CN109811786B - 一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构 - Google Patents

一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及海上风电基础结构领域,目的在于提供一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,包括单桩、钢桩和至少一个的连接件,所述单桩的内径大于所述钢桩的外径,所述单桩和钢桩同轴设置,所述钢桩的一端嵌入所述单桩的一端内且所述钢桩的嵌入部分与单桩之间具有间隙,所述连接件设置在所述钢桩的嵌入部分的顶端且所述连接件的两端分别与钢桩的外侧壁和单桩的内侧壁固定连接,所述钢桩的嵌入部分与单桩之间的间隙内填充灌注物且所述灌注物包裹连接件。采用小直径钢桩代替大直径钢管桩继续沉桩,钻孔的直径就减小,施工难度降低,嵌岩钻孔的工程量减少,缩短了施工周期,减小了用钢量,经济效益好。

Description

一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构
技术领域
本发明涉及海上风电基础结构领域,特别涉及一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构。
背景技术
风能作为绿色清洁可再生能源已受到各国能源开发者的青睐,在海上风电场的建设中,基础结构是重中之重。海上环境复杂多变,基础结构的安全性、经济性与适应性是制约海上风电开发的关键因素。
海上风电基础结构型式多种多样,包括多桩导管架、单桩、三脚架基础、重力式基础、筒形基础以及漂浮式基础等。由于单桩结构简单,受力明确,施工周期短,是实际工程中最广泛使用的基础型式。
单桩基础通常由单根大直径钢管构成,下部深入土中,提供承载力。适用于覆盖层较厚且表层土较好的海域,浅覆盖层需要嵌岩施工。单桩基础施工周期短,施工受天气影响小,但对于超大直径单桩就位施打必须具备大型沉桩设备,且单桩对垂直度要求很高,特别是嵌岩施工时,难施工度较大,施工周期长,大大增加了成本造价。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述缺陷,提供一种施工难度小,造价低的内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,包括单桩、钢桩和至少一个的连接件,所述单桩的内径大于所述钢桩的外径,所述单桩和钢桩同轴设置,所述钢桩的一端嵌入所述单桩的一端内且所述钢桩的嵌入部分与单桩之间具有间隙,所述连接件设置在所述钢桩的嵌入部分的顶端且所述连接件的两端分别与钢桩的外侧壁和单桩的内侧壁固定连接,所述钢桩的嵌入部分与单桩之间的间隙内填充灌注物且所述灌注物包裹连接件。
进一步的,所述连接件的数量为两个,两个连接件分别为第一连接件和第二连接件,所述第一连接件一体成型于所述单桩的一端部的内侧壁上,所述第二连接件一体成型于所述钢桩的一端部的外侧壁上。
进一步的,所述钢桩的一端的端部外侧壁表面设有第一嵌入件,所述单桩的一端的端部内侧壁表面设有第二嵌入件,所述第一嵌入件和第二嵌入件均嵌入至灌注物中。
进一步的,所述第一嵌入件垂直于所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,所述第二嵌入件垂直于所述单桩的一端的端部内侧壁表面。
进一步的,两个以上的第一嵌入件均匀间隔分布在所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,两个以上的第二嵌入件均匀间隔分布在所述单桩的一端的端部内侧壁表面,所述第一嵌入件和第二嵌入件沿单桩的轴向相互交错分布。
进一步的,所述第一嵌入件为栓钉、加劲板或者钢筋中的一种或多种均匀混合而成;所述第二嵌入件为栓钉、加劲板或者钢筋中的一种或多种均匀混合而成。
进一步的,所述灌注物为混凝土、高强灌浆或者钢筋混凝土中的一种或多种均匀混合而成。
进一步的,所述钢桩为圆形钢管或方形钢管。
本发明的有益效果在于:本发明内部小直径钢桩与外部大直径单桩组合的海上风电基础结构,大直径钢管桩在沉桩达到一定深度后,继续沉桩就需要采用钻机在岩层中钻孔,钻孔结束后才能继续沉桩,直径越大嵌岩钻孔难度越大,采用小直径钢桩代替大直径钢管桩继续沉桩,钻孔的直径就减小,施工难度降低,嵌岩钻孔的工程量减少,缩短了施工周期,减小了用钢量,经济效益好。
附图说明
图1是本发明实施例内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构的主视图;
图2是本发明实施例内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构的剖视图;
图3是本发明实施例内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构的剖视图;
图4是本发明实施例钢桩的剖视图;
标号说明:
1、单桩;2、钢桩;3、连接件;4、栓钉;5、灌注物。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明最关键的构思在于:采用小直径钢桩代替了大直径钢管桩沉桩,降低了嵌岩沉桩施工难度,减少嵌岩工程量,且缩短了施工周期,减少了用钢量,经济效益好。
