CN109440805A - 一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海上风电基础技术领域，公开了一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础及其施工方法，包括筒顶盖和筒裙板组成的筒型结构，筒型结构内部设置有若干边舱；筒型结构内部环向均匀布置有若干短桩，每个短桩均设置在边舱内部；短桩顶端与筒顶盖齐平，且筒顶盖对应于短桩顶部端口开孔，短桩底端与筒裙板基本齐平；每个短桩内部嵌套有长桩，筒型基础就位后长桩的桩顶截断为与筒顶盖齐平，长桩顶端和短桩顶端一同封盖处理；施工方法可以是先打长桩后沉放筒型结构，也可以是先沉放筒型结构后打长桩。本发明具有较好的抗倾抗滑稳定性、承载力高、施工安装精准，提升了筒型基础在深水复杂海域安装的稳定性及安全性，扩大了筒型基础安装的运用范围。

Description

一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础及其施工方法

技术领域

本发明属于海上风电基础技术领域，具体的说，是涉及一种适用于深水复杂海域的新筒型基础及其施工方法。

背景技术

随着社会发展，全球能源供给与需求矛盾日益突出，出于对能源本身的有限性及其引发的安全问题和国家的可持续发展的考虑，风能作为一种可再生的清洁能源得到了各国的青睐。我国海岸线广阔，拥有丰富的海上风能资源。目前，我国海上风电开发主要集中在浅水海域，但大部分浅水海域地质条件差，并且国家在进行可持续发展规划中对近海海域的开发存在一定的保护和限制，这些都将促使我国风电开发从浅水向深水发展。

深水风电开发是大势所趋，前景广阔，但深水海域地质复杂、环境荷载复杂多变，要求基础结构具有较大的承载力和抗滑抗倾稳定性，而且深水沉放安装中受环境荷载的影响，筒型基础摆动大，给基础精准安装带来巨大挑战。这些都导致了现阶段深水海域风电开发难度大。

发明内容

本发明要解决的是海上风电筒型基础在深水复杂地质较差海域和恶劣风浪流环境荷载下，平稳沉放精准安装以及基础稳性不够和承载力不足的技术问题，提供了一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础及其施工方法，该基础结构形式具有较好的抗倾抗滑稳定性、承载力高、施工安装精准，提升了筒型基础在深水复杂海域安装的稳定性及安全性，进一步扩大了筒型基础安装的运用范围。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础，包括筒顶盖和筒裙板组成的筒型结构，所述筒型结构内部设置有若干边舱；所述筒型结构内部环向均匀布置有若干短桩，每个所述短桩均设置在所述边舱内部；所述短桩顶端与所述筒顶盖齐平，且所述筒顶盖对应于所述短桩顶部端口开孔，所述短桩底端伸出于所述筒裙板底端0-2cm；每个所述短桩内部嵌套有长桩，筒型基础就位后所述长桩的桩顶截断为与所述筒顶盖齐平，所述长桩顶端和所述短桩顶端一同封盖处理。

进一步地，所述边舱的数量为3-6个。

进一步地，所述短桩的外径为4-7m，壁厚为1-2cm。

进一步地，所述长桩的外径小于所述短桩的内径0.5-1cm，所述长桩的壁厚为5-8cm。

进一步地，所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩相互焊接构成所述筒型结构。

一种上述适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础的施工方法，按照如下步骤进行：

(1)将所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩、所述长桩预制完成，并将所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩进行组装焊接成所述筒型结构；

(2)组装成型的所述筒型结构和预制的所述长桩运到深水风电场安装；

(3)将所述长桩底端贯入海底持力层中，再将所述筒型结构以所述短桩穿过所述长桩进行下沉安装，直至所述筒型结构沉放到工程设计的入土深度；

(4)对所述长桩的桩顶进行水下截桩处理，使所述长桩桩顶与所述筒顶盖平齐，然后对所述长桩顶端和所述短桩顶端一同进行水下封盖处理。

一种上述适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础的施工方法，按照如下步骤进行：

(1)将所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩、所述长桩预制完成，并将所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩进行组装焊接成所述筒型结构；

