高桩承台基础结构及其配套装配安装方法。

背景技术

目前在海洋结构工程中，常用的基础型式包括桩基、支架式基础、导管架式基础、重力基础、筒型基础和浮动平台结构等几种。

一般情况下，桩基、支架式基础或导管架式基础所用钢管直径较大，重量较重，因此需要费用较高的打桩设备、海上运输设备及现场浇筑设备进行施工。重力式基础需要提前对施工海域的海床设计处理，以使其能够承受较大的重力式基础传递的荷载，而处理海床需要的费用较高，尤其在深水条件较深时，涉及的机械设备及施工材料成本都比较高。筒型基础主要为长筒状的钢制结构，施工过程虽然对设备要求不高，但其在工作状态下很容易产生钢结构屈曲或下沉不到位的情况，往往难以达到基础上结构物的荷载要求。浮式平台结构目前有Spar平台或张力腿平台，其设计、建筑和施工均比较复杂，成本投入非常高，对海域深度也有特别要求，特别是常见的浮式基础结构，施工设备要求较高，海域施工时费用较高。

综上所述，传统海上承台基础结构型式通常需要进行现场浇筑安装，不仅需要运输相应的浇筑材料且施工受海洋气候影响大，造成施工成本高、生产周期长的技术问题。同时，现浇带来的限制也影响了高桩承台基础的应用与推广，以至于现阶段较多地利用单桩。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构及安装方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构，其特征在于：包括承台结构、上管桩、下管桩以及钢结构节点；所述承台结构由圆柱形段和顶部为圆台的锥形过渡段构成，所述圆柱形段和锥形过渡段一体成型，所述锥形过渡段位于所述圆柱形段上方；所述上管桩为若干根，一端呈圆周式均匀固定在承台结构下表面边缘处、另一端通过钢结构节点与所述下管桩固定相连，且所述上管桩与所述承台结构所在水平面的夹角小于90度；

所述钢结构节点包括形状相同的上钢盘和下钢盘，所述上钢盘与所述下钢盘端部通过连接组合件相连相连，所述上钢盘的上端部设有与上管桩端部的螺纹孔一相配的预留螺纹扣一，所述下钢盘的下端部设有与下管桩端部的螺纹孔二相配的预留螺纹扣二；所述连接组合件包括连杆、卡环和弹簧，所述连杆的上端部为螺纹结构，与设置在所述上钢盘下表面的螺纹孔三相配，所述连杆的下端部为T形结构的锥形，所述连杆上设有一体成型的挡环，所述挡环与连杆下端部凸起部之间设有卡环，所述卡环的外部设有弹簧，所述下钢盘的上表面设有与所述连杆下端部相配的凹孔，所述凹孔的侧壁上设有与所述卡环相配的凹槽；所述上钢盘和所述下钢盘的连接处设有保护套。

进一步，所述承台结构内部为空心结构，用于提供800t浮力。

进一步，所述下管桩直径为1m，长度为15m；所述承台结构总高6m，其中，圆柱形段直径为15m，锥形过渡段顶部圆台直径为8m，锥形过渡段高为3m。

进一步，所述钢结构节点、所述上管桩和所述下管桩的材质、形状、尺寸均相同。

进一步，所述承台结构为钢制或钢与混凝土混合浇筑而成。

进一步，所述承台结构中心位置处设有用于连接风机固定圆盘的连接支座。

本发明还提供了一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，根据所承荷载进行高桩承台基础的受力设计，确定预制承台结构、上管桩、下管桩和钢结构节点的尺寸，并进行承台结构、上管桩、下管桩和钢结构节点的预制；

步骤二，在岸上，对下管桩与钢结构节点进行组合安装，对承台结构与上管桩进行一体浇筑：

通过设置在下钢盘上的预留螺纹扣二与下管桩端部的螺纹孔二进行卡接，完成下钢盘与下管桩的组合安装，然后进行浇筑；然后将浇筑完成后的组合件拖运至施工场地；

步骤三，运用沉桩设备将下管桩沉入海底，至达到设计深度和设计持力层，并固定在海床上；

步骤四，对与承台结构一体浇筑的上管桩和上钢盘进行组合安装：1.通过设置在上钢盘上的预留螺纹扣一与上管桩端部的螺纹孔一进行卡接，完成上钢盘与上管桩的组合安装；2.将连杆的上端部旋进上钢盘的螺纹孔三内，完成上钢盘与连杆的连接；3.完成后航拖至施工场地；

步骤五，对步骤三沉桩后的下管桩与步骤四的组合安装后的承台结构进行对接组装：1.将承台结构进行吊起；2在下钢盘上表面上的凹孔内装入弹簧，然后在弹簧内装入卡环；3.将吊起的承台结构上的连杆插入凹孔内，并用保护套对上钢盘和下钢盘连接处的缝隙进行密封，从而完成上管桩与下管桩的无缝对接，完成高桩承台基础结构的安装。