请参阅图1至图4所示,本发明提供的一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,包括单桩1、钢桩2和至少一个的连接件3,所述单桩的内径大于所述钢桩的外径,所述单桩1和钢桩2同轴设置,所述钢桩的一端嵌入所述单桩的一端内且所述钢桩的嵌入部分与单桩之间具有间隙,所述连接件设置在所述钢桩的嵌入部分的顶端且所述连接件的两端分别与钢桩的外侧壁和单桩的内侧壁固定连接,所述钢桩的嵌入部分与单桩之间的间隙内填充灌注物5且所述灌注物包裹连接件。
本发明的工作过程为:大直径单桩1打入到一定深度无法再打入后,清理大直径单桩1桩内土体,接着在大直径单桩1体内下钻机钻孔,然后落放小直径钢桩2至孔底,接着用连接件3焊接大直径单桩1与小直径单桩2,最后在钻孔与小直径钢桩2的间隙和大直径单桩1与小直径钢桩2的间隙灌注混凝土。
从上述描述可知,本发明的有益效果在于:本发明是采用小直径钢桩2与大直径单桩1组合的海上风电基础结构,大直径钢管桩在沉桩达到一定深度后,继续沉桩难度非常大的情况下,采用一根小直径钢桩2代替大直径钢管桩,继续沉桩,由于小直径钢桩2较大直径钢管桩的沉桩难度较小,施工的要求较低。该基础结构降低了嵌岩沉桩施工难度,且周期短,减少了用钢量,经济效益好。
进一步的,所述连接件的数量为两个,两个连接件3分别为第一连接件和第二连接件,所述第一连接件一体成型于所述单桩的一端部的内侧壁上,所述第二连接件一体成型于所述钢桩的一端部的外侧壁上。
由上述描述可知,采用一体成型工艺能够提升连接件与所在侧壁的连接强度,从而确保当灌注物填充至嵌入部分与单桩之间的间隙内时,整体结构更加稳定。
进一步的,所述钢桩的一端的端部外侧壁表面设有第一嵌入件,所述单桩的一端的端部内侧壁表面设有第二嵌入件,所述第一嵌入件和第二嵌入件均嵌入至灌注物中。
由上述描述可知,通过所述第一嵌入件和第二嵌入件均嵌入至灌注物中,以提升灌注物与整个嵌入部分的结合度,进而提升结构稳定性。
进一步的,所述第一嵌入件垂直于所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,所述第二嵌入件垂直于所述单桩的一端的端部内侧壁表面。
由上述描述可知,所述第一嵌入件垂直于所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,所述第二嵌入件垂直于所述单桩的一端的端部内侧壁表面,有助于提升与灌注物的结合强度。
进一步的,两个以上的第一嵌入件均匀间隔分布在所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,两个以上的第二嵌入件均匀间隔分布在所述单桩的一端的端部内侧壁表面,所述第一嵌入件和第二嵌入件沿单桩的轴向相互交错分布。
由上述描述可知,上述结构设置可使两者的结合部的结合强度较为均衡,从而使整体达到最佳结合强度。
进一步的,所述第一嵌入件为栓钉、加劲板或者钢筋中的一种或多种均匀混合而成;所述第二嵌入件为栓钉、加劲板或者钢筋中的一种或多种均匀混合而成。
进一步的,所述灌注物为混凝土、高强灌浆或者钢筋混凝土中的一种或多种均匀混合而成。
进一步的,所述钢桩为圆形钢管或方形钢管。优先选择与单桩相同形状的钢管,例如都选择圆形钢管时,钢桩与单桩相结合时,两者的结合部强度沿周向较为均衡,并且在安装过程中便于嵌设操作。
请参照图1至图4所示,本发明的实施例一为:
本发明提供的一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,包括单桩、钢桩和至少一个的连接件,所述单桩的内径大于所述钢桩的外径,即为直径为7m的大直径单桩1和直径为5m的小直径钢桩2,两者长度均为30m;提前在大直径单桩1内壁和小直径钢桩2外壁分别焊接3排栓钉4,相邻两个栓钉4之间的间距为2m,同时保证两者的栓钉错开分布。
所述单桩和钢桩同轴设置,所述钢桩的一端嵌入所述单桩的一端内且所述钢桩的嵌入部分与单桩之间具有间隙,所述连接件设置在所述钢桩的嵌入部分的顶端且所述连接件的两端分别与钢桩的外侧壁和单桩的内侧壁固定连接,所述钢桩的嵌入部分与单桩之间的间隙内填充灌注物且所述灌注物包裹连接件。
若连接件的数量为一个时,连接件设置在所述钢桩的嵌入部分的顶端,也就是在所述钢桩的顶端,其中连接件包括多个连接杆或连接片,材质为钢,多个连接杆或连接片沿单桩的内圆周面均匀分布,优选数量为4个。
若连接件的数量为两个时,两个连接件分别为第一连接件和第二连接件,所述第一连接件一体成型于所述单桩的一端部的内侧壁上,对应所述单桩的底端部,所述第二连接件一体成型于所述钢桩的一端部的外侧壁上,对应所述钢桩的顶端。采用一体成型工艺能够提升连接件与所在侧壁的连接强度,从而确保当灌注物填充至嵌入部分与单桩之间的间隙内时,整体结构更加稳定。
当然连接件的数量超过两个时,均匀分布在嵌入部分内。
所述钢桩的一端的端部外侧壁表面设有第一嵌入件,所述单桩的一端的端部内侧壁表面设有第二嵌入件,所述第一嵌入件和第二嵌入件均嵌入至灌注物中。通过所述第一嵌入件和第二嵌入件均嵌入至灌注物中,以提升灌注物与整个嵌入部分的结合度,进而提升结构稳定性。