(2)组装成型的所述筒型结构和预制的所述长桩运到深水风电场安装；

(3)将所述筒型结构沉放到工程设计的入土深度，再将所述长桩穿入所述筒型结构的所述短桩，直至所述长桩底端贯入海底持力层中；

(4)对所述长桩的桩顶进行水下截桩处理，使所述长桩桩顶与所述筒顶盖平齐，然后对所述长桩顶端和所述短桩顶端一同进行水下封盖处理。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础及其施工方法，使长桩贯入持力层中起到了防止筒型基础在水平向摆幅过大的作用，而且短桩、长桩与土体的侧摩阻力和短桩、长桩与筒顶盖结合后的桩端端承力的存在大大提高了筒型基础的承载力和抗滑抗倾稳定性，从而在一定程度上能够减少筒裙板入土深度，有利于节省施工时间和成本；在下沉安装中短桩和长桩均是开口的，能够减少挤土现象发生，从而减少排土量；截桩封盖处理后，长桩和筒型基础成为一个整体，筒型基础上部结构荷载通过筒顶盖、短桩、长桩传到地基，能够有效解决筒型基础与上部结构之间连接处应力集中的问题，在很大程度上能防止筒裙板发生屈曲，同时也增加了筒型基础的承载力和稳定性；当先打长桩再沉放筒型结构时，长桩还可以起到定位引导安装的作用。筒型结构是一种宽浅式结构，具有抗倾覆能力强、适用于深水和不良地基等特点，而对长桩数量、种类、直径和贯入深度的广泛选择和对筒内分舱、筒的直径的不同设计均会大大提高对深水复杂海域风资源的开发利用。

综上所示，本发明非常适合深水复杂海域风电开发，能够解决海上风电筒型基础在风浪流等荷载下运动响应较大，以及深水复杂海域施工安装不够精准，抗滑、抗倾能力低和承载力不足等问题。因此，本发明的长桩与短桩嵌套、桩筒结合的筒型基础结构具有巨大的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明所提供的长短桩筒型基础的未打长桩前的立体结构示意图；

图2是本发明所提供的长短桩筒型基础的打长桩后的立体结构示意图；

图3是本发明所提供的长短桩筒型基础的截桩封盖处理后的立体结构示意图。

上述图中：1、筒裙板，2、分舱板，3、主舱，4、边舱，5、短桩，6、长桩，7、筒顶盖，8、盖板。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图3示，本实施例公开了一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础，主要包括筒顶盖7、筒裙板1、分舱板2、短桩5、长桩6、盖板8。

筒顶盖7、筒裙板1组成开口向下的半封闭筒型结构，筒型结构内部设置有分舱板2，将筒型结构内部空间分成四个半封闭舱室，中央为主舱3，周围为边舱4。每个边舱4内部设置有一个短桩5，短桩5顶端与筒顶盖7齐平，且筒顶盖7对应于短桩5顶部端口开孔；为了在运输期便于对筒型结构进行浮运，短桩5底端伸出筒裙板1底端0-2m。短桩5的外径一般在4-7m范围内，壁厚为1-2cm，主要是出于对筒型结构的整体稳定性和防止其直径过大下沉时桩中出现土塞。

上述筒型结构的边舱4数量一般为3-6个，短桩5在筒型结构上环形均匀布置即可，可以每个边舱4内设置一个短桩5，也可以每间隔一个边舱4内设置一个短桩5(如六个边舱4的情况下)。

筒顶盖7、筒裙板1、分舱板2、短桩5均为钢质，彼此间的连接方式一般为焊接。短桩5与筒顶盖7之间可以采用焊接法或者法兰连接。

长桩6的数量与短桩5相同，长桩6由短桩5中穿过与短桩5形成嵌套，长桩6在长短桩筒型基础就位后，长桩6的桩顶截断为与筒顶盖7齐平，长桩6顶端和短桩5顶端一同通过盖板8或混凝土封盖处理。盖板8可以是预制圆盘状钢制板体，盖板8直径和短桩5外径一致，封盖后再将盖板8与筒顶盖7间的接缝水下焊接封闭；也可以现场进行水下混凝土浇筑封盖。短桩5和长桩6沉放安装过程中都是开口的，截桩封盖处理后，桩顶封闭，与筒顶盖7形成一体。

长桩6也为钢质，长桩6通常由锤击法将桩端贯入海底持力层中，其长度根据工程中持力层位置和海水深度合理确定即可。长桩6的壁厚设置为5-8cm，保证其承载力，防止发生屈曲和变形。长桩6的外径略小于短桩5的内径以方便安装，一般长桩6的外径小于短桩5的内径0.5-1cm。

本发明的长短桩筒型基础将短桩5插入土中以及长桩6贯入持力层中，能够让大范围的土体参与抵抗水平力及弯矩，充分发挥地基土体的水平向抗力，同时短桩5、长桩6与筒顶盖7一体连接，提高筒型基础的水平承载性能，改善筒型基础抗倾覆能力，使得筒形结构的设计可不用完全局限于地质条件的因素。

