CN110965571A - 负压桶-桩复合基础结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负压桶‑桩复合基础结构及其施工方法。本发明的目的是提供一种抗水平变形能力强、海洋环境适应性好的负压桶‑桩复合基础结构及其施工方法，包括承载桩和负压桶基础，负压桶基础具有内桶壁、外桶壁和接于内、外桶壁上部之间的封顶钢板，其中内桶壁内径略大于承载桩直径；负压桶基础固定于海床上，且在负压桶基础内、封顶钢板与海床之间灌注有混凝土；承载桩同轴置于负压桶基础上的内桶壁内并固定于海床上，承载桩与内桶壁之间填充有混凝土；负压桶基础顶部设有能在负压桶基础内形成负压的排水装置，以及相互配合能往负压桶基础内灌注混凝土的灌浆装置和回浆装置。本发明适用于海洋岩土工程范畴，海上风力发电机基础设计的技术领域。

Description

负压桶-桩复合基础结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种负压桶-桩复合基础结构及其施工方法。适用于海洋岩土工程范畴，海上风力发电机基础设计的技术领域。

背景技术

海上风电是我国实施海洋开发战略，实现国家能源结构调整和能源转型的重要途径之一。随着国家政策的大力引导，海上风电在我国呈现高速发展趋势。但我国近海海洋环境十分复杂：1.海洋环境恶劣，超强台风、大涌浪等恶劣海况频发；2.海洋地质条件变化剧烈，从超厚软淤泥地质条件到坚硬岩石海床，海洋地质区域性差异巨大。复杂的海洋环境要求海上风电的基础形式具有良好的承载性能，从而保证高耸近200米的风电结构能稳定树立在海洋之中。我国目前海上风电多采用大直径单桩基础，但该基础形式柔度大，抗水平变形能力差，适用的海域及地质条件相对较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种抗水平变形能力强、海洋环境适应性好的负压桶-桩复合基础结构及其施工方法。

本发明所采用的技术方案是：一种负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：包括承载桩和负压桶基础，所述负压桶基础具有内桶壁、外桶壁和接于内、外桶壁上部之间的封顶钢板，其中内桶壁内径略大于所述承载桩直径；

所述负压桶基础固定于海床上，且在负压桶基础内、封顶钢板与海床之间灌注有混凝土；所述承载桩同轴置于负压桶基础上的内桶壁内并固定于海床上，承载桩与内桶壁之间填充有混凝土；

所述负压桶基础顶部设有能在负压桶基础内形成负压的排水装置，以及相互配合能往负压桶基础内灌注混凝土的灌浆装置和回浆装置。

所述负压桶基础上设有能冲刷桶壁下方海床的高压冲水装置。

所述负压桶基础设有混凝土盖板。

所述内桶壁和外桶壁顶端高出所述封顶钢板以在负压桶基础顶部形成浇筑槽，浇筑槽内浇筑形成所述混凝土盖板。

所述浇筑槽的槽壁及槽底均焊接有若干焊钉。

所述封顶钢板顶面与所述内桶壁之间经若干均匀分布于内桶壁周围的加强肋板相连，加强肋板上设有吊孔。

所述内桶壁制有若干用于辅助确定内桶壁与所述承载桩之间间距的导向板。

所述负压桶基础内经若干沿其径向布置的分舱板分隔形成多个舱体。

所述分舱板上制有若干舱板加强板。

一种负压桶-桩复合基础结构的施工方法，其特征在于：

将负压桶基础运输到指定位置，并吊至水面上方，保证负压桶基础垂直于水面；

释放负压桶基础，待负压桶基础到达海床后，通过设置于负压桶基础上的高压冲水装置利用高压水流冲刷负压桶基础桶壁下方土；同时通过排水装置进行抽水，负压桶基础内外形成压差，令负压桶平稳沉贯至指定深度；

负压桶基础沉贯结束后，通过灌浆装置向负压桶基础内贯入高压水流冲刷负压桶基础内土塞，并通过回浆装置将水土混合液排出负压桶基础；

冲刷土塞结束后，通过灌浆装置向负压桶基础内部灌入混凝土，同时打开回浆装置，保持混凝土流动，使混凝土充盈桶内空间；

负压桶基础安装结束后，将承载桩穿装于负压桶基础上的内桶壁中，并将承载桩打入指定深度；

将承载桩打入指定深度后，往承载桩和负压桶基础内桶壁之间浇筑混凝土，将负压桶基础和承载桩浇筑成整体。

本发明的有益效果是：

本发明将承载桩与负压桶基础结合成一个整体，充分利用了桩基竖向承载力的优势和负压桶基础水平承载力的优势。

本发明在负压桶基础上部设置灌浆装置和回浆装置，负压桶基础沉贯阶段结束后，利用高压水流冲刷土塞，增大负压桶基础的沉贯深度，冲刷结束后向桶内灌注混凝土，从而增强负压桶基础的承载能力。

