CN110512638A - 海上风电钢管桩基础防冲刷结构及其施工方法 - Google Patents

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戴国亮
高鲁超
万志辉
龚维明
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
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    • E02D27/425—Foundations for poles, masts or chimneys specially adapted for wind motors masts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water
    • E02D27/525—Submerged foundations, i.e. submerged in open water using elements penetrating the underwater ground

Abstract

本发明公开了一种海上风电钢管桩基础防冲刷结构及其施工方法，该防冲刷结构包括围设在钢管桩外侧的形成浅层加固区的加固体、铺设在加固体上方用于过滤的反滤层、位于反滤层上方用于直接冲刷防护的防护层。本发明在钢管桩外设置加固体，并在加固体上设置反滤层和防护层，对海上钢管桩加固处理能够有效地提高钢管桩防冲刷能力，提高风机基础的稳定性和安全性。

Description

海上风电钢管桩基础防冲刷结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及防冲刷结构，尤其一种涉及海上风电钢管桩基础防冲刷结构及其施工方法。
背景技术
受海洋波浪、海流、潮流等因素的影响，钢管桩阻碍海水流动，迎流面水流向下流动，流速加快，形成马蹄形漩涡；背流面因海水绕流作用，形成尾部漩涡。当海床表面以砂性土为主时，马蹄形漩涡和尾部漩涡导致桩周土体涌起，出现掏砂现象，形成较大的冲刷坑。冲刷坑的形成使桩入土深度减小，桩侧摩阻力和桩侧土抗力损失，最终导致桩基水平承载力和竖向承载力降低，危机风机结构的安全。
现有的冲刷防护分为主动防护和被动方法，有文献和专利提出了不同的防护措施，但大多数是对桥梁、河岸构筑物进行冲刷防护。受海洋复杂环境的影响，主动防护尚未能达到预期的冲刷防护效果，而被动防护多以构建表层土体充数防护结构居多，其防护结构的耐久性值得深虑。
因此，亟待解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种可有效地提高钢管桩防冲刷能力，提高风机基础的稳定性和安全性的海上风电钢管桩基础防冲刷结构。
本发明的第二目的是提供该海上风电钢管桩基础防冲刷结构的施工方法。
技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种海上风电钢管桩基础防冲刷结构，包括围设在钢管桩外侧的形成浅层加固区的加固体、铺设在加固体上方用于过滤的反滤层、位于反滤层上方用于直接冲刷防护的防护层。
其中，所述加固体为水泥土搅拌桩，该水泥土搅拌桩的竖向布置方式为等长度布置或变长度布置，水平向布置方式为圆环式布置，相邻桩之间相互搭接。
优选的，所述变长度布置为钢管桩桩基径向2～3D范围内，水泥土搅拌桩的竖向深度为4～5D；钢管桩桩基径向3～4D范围内，水泥土搅拌桩的竖向深度为3～4D；钢管桩桩基径向4～6D范围内，水泥土搅拌桩的竖向深度为1～2D，其中D为钢管桩的直径。
再者，所述相邻桩的搭接长度为10～15cm。
进一步，所述反滤层由粒径1～5cm的卵石或碎石构成，反滤层的外边缘具有20°～30°坡角。
优选的，所述防护层由粒径10～50cm的块石、混凝土袋或混凝土铰链排构成，防护层的外边缘具有30°～45°坡角。
再者，所述防护层的厚度大于反滤层的厚度。本发明防护层的厚度大可以确保上部防护层具有足够的防冲刷能力，提高防护层的整体稳定性。
进一步，所述防护层上预留有用于容纳电缆线的凹槽，该凹槽上设有用于保护电缆线的保护板。
本发明一种海上风电钢管桩基础防冲刷结构的施工方法，包括如下步骤：
(1)、按竖向布置方式为等长度布置或变长度布置，水平向布置方式为圆环式布置进行水泥土搅拌桩的施工形成加固体，待施工完成后，立即打入钢管桩；
(2)、成桩完成后，在钢管桩周围及加固体上方铺设由粒径1～5cm的卵石或碎石构成的反滤层，反滤层的外边缘具有20°～30°坡角；
(3)、在反滤层上部铺设由粒径10～50cm的块石、混凝土袋或混凝土铰链排构成的防护层；
(4)、在防护层上开设有凹槽，将电缆线放置在凹槽内，并盖上保护板。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)、本发明在钢管桩外设置加固体，并在加固体上设置反滤层和防护层，对海上钢管桩加固处理能够有效地提高钢管桩防冲刷能力，提高风机基础的稳定性和安全性；
(2)、本发明提出的防冲刷结构能够有效地提高桩基利用率和安全性，并达到降低成本的目的；
(3)、本发明采用水泥土搅拌桩、以及构成反滤层和防护层的材料为常规材料，取材方便，成本低廉，便于推广应用。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图；
图2为本发明中相邻桩的布置图；
图3为本发明的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1、图2和图3所示，一种海上风电钢管桩基础防冲刷结构包括加固体2、反滤层3和防护层4。加固体围设在钢管桩1外侧的形成浅层加固区，反滤层3铺设在加固体2上方，防护层4位于反滤层上方。
本发明的加固体2为水泥土搅拌桩，该水泥土搅拌桩的竖向布置方式为等长度布置或变长度布置，水平向布置方式为圆环式布置，相邻桩之间相互搭接，相邻桩的搭接长度为10～15cm。其中变长度布置为钢管桩桩基径向2～3D范围内，水泥土搅拌桩的竖向深度为4～5D；钢管桩桩基径向3～4D范围内，水泥土搅拌桩的竖向深度为3～4D；钢管桩桩基径向4～6D范围内，水泥土搅拌桩的竖向深度为1～2D，其中D为钢管桩的直径。
本发明的反滤层3由粒径1～5cm的卵石或碎石构成，反滤层的外边缘具有20°～30°坡角。防护层4由粒径10～50cm的块石、混凝土袋或混凝土铰链排构成，防护层的外边缘具有30°～45°坡角。反滤层3和防护层4均可采用抛石法进行施工。防护层4的厚度大于反滤层3的厚度。本发明防护层的厚度大可以确保上部防护层具有足够的防冲刷能力，提高防护层的整体稳定性。
防护层4上预留有用于容纳电缆线5的凹槽，该凹槽上设有用于保护电缆线的保护板。
本发明一种海上风电钢管桩基础防冲刷结构的施工方法，包括如下步骤：
(1)、根据风机所处海洋环境，选择海上水泥搅拌机械，对场地进行加固处理；按竖向布置方式为等长度布置或变长度布置，水平向布置方式为圆环式布置进行水泥土搅拌桩的施工形成加固体2，待施工完成后，立即打入钢管桩1，防止因水泥土固化造成成桩困难；
(2)、成桩完成后，在钢管桩周围及加固体上方铺设由粒径1～5cm的卵石或碎石构成的反滤层3，反滤层3的外边缘具有20°～30°坡角；
(3)、在反滤层3上部铺设由粒径10～50cm的块石、混凝土袋或混凝土铰链排构成的防护层4；
(4)、在防护层4上开设有凹槽，将电缆线5放置在凹槽内，并盖上保护板。