上述适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础的施工方法，可以采用先打长桩6后沉放筒型结构的方法，也可以采用先沉放筒型结构后打长桩6的方法：

A.先打长桩6后沉放筒型结构的方法按照如下步骤进行：

第一步，陆上预制与组装：在陆上将筒顶盖7、筒裙板1、分舱板2、短桩5、长桩6预制完成，并将筒顶盖7、筒裙板1、分舱板2、短桩5进行组装焊接成筒型结构。

第二步，基础托运：把组装成型的筒型结构和预制的长桩6运到深水风电场安装。

第三步，深水沉放安装：通过锤击法将长桩6底端贯入海底持力层中，再将筒型结构以其短桩5穿过长桩6进行下沉安装，直至筒型结构沉放到工程设计的入土深度。

第四步，截桩封盖：对长桩6的桩顶进行水下截桩处理，使长桩6桩顶与筒顶盖7平齐，然后对长桩6顶端和短桩5顶端一同进行水下封盖处理，使桩筒一体。

B.先沉放筒型结构后打长桩6的方法按照如下步骤进行：

第一步，陆上预制与组装：在陆上将筒顶盖7、筒裙板1、分舱板2、短桩5、长桩6预制完成，并将筒顶盖7、筒裙板1、分舱板2、短桩5进行组装焊接成筒型结构。

第二步，基础托运：把组装成型的筒型结构和预制的长桩6运到深水风电场安装。

第三步，深水沉放安装：将筒型结构沉放到工程设计的入土深度，再通过锤击法将长桩6穿入筒型结构的短桩5，直至长桩6底端贯入海底持力层中；

第四步，截桩封盖：对长桩6的桩顶进行水下截桩处理，使长桩6桩顶与筒顶盖7平齐，然后对长桩6顶端和短桩5顶端一同进行水下封盖处理，使桩筒一体。

上述两种施工方法中，水下截桩处理的具体方法可以是金刚石圆盘锯法、水下氧弧切割法等，截桩后把预制的圆盘状钢制盖板8盖上封死，再将盖板8与筒顶盖7间的接缝水下焊接封闭，截桩后也可以现场进行水下混凝土浇筑封盖。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础，包括筒顶盖和筒裙板组成的筒型结构，所述筒型结构内部设置有若干边舱；其特征在于，所述筒型结构内部环向均匀布置有若干短桩，每个所述短桩均设置在所述边舱内部；所述短桩顶端与所述筒顶盖齐平，且所述筒顶盖对应于所述短桩顶部端口开孔，所述短桩底端伸出于所述筒裙板底端0-2cm；每个所述短桩内部嵌套有长桩，筒型基础就位后所述长桩的桩顶截断为与所述筒顶盖齐平，所述长桩顶端和所述短桩顶端一同封盖处理。

2.根据权利要求1所述的一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础，其特征在于，所述边舱的数量为3-6个。

3.根据权利要求1所述的一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础，其特征在于，所述短桩的外径为4-7m，壁厚为1-2cm。

4.根据权利要求1所述的一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础，其特征在于，所述长桩的外径小于所述短桩的内径0.5-1cm，所述长桩的壁厚为5-8cm。

5.根据权利要求1所述的一种适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础，其特征在于，所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩相互焊接构成所述筒型结构。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础的施工方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

(1)将所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩、所述长桩预制完成，并将所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩进行组装焊接成所述筒型结构；

(2)组装成型的所述筒型结构和预制的所述长桩运到深水风电场安装；

(3)将所述长桩底端贯入海底持力层中，再将所述筒型结构以所述短桩穿过所述长桩进行下沉安装，直至所述筒型结构沉放到工程设计的入土深度；

(4)对所述长桩的桩顶进行水下截桩处理，使所述长桩桩顶与所述筒顶盖平齐，然后对所述长桩顶端和所述短桩顶端一同进行水下封盖处理。

7.一种如权利要求1-5中任一项所述适用于深水复杂海域的长短桩筒型基础的施工方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

(1)将所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩、所述长桩预制完成，并将所述筒顶盖、所述筒裙板、所述分舱板、所述短桩进行组装焊接成所述筒型结构；

(2)组装成型的所述筒型结构和预制的所述长桩运到深水风电场安装；

(3)将所述筒型结构沉放到工程设计的入土深度，再将所述长桩穿入所述筒型结构的所述短桩，直至所述长桩底端贯入海底持力层中；

(4)对所述长桩的桩顶进行水下截桩处理，使所述长桩桩顶与所述筒顶盖平齐，然后对所述长桩顶端和所述短桩顶端一同进行水下封盖处理。