本发明中通过外部桶体加固，中心承载桩体的长度、重量可大幅降低，基础总用钢量低于同等海洋、地质、荷载设计条件下单桩等其他风电基础。

本发明对海洋环境的适应性好，桶-桩组合基础既能同时适用于海洋软土、硬土、不同覆盖层深度地质条件，又能适用于恶劣台风、超大波浪海域。

本发明负压桶基础的内桶壁内壁上设置导向板，增加承载桩的安装精度；负压桶基础设置分舱结构，通过桶顶测斜仪实时监测桶体倾斜情况，并通过调整各舱的抽水功率，控制负压桶基础平稳沉贯。

附图说明

图1为实施例的纵剖示意图。

图2为实施例的俯视图。

图3为实施例的侧视示意图。

图4为实施例中封顶钢板的布置示意图。

图5为实施例中浇筑槽的截面示意图。

图6为实施例的施工示意图。

具体实施方式

如图1～图4所示，本实施例为一种负压桶-桩复合基础结构，包括承载桩1和负压桶基础8。

其中负压桶基础8具有筒状的外桶壁8-1和筒状的内桶壁8-2，外桶壁8-1同轴套于内桶壁8-2外，在内、外桶壁之间的上部经封顶钢板13相连，封顶钢板13下方经4块均匀分布且沿内、外桶壁8-1径向布置的分舱板14分隔形成4个同等大小的舱体；封顶钢板13上方、内、外桶壁之间形成浇筑槽。

本实施例中在浇筑槽内配置加强钢筋12并浇筑混凝土7形成混凝土盖板11，以增加负压桶基础8下坠的动能。在浇筑槽槽壁及槽底上(与混凝土盖板11的接触面上)均匀焊接固定有若干焊钉16(见图5)，用于加固负压桶基础8与混凝土盖板11的连接，防止混凝土盖板11滑动。

本例中对应每个舱体在负压桶基础8顶部设有排水装置10、灌浆装置5和回浆装置6。

本实施例中排水装置10包括开设于封顶钢板13上与4个舱体一一对应的排水孔10-1，排水孔10-1连通位于混凝土盖板11内且竖直布置的排水管10-2，排水管10-2上端露出于混凝土盖板11上，该排水管上端接有用于连接潜水泵的法兰圆盘10-3。

本例中灌浆装置5包括开设于封顶钢板13上与4个舱体一一对应的灌浆孔5-1，灌浆孔5-1连通位于混凝土盖板11内且竖直布置的灌浆管5-2，灌浆管5-2上端露出于混凝土盖板11上，该灌浆管5-2上端连接进浆阀5-3。

本实施例中回浆装置6包括开设于封顶钢板13上与4个舱体一一对应的回浆孔6-1，回浆孔6-1连通位于混凝土盖板11内且竖直布置的回浆管6-2，回浆管6-2上端露出于混凝土盖板11上，该回浆管6-2上端连接回浆阀6-3。

本实施例中在负压桶基础8上设有能冲刷桶壁下方海床的高压冲水装置7，高压冲水装置7具有管套7-1和内置软管7-2，管套7-1具有8根，均匀焊接固定于负压桶基础8中外桶壁8-1的外壁上，且管套7-1竖直布置，内置软管7-2置于管套7-1，内置软管7-2上端连通高压水源，内置软管7-2朝向外桶壁8-1下方。

本例中在浇筑槽内均匀设有4块加强肋板4，加强肋板4连接封顶钢板13与内桶壁8-2，加强肋板4上设有吊孔3。

本实施例中内桶壁8-2的内径略大于承载桩1直径，在内桶壁8-2的内壁上制有上下两圈导向板9，每圈具有4块均匀分布的导向板9，导向板9的尺寸根据承载桩1直径和内桶壁8-2内径之间的差值确定。导向板9可确保插装于内桶壁8-2内的承载桩1与内桶壁8-2同轴。

防止分舱板14因应力集中产生变形破坏，本例在分舱板14两侧交替焊接多个舱板加强板15。

本实施例的负压桶-桩复合基础结构中负压桶基础8固定于海床上，且在负压桶基础8内、封顶钢板13与海床之间灌注有混凝土7，承载桩1同轴置于负压桶基础8上的内桶壁8-2内并固定于海床上，承载桩1与内桶壁8-2之间填充有混凝土7。