所述第一嵌入件垂直于所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,所述第二嵌入件垂直于所述单桩的一端的端部内侧壁表面。所述第一嵌入件垂直于所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,所述第二嵌入件垂直于所述单桩的一端的端部内侧壁表面,有助于提升与灌注物的结合强度。
两个以上的第一嵌入件均匀间隔分布在所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,两个以上的第二嵌入件均匀间隔分布在所述单桩的一端的端部内侧壁表面,所述第一嵌入件和第二嵌入件沿单桩的轴向相互交错分布。上述结构设置可使两者的结合部的结合强度较为均衡,从而使整体达到最佳结合强度。
所述第一嵌入件为栓钉、加劲板或者钢筋中的一种或多种均匀混合而成;所述第二嵌入件为栓钉、加劲板或者钢筋中的一种或多种均匀混合而成。所述灌注物为混凝土、高强灌浆或者钢筋混凝土中的一种或多种均匀混合而成。所述钢桩为圆形钢管或方形钢管。优先选择与单桩相同形状的钢管,例如都选择圆形钢管时,钢桩与单桩相结合时,两者的结合部强度沿周向较为均衡,并且在安装过程中便于嵌设操作。
本发明提供的一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构的使用方法为:首先打入大直径单桩1至岩层面附近至无法再打入为止,然后清理大直径单桩1内部的土体,在大直径单桩1体内下钻机钻孔,钻孔深度为15m,钻孔直径为5.3m,然后从大直径单桩1体内穿过且落放小直径钢桩2至孔底,接着用连接件3(钢板)焊接在小直径钢桩2的顶部,使得钢桩的外侧壁和单桩的内侧壁固定连接,通过灌浆管在钻孔与小直径钢桩2的间隙和大直径单桩1与小直径钢桩2的间隙灌注灌注物5(混凝土),并且所述灌注物包裹连接件,以提升整体复合基础结构的稳定性。
综上所述,本发明提供的一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,采用内部小直径钢桩与外部大直径单桩组合的海上风电基础结构,大直径钢管桩在沉桩达到一定深度后,继续沉桩就需要采用钻机在岩层中钻孔,钻孔结束后才能继续沉桩,直径越大嵌岩钻孔难度越大,采用小直径钢桩代替大直径钢管桩继续沉桩,钻孔的直径就减小,施工难度降低,嵌岩钻孔的工程量减少,缩短了施工周期,减小了用钢量,经济效益好。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,其特征在于:包括单桩、钢桩和至少一个的连接件,所述单桩的内径大于所述钢桩的外径,所述单桩和钢桩同轴设置,所述钢桩的一端嵌入所述单桩的一端内且所述钢桩的嵌入部分与单桩之间具有间隙,所述连接件设置在所述钢桩的嵌入部分的顶端且所述连接件的两端分别与钢桩的外侧壁和单桩的内侧壁固定连接,所述钢桩的嵌入部分与单桩之间的间隙内填充灌注物且所述灌注物包裹连接件。
2.根据权利要求1所述的内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,其特征在于:所述连接件的数量为两个,两个连接件分别为第一连接件和第二连接件,所述第一连接件一体成型于所述单桩的一端部的内侧壁上,所述第二连接件一体成型于所述钢桩的一端部的外侧壁上。
3.根据权利要求1所述的内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,其特征在于:所述钢桩的一端的端部外侧壁表面设有第一嵌入件,所述单桩的一端的端部内侧壁表面设有第二嵌入件,所述第一嵌入件和第二嵌入件均嵌入至灌注物中。
4.根据权利要求3所述的内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,其特征在于:所述第一嵌入件垂直于所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,所述第二嵌入件垂直于所述单桩的一端的端部内侧壁表面。
5.根据权利要求3所述的内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,其特征在于:两个以上的第一嵌入件均匀间隔分布在所述钢桩的一端的端部外侧壁表面,两个以上的第二嵌入件均匀间隔分布在所述单桩的一端的端部内侧壁表面,所述第一嵌入件和第二嵌入件沿单桩的轴向相互交错分布。
6.根据权利要求3所述的内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,其特征在于:所述第一嵌入件为栓钉、加劲板或者钢筋中的一种或多种均匀混合而成;所述第二嵌入件为栓钉、加劲板或者钢筋中的一种或多种均匀混合而成。
7.根据权利要求1所述的内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,其特征在于:所述灌注物为混凝土、高强灌浆或者钢筋混凝土中的一种或多种均匀混合而成。
8.根据权利要求1所述的内外钢管桩组合的海上风电复合基础结构,其特征在于:所述钢桩为圆形钢管或方形钢管。
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