CN109826225A - 海上风电机组单桩基础加固桩基结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上风电机组单桩基础加固桩基结构及施工方法，包括海上风电机组单桩基础，还包括至少三根绕着所述单桩基础呈圆周均布的钢管桩，至少三根钢管桩与单桩基础之间从上往下至少设有一层组合梁系结构，所述组合梁系结构包括固定套设在单桩基础外侧的中心套筒，所述中心套筒的外侧设有至少三个呈圆周均布的且位置与钢管桩的位置相对应的裙桩套筒，所述裙桩套筒固定套设在钢管桩的外侧，裙桩套筒与中心套筒之间固定有组合梁。本发明结构设计合理，能够提高单桩基础的水平承载力和刚度、结构整体稳定性，同时降低了投资成本，具有普遍适用性，在海洋风电领域中具有广泛的应用前景。

Description

海上风电机组单桩基础加固桩基结构及施工方法

技术领域：

本发明属于海上风力发电机组基础结构技术领域，尤其涉及一种海上风电机组单桩基础加固桩基结构及施工方法。

背景技术：

目前，国内外用于海上风电场的风电机组基础型式主要为桩基础、重力式基础、吸力筒基础和浮式基础四种，其中桩基础可细分为单桩基础、多脚架基础、导管架基础和高桩承台基础。单桩基础主要由一根大直径钢管桩构成，其桩长和埋置深度由水深、地质条件和风电机组荷载共同决定。单桩基础因其施工方便快捷、经济性好，在国外海上风电场得到了广泛应用，而且近年来随着海上风电施工船机设备施工能力的提升，海上风电机组单桩基础在国内海上风电场的占比正不断提高。

目前国内最大的单桩基础桩径为7～7.5m，然而未来随着风机机组容量提升，风电机组荷载将进一步加大，单桩基础桩径将达8～10m，而国内目前尚无8～10m桩基的施工能力。根据已建及在建的海上风电场施工经验统计，大直径单桩基础存在沉桩垂直度控制困难，对于基岩较浅的地质状况沉桩到位较为困难，对于表层软弱土体较厚的地质状况水平刚度较低单桩桩径较大等不足。这些不足直接或间接影响单桩基础施工质量、施工工期，进而提高项目的投资成本。随着工程的实施，在复杂的海洋地质状况下，海上风电单桩基础施工可能出现难以沉桩到位，水平刚度不足，沉桩垂直度误差过大等问题。如何高效经济地解决以上问题已成为海上风电单桩基础设计和施工中迫在眉睫的问题。

发明内容：

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种海上风电机组单桩基础加固桩基结构及施工方法，不仅设计合理，而且施工方便、质量好。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种海上风电机组单桩基础加固桩基结构，包括海上风电机组单桩基础，还包括至少三根绕着所述单桩基础呈圆周均布的钢管桩，至少三根钢管桩与单桩基础之间从上往下设有至少一层组合梁系结构。

进一步的，所述组合梁系结构包括固定套设在单桩基础外侧的中心套筒，所述中心套筒的外侧设有至少三个呈圆周均布的且位置与钢管桩的位置相对应的裙桩套筒，所述裙桩套筒固定套设在钢管桩的外侧，裙桩套筒与中心套筒之间固定有组合梁。

进一步的，所述中心套筒的下方设有固定套设在单桩基础外侧的并用以支撑住中心套筒的中心圈梁；所述裙桩套筒的下方设有固定套设在钢管桩外侧的并用以支撑住裙桩套筒的裙桩圈梁。

进一步的，所述中心套筒与单桩基础、裙桩套筒与钢管桩均通过灌浆连接；所述组合梁的两端分别与中心套筒及裙桩套筒焊接连接；所述中心圈梁与单桩基础、裙桩圈梁与钢管桩均通过焊接连接。