本发明所达到的有益技术效果：

（一）本发明设计构思巧妙，核心技术原理明确，使用钢结构连接节点进行高桩承台基础结构的施工安装，钢结构拼装速度快、效率高；对海上施工场地工况要求低，省去了海上现场浇筑环节。不仅可以大幅提高施工进度，并且无需增加额外的安装设备。合理的钢结构节点设计能够保证基础上部结构系统使用的稳定条件。

（二）本发明的高桩承台基础结构，材料用量较少；管桩基础为海洋工程中较为通用的管桩形式，施工简单，成本较低；统一的钢结构节点构造也可以进行集成化设计和生产，提高从设计到施工的生产成本和工作效率，加快整个生产周期的顺利进行。

（三）本发明的配套安装方法仅需通用的设备即可完成，承台结构运输也可浮运拖航，安装过程中通过通用吊装设备进行吊装即可，所需施工设备较少，并且涉及的都是较为常见的海上施工设备，施工过程简便、快速，大幅度降低了基础结构的海上安装成本和现场施工费用，能够显著节省综合造价。

附图说明

图1本发明之高桩承台基础结构的结构示意图；

图2本发明之钢结构节点结构示意图；

图3本发明之连接组合件示意图；

图4本发明之连杆和卡环结构示意图；

图5本发明之钢结构节点和上管桩、下管桩装配示意图。

其中：1承台结构；2下管桩；3钢结构节点；11上管桩；12螺纹孔一；22螺纹孔二；31上钢盘；32下钢盘；33卡环；34弹簧；35连杆；36连接组合件；37保护套；38挡环。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

如图1-5所示，本发明提供一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构，包括承台结构1、上管桩11、下管桩2以及钢结构节点3；所述承台结构1由圆柱形段和顶部为圆台的锥形过渡段构成，所述圆柱形段和锥形过渡段一体成型，所述锥形过渡段位于所述圆柱形段上方；所述上管桩11为若干根，一端呈圆周式均匀固定在承台结构1下表面边缘处、另一端通过钢结构节点3与所述下管桩2固定相连，且所述上管桩11与所述承台结构1所在水平面的夹角小于90度；

所述钢结构节点3包括形状相同的上钢盘31和下钢盘32，所述上钢盘31与所述下钢盘32端部通过连接组合件36相连相连，所述上钢盘31的上端部设有与上管桩11端部的螺纹孔一12相配的预留螺纹扣一312，所述下钢盘32的下端部设有与下管桩2端部的螺纹孔二21相配的预留螺纹扣二322；所述连接组合件36包括连杆35、卡环33和弹簧34，所述连杆35的上端部为螺纹结构，与设置在所述上钢盘31下表面的螺纹孔三311相配，所述连杆35的下端部为T形结构的锥形，所述连杆35上设有一体成型的挡环38，所述挡环38与连杆35下端部凸起部之间设有卡环33，所述卡环33的外部设有弹簧34，所述下钢盘32的上表面设有与所述连杆35下端部相配的凹孔321，所述凹孔312的侧壁上设有与所述卡环33相配的凹槽；所述上钢盘31和所述下钢盘32的连接处设有保护套。

承台结构1的底部沿圆周边缘处均匀布置有所需长度的上管桩11。承台结构1为所述承台结构内部为空心结构，可提供800t有效浮力的承台结构，浮力主要通过钢制密闭空心圆台提供，承台结构的整体外形为圆台，底部直径为15m，顶部直径为8m，总高度为6m，过渡段高度为3m。承台结构1可选用全由钢制或钢与混凝土混合浇筑而成，用于提供800t浮力。

所述下管桩2直径为1m，长度为15m；所述承台结构1总高6m，其中，圆柱形段直径为15m，锥形过渡段顶部圆台直径为8m，锥形过渡段高为3m。所述钢结构节点3、所述上管桩11和所述下管桩2的材质、形状、尺寸均相同。所述承台结构1为钢制或钢与混凝土混合浇筑而成；所述承台结构1中心位置处设有用于连接风机固定圆盘的连接支座。

本发明还提供了一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，根据所承荷载进行高桩承台基础的受力设计，确定预制承台结构1、上管桩11、下管桩2和钢结构节点3的尺寸，并进行承台结构1、上管桩11、下管桩2和钢结构节点3的预制；

步骤二，在岸上，对下管桩2与钢结构节点3进行组合安装，对承台结构1与上管桩11进行一体浇筑：

通过设置在下钢盘32上的预留螺纹扣二322与下管桩2端部的螺纹孔二21进行卡接，完成下钢盘32与下管桩2的组合安装，然后进行浇筑；然后将浇筑完成后的组合件拖运至施工场地；

