CN111501814B - 一种海上风机复合基础及地基加固施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海上风机复合基础及地基加固施工方法，复合基础包括单桩基础本体；包括外围摩擦体，为内置有钢筋的混凝土一体浇筑结构，形状为圆台型，外围摩擦体套设在单桩基础本体外，并与地基土体的上端接触，在外围摩擦体上设有连通上下端用于实现注浆的竖向施工孔道，多个竖向施工孔道均布设置在一圈或多圈圆周上；在每个竖向施工孔道内浇筑连接有或后插固有一钢管钉，钢管钉的下段从外围摩擦体的下端伸出、并插入到地基土体中，在钢管钉的管壁上均布设置有喷浆孔。本复合基础增加了基础与地基接触面积，可实现对软土地基进行注浆加固处理，从而可提高地基和基础的承载能力，实现一体化施工，减少海底预处理。

Description

一种海上风机复合基础及地基加固施工方法
技术领域
本发明属于海上风机基础技术领域，具体涉及一种海上风机复合基础及地基加固施工方法。
背景技术
根据风能调查结果显示，我国近海区域5-25m、2-50m范围内，50m和70m高度的海上风电开发潜力分别达到了2亿和5亿千瓦。深海区就更是不可限量，由于陆地土地资源的限制，海上风能的开发正在全球范围内如火如荼地进行。海上风机基础包括分为固定式和漂浮式基础结构，具体基础型式包括：单桩式基础结构、导管架基础结构、三脚架基础结构、重力式基础结构、立柱式基础结构、张力腿式基础结构、半潜式基础结构等。相比陆地，复杂的海洋环境使海上风电基础的成本不断提高，因而，创新的基础结构型式和施工方法是降低造价的有效途径。
目前在近岸风场中风机的基础形式主要以单桩基础为主，在我国部分地区海底土壤包含淤泥质软土和黏土层，特别是在上覆层较厚的高压缩性区域，单桩基础不易稳桩，承载能力较弱，想要获得足够的承载力，需要增加打桩深度到持力层上甚至做嵌岩桩，大大提高了成本。为了提高单桩基础的承载特性，以往的研究中提出了一种复合式单桩基础，由单桩基础本体及套设在单桩基础体外的外围摩擦体构成，外围摩擦体安放在海床，为单桩基础提供一个抗倾覆力矩从而提高基础整体承载特性，但是，外围摩擦体在软弱土中可能会因为自重产生不均匀沉降，无法有效发挥作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种海上风机复合基础及地基加固施工方法，该复合基础可增加基础与地基的有效接触面积，可实现对软土地基进行注浆加固处理，从而可提高地基和基础的承载能力，可简化海底预处理步骤，实现安装加固一体化施工过程，可增大复合式单桩-圆台摩擦盘基础的适用范围，该地基加固施工方法施工过程简单、施工速度快、可减小基础的施工沉降、且能保证施工质量。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种海上风机复合基础，其特征在于：
包括单桩基础本体，为空心钢管桩，空心钢管桩的下段插入到地基土体中，上段外露于地基土体上方；
包括外围摩擦体，为内置有钢筋的混凝土一体浇筑结构，形状为圆台型，外围摩擦体套设在单桩基础本体外，并与地基土体的上端接触，在外围摩擦体上设有连通上下端用于实现注浆的竖向施工孔道，多个竖向施工孔道均布设置在一圈或多圈圆周上；在每个竖向施工孔道内浇筑连接有或后插固有一钢管钉，钢管钉的下段从外围摩擦体的下端伸出、并插入到地基土体中，在钢管钉的管壁上均布设置有喷浆孔。
进一步的：竖向施工孔道的数量少于10个。
进一步的：喷浆孔的孔径小于钢管钉的管径的0.1倍。
一种地基加固施工方法，其特征在于，基于上述的海上风机复合基础，包括如下施工步骤：
S1进行地质勘察，确定地基的土层分布及承载能力,确定地基处理方法；
S2预制空心钢管桩、圆台型摩擦体和钢管钉，钢管钉可与圆台型摩擦体一体浇筑成型，也可后续进行插固连接；
S3将空心钢管桩、圆台型摩擦体和钢管钉运输至施工地点后，先安装空心钢管桩；
S4待空心钢管桩安装到位后，吊起并稳定住圆台型摩擦体，在圆台型摩擦体和钢管钉采用分体结构的情况下，先将钢管钉一一钉入到圆台型摩擦体上的竖向施工孔道内，之后通过施工孔道灌浆，并用空气垫预封堵钢管钉管壁上的喷浆孔；
S5将圆台型摩擦体套装到空心钢管桩，并沉放到位；
S6高压注浆机就位，通过竖向施工孔道加压，将水泥浆压入地基土体，当注浆量变化很小时，即可停止注浆，关闭机器移到下一处施工。
进一步的：S6中采用多台注浆机同时跳孔施工，做到对称注浆。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本复合基础在外围摩擦体上设置注浆用的竖向施工孔道，施工孔道内设置钢管钉，钢管钉外露下段插入到基础土体中，增加了基础与地基接触面积，为重力摩擦体提供了更多的侧向摩阻力，钢管钉可达到持力层，为基础提供更好的承载力；通过钢管钉的内腔及管壁上的喷浆孔可将水泥浆喷入到钢管钉插入位置的周围土体中，从而可实现对软土地基进行注浆加固处理，进而提高了地基和基础的承载能力；另外，同时基础和地基形成一定的嵌锁结构，也提高了地基的竖向和横向承载能力。