如图6所示，本实施例的具体施工方法如下：

先将陆上制作完成的负压桶基础8运输到指定位置；再用系泊钢缆通过吊孔将负压桶基础8吊至水面上方，保证负压桶基础8垂直于水面。

随后释放负压桶基础8，待负压桶基础8到达海床，打开高压冲水装置7，利用高压水流冲刷负压桶桶壁下方土，减轻土阻力；同时打开排水装置10进行抽水，在舱体内外形成压差，并通过桶顶测斜仪实时监测桶体的倾斜情况，通过控制各舱排水装置10所连泵的抽水速度，令负压桶平稳沉贯至指定深度。

负压桶基础8沉贯结束后，通过灌浆装置5向桶内贯入高压水流冲刷桶内土塞，通过回浆装置6将水土混合液排出桶外。

冲刷土塞结束后，通过灌浆装置5向负压桶基础8内部灌入混凝土7，同时打开回浆装置6，保持混凝土7流动，使其充盈桶内空间，混凝土7凝固后增强负压桶基础8的承载能力。

负压桶基础8安装结束后，将承载桩1穿过负压桶基础8的内桶壁8-2内，内桶壁8-2内壁上的导向板9作为稳桩系统保证单桩承载桩1打入过程稳定，将承载桩1打入指定深度。

将承载桩1打入指定深度后，往预留的灌浆缝中浇筑混凝土7，将负压桶基础8和承载桩1浇筑成整体。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的范围内，做出的变化、改添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：包括承载桩(1)和负压桶基础(8)，所述负压桶基础(8)具有外桶壁(8-1)、内桶壁(8-2)和接于内、外桶壁上部之间的封顶钢板(13)，其中内桶壁(8-2)内径略大于所述承载桩(1)直径；

所述负压桶基础(8)固定于海床上，且在负压桶基础(8)内、封顶钢板(13)与海床之间灌注有混凝土(17)；所述承载桩(1)同轴置于负压桶基础(8)上的内桶壁(8-2)内并固定于海床上，承载桩(1)与内桶壁(8-2)之间填充有混凝土(17)；

所述负压桶基础(8)顶部设有能在负压桶基础(8)内形成负压的排水装置(10)，以及相互配合能往负压桶基础(8)内灌注混凝土(17)的灌浆装置(5)和回浆装置(6)。

2.根据权利要求1所述的负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：所述负压桶基础(8)上设有能冲刷桶壁下方海床的高压冲水装置(7)。

3.根据权利要求1或2所述的负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：所述负压桶基础(8)设有混凝土盖板(11)。

4.根据权利要求3所述的负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：所述内桶壁(8-2)和外桶壁(8-1)顶端高出所述封顶钢板(13)以在负压桶基础(8)顶部形成浇筑槽，浇筑槽内浇筑形成所述混凝土盖板(11)。

5.根据权利要求4所述的负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：所述浇筑槽的槽壁及槽底均焊接有若干焊钉(16)。

6.根据权利要求4所述的负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：所述封顶钢板(13)顶面与所述内桶壁(8-2)之间经若干均匀分布于内桶壁(8-2)周围的加强肋板(4)相连，加强肋板(4)上设有吊孔(3)。

7.根据权利要求1所述的负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：所述内桶壁(8-2)制有若干用于辅助确定内桶壁(8-2)与所述承载桩(1)之间间距的导向板(9)。

8.根据权利要求1所述的负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：所述负压桶基础(8)内经若干沿其径向布置的分舱板(14)分隔形成多个舱体。

9.根据权利要求8所述的负压桶-桩复合基础结构，其特征在于：所述分舱板(14)上制有若干舱板加强板(15)。

10.一种权利要求1～9任意一项所述负压桶-桩复合基础结构的施工方法，其特征在于：

将负压桶基础(8)运输到指定位置，并吊至水面上方，保证负压桶基础(8)垂直于水面；

释放负压桶基础(8)，待负压桶基础(8)到达海床后，通过设置于负压桶基础(8)上的高压冲水装置(7)利用高压水流冲刷负压桶基础(8)桶壁下方土；同时通过排水装置(10)进行抽水，负压桶基础(8)内外形成压差，令负压桶平稳沉贯至指定深度；

负压桶基础(8)沉贯结束后，通过灌浆装置(5)向负压桶基础(8)内贯入高压水流冲刷负压桶基础(8)内土塞，并通过回浆装置(6)将水土混合液排出负压桶基础(8)；

冲刷土塞结束后，通过灌浆装置(5)向负压桶基础(8)内部灌入混凝土(17)，同时打开回浆装置(6)，保持混凝土(17)流动，使混凝土(17)充盈桶内空间；

负压桶基础(8)安装结束后，将承载桩(1)穿装于负压桶基础(8)上的内桶壁(8-2)中，并将承载桩(1)打入指定深度；

将承载桩(1)打入指定深度后，往承载桩(1)和负压桶基础(8)内桶壁(8-2)之间浇筑混凝土(17)，将负压桶基础(8)和承载桩(1)浇筑成整体。

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