步骤三，运用沉桩设备将下管桩2沉入海底，至达到设计深度和设计持力层，并固定在海床上；

步骤四，对与承台结构1一体浇筑的上管桩11和上钢盘31进行组合安装：1.通过设置在上钢盘31上的预留螺纹扣一312与上管桩11端部的螺纹孔一12进行卡接，完成上钢盘31与上管桩11的组合安装；2.将连杆35的上端部旋进上钢盘31的螺纹孔三311内，完成上钢盘31与连杆35的连接；3.完成后航拖至施工场地；

步骤五，对步骤三沉桩后的下管桩2与步骤四的组合安装后的承台结构1进行对接组装：1.将承台结构1进行吊起；2在下钢盘32上表面上的凹孔321内装入弹簧34，然后在弹簧34内装入卡环33；3.将吊起的承台结构1上的连杆35插入凹孔321内，并用保护套37对上钢盘31和下钢盘32连接处的缝隙进行密封，从而完成上管桩11与下管桩2的无缝对接，完成高桩承台基础结构的安装。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种海上风机预制装配式高桩承台基础结构，其特征在于：包括承台结构、上管桩、下管桩以及钢结构节点；所述承台结构由圆柱形段和顶部为圆台的锥形过渡段构成，所述圆柱形段和锥形过渡段一体成型，所述锥形过渡段位于所述圆柱形段上方；所述上管桩为若干根，一端呈圆周式均匀固定在承台结构下表面边缘处、另一端通过钢结构节点与所述下管桩固定相连，且所述上管桩与所述承台结构所在水平面的夹角小于90度；

所述钢结构节点包括形状相同的上钢盘和下钢盘，所述上钢盘与所述下钢盘端部通过连接组合件相连相连，所述上钢盘的上端部设有与上管桩端部的螺纹孔一相配的预留螺纹扣一，所述下钢盘的下端部设有与下管桩端部的螺纹孔二相配的预留螺纹扣二；所述连接组合件包括连杆、卡环和弹簧，所述连杆的上端部为螺纹结构，与设置在所述上钢盘下表面的螺纹孔三相配，所述连杆的下端部为T形结构的锥形，所述连杆上设有一体成型的挡环，所述挡环与连杆下端部凸起部之间设有卡环，所述卡环的外部设有弹簧，所述下钢盘的上表面设有与所述连杆下端部相配的凹孔，所述凹孔的侧壁上设有与所述卡环相配的凹槽；所述上钢盘和所述下钢盘的连接处设有保护套。

2.根据权利要求1所述的海上风机预制装配式高桩承台基础结构，其特征在于：所述承台结构内部为空心结构，用于提供800t浮力。

3.根据权利要求1所述的海上风机预制装配式高桩承台基础结构，其特征在于：所述下管桩直径为1m，长度为15m；所述承台结构总高6m，其中，圆柱形段直径为15m，锥形过渡段顶部圆台直径为8m，锥形过渡段高为3m。

4.根据权利要求1所述的海上风机预制装配式高桩承台基础结构，其特征在于：所述钢结构节点、所述上管桩和所述下管桩的材质、形状、尺寸均相同。

5.根据权利要求1所述的海上风机预制装配式高桩承台基础结构，其特征在于：所述承台结构为钢制或钢与混凝土混合浇筑而成。

6.根据权利要求1所述的海上风机预制装配式高桩承台基础结构，其特征在于：所述承台结构中心位置处设有用于连接风机固定圆盘的连接支座。

7.根据权利要求1-6所述海上风机预制装配式高桩承台基础结构的安装方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，根据所承荷载进行高桩承台基础的受力设计，确定预制承台结构、上管桩、下管桩和钢结构节点的尺寸，并进行承台结构、上管桩、下管桩和钢结构节点的预制；

步骤二，在岸上，对下管桩与钢结构节点进行组合安装，对承台结构与上管桩进行一体浇筑：

通过设置在下钢盘上的预留螺纹扣二与下管桩端部的螺纹孔二进行卡接，完成下钢盘与下管桩的组合安装，然后进行浇筑；然后将浇筑完成后的组合件拖运至施工场地；

步骤三，运用沉桩设备将下管桩沉入海底，至达到设计深度和设计持力层，并固定在海床上；

步骤四，对与承台结构一体浇筑的上管桩和上钢盘进行组合安装：1.通过设置在上钢盘上的预留螺纹扣一与上管桩端部的螺纹孔一进行卡接，完成上钢盘与上管桩的组合安装；2.将连杆的上端部旋进上钢盘的螺纹孔三内，完成上钢盘与连杆的连接；3.完成后航拖至施工场地；

步骤五，对步骤三沉桩后的下管桩与步骤四的组合安装后的承台结构进行对接组装：1.将承台结构进行吊起；2在下钢盘上表面上的凹孔内装入弹簧，然后在弹簧内装入卡环；3.将吊起的承台结构上的连杆插入凹孔内，并用保护套对上钢盘和下钢盘连接处的缝隙进行密封，从而完成上管桩与下管桩的无缝对接，完成高桩承台基础结构的安装。