进一步的，所述组合梁采用单个型钢、单个钢管、多个型钢组合、多个钢管组合或者多个型钢与钢管组合的梁系结构。

进一步的，所述中心圈梁与裙桩圈梁均采用单个型钢、单个钢管、多个型钢组合、多个钢管组合或者多个型钢与钢管组合的梁系结构。

进一步的，所述钢管桩的数量为3～8根。

进一步的，至少三根钢管桩均与单桩基础相平行。

进一步的，至少三根钢管桩呈放射状分布，每根钢管桩均与单桩基础倾斜设置。

本发明采用的另一种技术方案是：一种海上风电机组单桩基础加固桩基结构的施工方法，A、若在海上风电机组单桩基础设计阶段，根据预先的结构设计判断海上风电机组采用单桩基础型式难以满足设计要求，包含如下步骤：

步骤SA1：根据实际工程地质状况结合施工能力调配情况制定沉桩工序；

步骤SA2，按照不同的沉桩工序可分为如下三种沉桩方式：

步骤SA21: 先进行海上风电机组单桩基础的沉桩，再以海上风电机组单桩基础为中心，沿其圆周方向均匀沉桩布置至少三根钢管桩；

步骤SA22：先定位理论中心点坐标，以理论中心点坐标为中心，沿其圆周方向均匀沉桩布置至少三根钢管桩，再复测钢管桩实际沉桩定位坐标，推算出实际中心点坐标，在实际中心点坐标所在位置进行海上风电机组单桩基础的沉桩；

步骤SA23：不限定沉桩顺序，交替进行海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的沉桩，实时测定沉桩坐标，保证钢管桩均布在以海上风电机组单桩基础为中心的圆周上；

步骤SA3：根据海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的实际沉桩位置在陆上预制至少一层组合梁系结构，每层组合梁系结构的中心套筒和裙桩套筒分别与组合梁焊接；

步骤SA4：根据海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的实际沉桩位置，结合结构布置的需要，分别在海上风电机组单桩基础和钢管桩上焊接中心圈梁和裙桩圈梁；

步骤SA5：整体吊装一层组合梁系结构，并进行灌浆施工，使得海上风电机组单桩基础与中心套管、钢管桩与裙桩套筒均形成可靠连接，完成该层组合梁系结构的海上安装；

步骤SA6：重复步骤SA4和步骤SA5，依次完成剩余层组合梁系结构的海上安装，并完成海上风电机组单桩基础加固桩基结构的安装；

B、若海上风电机组单桩基础已沉桩，但仍未达到设计要求，包含如下步骤：

步骤SB1：复核已沉桩的海上风电机组单桩基础的施工状况，对垂直度偏差过大的单桩基础进行必要的纠偏；

步骤SB2：以海上风电机组单桩基础为中心，沿其圆周方向均匀沉桩布置至少三根钢管桩；

步骤SB3：根据海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的实际沉桩位置在陆上预制至少一层组合梁系结构，每层组合梁系结构的中心套筒和裙桩套筒分别与组合梁焊接；

步骤SB4：根据海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的实际沉桩位置，结合结构布置的需要，分别在海上风电机组单桩基础和上述钢管桩上焊接中心圈梁和裙桩圈梁；

步骤SB5：整体吊装一层组合梁系结构，并进行灌浆施工，使得海上风电机组单桩基础与中心套管、钢管桩与裙桩套筒均形成可靠连接，完成该层组合梁系结构的海上安装；

步骤SB6：重复步骤SB4和步骤SB5，依次完成剩余层组合梁系结构的海上安装，并完成海上风电机组单桩基础加固桩基结构的安装。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明结构设计简单、合理，利用单桩基础为中心圆周均布至少三根钢管桩，利用带套筒的组合梁系结构将钢管桩与大直径单桩以灌浆形式连接，从而形成稳固的整体结构，能够提高单桩基础的抗拔、抗压、水平承载力、水平刚度、结构整体稳定性，不仅能够高效经济地解决海上风电机组单桩基础施工遇到的沉桩不到位、水平刚度不足、沉桩垂直度难以保证等工程问题，提高了海上风电机组单桩基础对复杂水文地质条件的适用性，同时降低了投资成本，具有普遍适用性，在海洋风电领域中具有广泛的应用前景。