Claims (9)

1.一种海上风电钢管桩基础防冲刷结构，其特征在于：包括围设在钢管桩(1)外侧的形成浅层加固区的加固体(2)、铺设在加固体(2)上方用于过滤的反滤层(3)、位于反滤层上方用于直接冲刷防护的防护层(4)。
2.根据权利要求1所述的海上风电钢管桩基础防冲刷结构，其特征在于：所述加固体(2)为水泥土搅拌桩，该水泥土搅拌桩的竖向布置方式为等长度布置或变长度布置，水平向布置方式为圆环式布置，相邻桩之间相互搭接。
3.根据权利要求2所述的海上风电钢管桩基础防冲刷结构，其特征在于：所述变长度布置为钢管桩桩基径向2～3D范围内，水泥土搅拌桩的竖向深度为4～5D；钢管桩桩基径向3～4D范围内，水泥土搅拌桩的竖向深度为3～4D；钢管桩桩基径向4～6D范围内，水泥土搅拌桩的竖向深度为1～2D，其中D为钢管桩的直径。
4.根据权利要求2所述的海上风电钢管桩基础防冲刷结构，其特征在于：所述相邻桩的搭接长度为10～15cm。
5.根据权利要求1所述的海上风电钢管桩基础防冲刷结构，其特征在于：所述反滤层(3)由粒径1～5cm的卵石或碎石构成，反滤层的外边缘具有20°～30°坡角。
6.根据权利要求1所述的海上风电钢管桩基础防冲刷结构，其特征在于：所述防护层(4)由粒径10～50cm的块石、混凝土袋或混凝土铰链排构成，防护层的外边缘具有30°～45°坡角。
7.根据权利要求1所述的海上风电钢管桩基础防冲刷结构，其特征在于：所述防护层(4)的厚度大于反滤层(3)的厚度。
8.根据权利要求1所述的海上风电钢管桩基础防冲刷结构，其特征在于：所述防护层(4)上预留有用于容纳电缆线的凹槽，该凹槽上设有用于保护电缆线的保护板。
9.一种根据权利要求1-8任一所述的海上风电钢管桩基础防冲刷结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、按竖向布置方式为等长度布置或变长度布置，水平向布置方式为圆环式布置进行水泥土搅拌桩的施工形成加固体(2)，待施工完成后，立即打入钢管桩(1)；
(2)、成桩完成后，在钢管桩周围及加固体上方铺设由粒径1～5cm的卵石或碎石构成的反滤层(3)，反滤层(3)的外边缘具有20°～30°坡角；
(3)、在反滤层(3)上部铺设由粒径10～50cm的块石、混凝土袋或混凝土铰链排构成的防护层(4)；
(4)、在防护层(4)上开设有凹槽，将电缆线(5)放置在凹槽内，并盖上保护板。
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