附图说明：

图1是本发明实施例一的主视构造示意图；

图2是本发明实施例一的俯视构造示意图；

图3是本发明实施例二的主视构造示意图；

图4是本发明实施例二的俯视构造示意图。

图中：

100-单桩基础；200-钢管桩；210-中心套筒；220-裙桩套筒；230-组合梁；310-中心圈梁；320-裙桩圈梁。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例一：如图1～2所示，本发明一种海上风电机组单桩基础加固桩基结构，包括竖直设置的海上风电机组单桩基础100，还包括四根绕着所述单桩基础100呈圆周均布的钢管桩200，四根钢管桩均与单桩基础相平行，所述钢管桩200的直径小于单桩基础100的直径并沉入海床体内，四个钢管桩200与单桩基础100之间从上往下间隔设有两层组合梁系结构，所述组合梁系结构包括固定套设在单桩基础100外侧的中心套筒210，所述中心套筒210的外侧设有四个呈圆周均布的且位置与钢管桩200的位置相对应的裙桩套筒220，所述裙桩套筒220固定套设在钢管桩200的外侧，裙桩套筒220与中心套筒210之间固定有组合梁230。利用单桩基础为中心圆周均布四个直径较小的钢管桩，再通过带套筒的组合梁系结构将小直径钢管桩与大直径单桩以灌浆形式连接，从而形成稳固的整体结构，能够提高单桩基础的抗拔、抗压、水平承载力、水平刚度、结构整体稳定性。

本实施例中，所述中心套筒210的下方设有固定套设在单桩基础100外侧的并用以支撑住中心套筒210的中心圈梁310，通过设置中心圈梁，可提高中心套筒与单桩基础配合的整体刚度及稳定性；所述裙桩套筒220的下方设有固定套设在钢管桩200外侧的并用以支撑住裙桩套筒220的裙桩圈梁320，通过设置裙桩圈梁，可提高裙桩套筒与钢管桩配合的整体刚度及稳定性。

本实施例中，所述中心套筒210与单桩基础100、裙桩套筒220与钢管桩200均通过灌浆连接；所述组合梁230的两端分别与中心套筒210及裙桩套筒220焊接连接；所述中心圈梁310与单桩基础100、裙桩圈梁320与钢管桩200均通过焊接连接。

本实施例中，所述组合梁230可采用单个型钢、单个钢管、多个型钢组合、多个钢管组合或者多个型钢与钢管组合的梁系结构。

本实施例中，所述中心圈梁310与裙桩圈梁320均可采用单个型钢、单个钢管、多个型钢组合、多个钢管组合或者多个型钢与钢管组合的梁系结构。

本实施例中，所述钢管桩的数量通常为3～8根。

实施例二：如图3～4所示，本实施例与实施例一的区别点在于：至少三根钢管桩呈放射状分布，每根钢管桩均与单桩基础倾斜设置。应说明的是，钢管桩与单桩基础之间的夹角可根据实际需要设定或调整。

通过研发海上风电机组单桩基础加固桩基结构，利用多根钢管桩和组合梁系结构与海上风电机组单桩基础的可靠连接，能够有效提高单桩基础的抗压、抗拔和水平承载力、水平高度、结构整体稳定性，海上施工时间短、施工精度容易控制，不仅能够高效经济地解决海上风电机组单桩基础施工遇到的沉桩不到位、水平刚度不足、沉桩垂直度难以保证等工程问题，提供了海上风电机组单桩基础对复杂水文地质条件的适用性，同时降低了投资成本，具有广泛的适用性，在海洋风电领域中具有广泛的应用前景。

本发明采用的另一种技术方案是：一种海上风电机组单桩基础加固桩基结构的施工方法，

A、若在海上风电机组单桩基础设计阶段，根据预先的结构设计判断海上风电机组采用单桩基础型式难以满足设计要求，包含如下步骤：

步骤SA1：根据实际工程地质状况结合施工能力调配情况制定沉桩工序；

步骤SA2，按照不同的沉桩工序可分为如下三种沉桩方式：

步骤SA21: 先进行海上风电机组单桩基础的沉桩，再以海上风电机组单桩基础为中心，沿其圆周方向均匀沉桩布置3～8根钢管桩；

步骤SA22：先定位理论中心点坐标，以理论中心点坐标为中心，沿其圆周方向均匀沉桩布置3～8根钢管桩，再复测钢管桩实际沉桩定位坐标，推算出实际中心点坐标，在实际中心点坐标所在位置进行海上风电机组单桩基础的沉桩；

步骤SA23：不限定沉桩顺序，交替进行海上风电机组单桩基础和3～8根钢管桩的沉桩，实时测定沉桩坐标，保证钢管桩均布在以海上风电机组单桩基础为中心的圆周上；

步骤SA3：根据海上风电机组单桩基础和3～8根钢管桩的实际沉桩位置在陆上预制至少一层组合梁系结构，每层组合梁系结构的中心套筒和裙桩套筒分别与组合梁焊接；

步骤SA4：根据海上风电机组单桩基础和3～8根钢管桩的实际沉桩位置，结合结构布置的需要，分别在海上风电机组单桩基础和钢管桩上焊接中心圈梁和裙桩圈梁；

步骤SA5：整体吊装一层组合梁系结构，并进行灌浆施工，使得海上风电机组单桩基础与中心套管、钢管桩与裙桩套筒均形成可靠连接，完成该层组合梁系结构的海上安装；

步骤SA6：重复步骤SA4和步骤SA5，依次完成剩余层组合梁系结构的海上安装，并完成海上风电机组单桩基础加固桩基结构的安装；

B、若海上风电机组单桩基础已沉桩，但仍未达到设计要求，包含如下步骤：

步骤SB1：复核已沉桩的海上风电机组单桩基础的施工状况，对垂直度偏差过大的单桩基础进行必要的纠偏；

步骤SB2：以海上风电机组单桩基础为中心，沿其圆周方向均匀沉桩布置3～8根钢管桩；

步骤SB3：根据海上风电机组单桩基础和3～8根钢管桩的实际沉桩位置在陆上预制至少一层组合梁系结构，每层组合梁系结构的中心套筒和裙桩套筒分别与组合梁焊接；

步骤SB4：根据海上风电机组单桩基础和3～8根钢管桩的实际沉桩位置，结合结构布置的需要，分别在海上风电机组单桩基础和上述钢管桩上焊接中心圈梁和裙桩圈梁；

步骤SB5：整体吊装一层组合梁系结构，并进行灌浆施工，使得海上风电机组单桩基础与中心套管、钢管桩与裙桩套筒均形成可靠连接，完成该层组合梁系结构的海上安装；

步骤SB6：重复步骤SB4和步骤SB5，依次完成剩余层组合梁系结构的海上安装，并完成海上风电机组单桩基础加固桩基结构的安装。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种海上风电机组单桩基础加固桩基结构，包括海上风电机组单桩基础，其特征在于：还包括至少三根绕着所述单桩基础呈圆周均布的钢管桩，至少三根钢管桩与单桩基础之间从上往下至少设有一层组合梁系结构。

2.根据权利要求1所述的海上风电机组单桩基础加固桩基结构，其特征在于：所述组合梁系结构包括固定套设在单桩基础外侧的中心套筒，所述中心套筒的外侧设有至少三个呈圆周均布的且位置与钢管桩的位置相对应的裙桩套筒，所述裙桩套筒固定套设在钢管桩的外侧，裙桩套筒与中心套筒之间固定有组合梁。

3.根据权利要求2所述的海上风电机组单桩基础加固桩基结构，其特征在于：所述中心套筒的下方设有固定套设在单桩基础外侧的并用以支撑住中心套筒的中心圈梁；所述裙桩套筒的下方设有固定套设在钢管桩外侧的并用以支撑住裙桩套筒的裙桩圈梁。

4.根据权利要求3所述的海上风电机组单桩基础加固桩基结构，其特征在于：所述中心套筒与单桩基础、裙桩套筒与钢管桩均通过灌浆连接；所述组合梁的两端分别与中心套筒及裙桩套筒焊接连接；所述中心圈梁与单桩基础、裙桩圈梁与钢管桩均通过焊接连接。

5.根据权利要求2所述的海上风电机组单桩基础加固桩基结构，其特征在于：所述组合梁采用单个型钢、单个钢管、多个型钢组合、多个钢管组合或者多个型钢与钢管组合的梁系结构。

6.根据权利要求3所述的海上风电机组单桩基础加固桩基结构，其特征在于：所述中心圈梁与裙桩圈梁均采用单个型钢、单个钢管、多个型钢组合、多个钢管组合或者多个型钢与钢管组合的梁系结构。

7.根据权利要求1所述的海上风电机组单桩基础加固桩基结构，其特征在于：所述钢管桩的数量为3～8根。

8.根据权利要求1所述的海上风电机组单桩基础加固桩基结构，其特征在于：至少三根钢管桩均与单桩基础相平行。

9.根据权利要求1所述的海上风电机组单桩基础加固桩基结构，其特征在于：至少三根钢管桩呈放射状分布，每根钢管桩均与单桩基础倾斜设置。

10.一种海上风电机组单桩基础加固桩基结构的施工方法，其特征在于：包括采用如权利要求1～9任意一项所述的海上风电机组单桩基础加固桩基结构，A、若在海上风电机组单桩基础设计阶段，根据预先的结构设计判断海上风电机组采用单桩基础型式难以满足设计要求，包含如下步骤：

步骤SA1：根据实际工程地质状况结合施工能力调配情况制定沉桩工序；

步骤SA2，按照不同的沉桩工序可分为如下三种沉桩方式：

步骤SA21: 先进行海上风电机组单桩基础的沉桩，再以海上风电机组单桩基础为中心，沿其圆周方向均匀沉桩布置至少三根钢管桩；

步骤SA22：先定位理论中心点坐标，以理论中心点坐标为中心，沿其圆周方向均匀沉桩布置至少三根钢管桩，再复测钢管桩实际沉桩定位坐标，推算出实际中心点坐标，在实际中心点坐标所在位置进行海上风电机组单桩基础的沉桩；

步骤SA23：不限定沉桩顺序，交替进行海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的沉桩，实时测定沉桩坐标，保证钢管桩均布在以海上风电机组单桩基础为中心的圆周上；

步骤SA3：根据海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的实际沉桩位置在陆上预制至少一层组合梁系结构，每层组合梁系结构的中心套筒和裙桩套筒分别与组合梁焊接；

步骤SA4：根据海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的实际沉桩位置，结合结构布置的需要，分别在海上风电机组单桩基础和钢管桩上焊接中心圈梁和裙桩圈梁；

步骤SA5：整体吊装一层组合梁系结构，并进行灌浆施工，使得海上风电机组单桩基础与中心套管、钢管桩与裙桩套筒均形成可靠连接，完成该层组合梁系结构的海上安装；

步骤SA6：重复步骤SA4和步骤SA5，依次完成剩余层组合梁系结构的海上安装，并完成海上风电机组单桩基础加固桩基结构的安装；

B、若海上风电机组单桩基础已沉桩，但仍未达到设计要求，包含如下步骤：

步骤SB1：复核已沉桩的海上风电机组单桩基础的施工状况，对垂直度偏差过大的单桩基础进行必要的纠偏；

步骤SB2：以海上风电机组单桩基础为中心，沿其圆周方向均匀沉桩布置至少三根钢管桩；

步骤SB3：根据海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的实际沉桩位置在陆上预制至少一层组合梁系结构，每层组合梁系结构的中心套筒和裙桩套筒分别与组合梁焊接；

步骤SB4：根据海上风电机组单桩基础和至少三根钢管桩的实际沉桩位置，结合结构布置的需要，分别在海上风电机组单桩基础和上述钢管桩上焊接中心圈梁和裙桩圈梁；

步骤SB5：整体吊装一层组合梁系结构，并进行灌浆施工，使得海上风电机组单桩基础与中心套管、钢管桩与裙桩套筒均形成可靠连接，完成该层组合梁系结构的海上安装；

步骤SB6：重复步骤SB4和步骤SB5，依次完成剩余层组合梁系结构的海上安装，并完成海上风电机组单桩基础加固桩基结构的安装。