2、本复合基础中外围摩擦体采用圆台型摩擦体结构，相比于圆柱形等常见等截面的摩擦体结构，可以在同等重量的情况下增大摩擦体底部基础面积，使其充分受力，提高结构利用率。同时，在风机发生侧向倾覆趋势时提供更大的恢复力矩。
3、本地基加固施工方法是一种在有较厚软土地区进行地基加固的新型施工方法，这种加固方法提高了地基的承载能力，降低了重力摩擦体在软土地区的沉降和不均匀沉降，简化了施工流程，节约了成本。
4、本地基加固施工方法通过提前在钢管钉的内腔填满水泥浆，提高了施工速度，减小了基础的施工沉降。
5、本施工方法对喷浆孔进行预封堵可以避免下降过程中土体进入钢管钉内腔或内部水泥浆溢出，从而起到保证施工质量的作用。
附图说明
图1是本发明复合基础的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明钢管钉下段与地基土体接触的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种海上风机复合基础，请参见图1-3，其发明点为：
包括单桩基础本体1，为空心钢管桩，空心钢管桩的下段插入到地基土体中，上段外露于地基土体上方。
包括外围摩擦体2，为内置有钢筋的混凝土一体浇筑结构，形状为圆台型，外围摩擦体套设在单桩基础本体外，并与地基土体的上端接触，在外围摩擦体上设有连通上下端用于实现注浆的竖向施工孔道，多个竖向施工孔道均布设置在一圈或多圈圆周上，具体的，可以通过合理布置施工孔道的直径大小和位置适应不同的地基加固施工方法，同时施工孔道对外围摩擦体的重量是有效的，可以为运输提供便利；在每个竖向施工孔道内浇筑连接有或后插固有一钢管钉3，钢管钉的下段3-1从外围摩擦体的下端伸出、并插入到地基土体100中，在钢管钉的管壁上均布设置有喷浆孔3-1-1。上述钢管钉为自制结构件，由钢管和下端锥形封头3-1-2两部分焊接构成，在图3中用d标注钢管外径，用D标注锥形封头的最大外径，在钢管的管壁上加工喷浆孔。
上述结构中，上述竖向施工孔道的设置优选采用三角形的结构布置形式，此处不做限制，也可以改成其他布置形式，同时数量上不宜大于10个，施工孔道的大小宜为50mm-150mm。施工孔道的上部可以根据注浆量进行扩大。
上述结构中：喷浆孔的孔径小于钢管钉的管径的0.1倍。
一种地基加固施工方法，基于上述的海上风机复合基础，包括如下施工步骤：
S1进行地质勘察，确定地基的土层分布及承载能力,确定地基处理方法；
S2预制空心钢管桩、圆台型摩擦体和钢管钉，钢管钉可与圆台型摩擦体一体浇筑成型，也可后续进行插固连接；
S3将空心钢管桩、圆台型摩擦体和钢管钉运输至施工地点后，先安装空心钢管桩；
S4待空心钢管桩安装到位后，吊起并稳定住圆台型摩擦体，在圆台型摩擦体和钢管钉采用分体结构的情况下，先将钢管钉一一钉入到圆台型摩擦体上的竖向施工孔道内，之后通过施工孔道灌浆，并适用空气垫预封堵钢管钉管壁上的喷浆孔；预封堵喷浆孔一方面为了避免土体通过钢管钉上的喷浆孔进入形成堵塞，另一方面封堵也可以避免内部灌注的水泥浆提前溢漏。封堵不可太牢靠，不能影响后期的加压注浆施工。
S5将圆台型摩擦体套装到空心钢管桩，并沉放到位；
S6高压注浆机就位，通过竖向施工孔道加压，将水泥浆压入地基土体，当随着时间的增加注浆量变化很小时，即可停止注浆，关闭机器移到下一处施工。
上述施工方法中：S6中为了减少施工沉降，宜采用多台注浆机同时跳孔施工，做到对称注浆，控制相同注浆量和注浆速率，均匀加固地基，避免不均匀沉降。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种海上风机复合基础，其特征在于：
包括单桩基础本体，为空心钢管桩，空心钢管桩的下段插入到地基土体中，上段外露于地基土体上方；
包括外围摩擦体，为内置有钢筋的混凝土一体浇筑结构，形状为圆台型，外围摩擦体套设在单桩基础本体外，并与地基土体的上端接触；外围摩擦体与空心钢管桩为分离式结构；在外围摩擦体上设有连通上下端用于实现注浆的竖向施工孔道，多个竖向施工孔道均布设置在一圈或多圈圆周上；在每个竖向施工孔道内浇筑连接有或后插固有一钢管钉，钢管钉的下段从外围摩擦体的下端伸出、并插入到地基土体中，在钢管钉的管壁上均布设置有喷浆孔,通过喷浆孔，将水泥浆压入地基土体中，实现对软土地基进行注浆加固处理。
2.根据权利要求1所述的海上风机复合基础，其特征在于：竖向施工孔道的数量少于10个。
3.根据权利要求1所述的海上风机复合基础，其特征在于：喷浆孔的孔径小于钢管钉的管径的0.1倍。
4.一种地基加固施工方法，其特征在于，基于权利要求1-3中任一所述的海上风机复合基础，包括如下施工步骤：
S1进行地质勘察，确定地基的土层分布及承载能力,确定地基处理方法；
S2预制空心钢管桩、圆台型摩擦体和钢管钉，钢管钉与圆台型摩擦体一体浇筑成型或两者后续进行插固连接；
S3将空心钢管桩、圆台型摩擦体和钢管钉运输至施工地点后，先安装空心钢管桩；
S4待空心钢管桩安装到位后，吊起并稳定住圆台型摩擦体，在圆台型摩擦体和钢管钉采用分体结构的情况下，先将钢管钉一一钉入到圆台型摩擦体上的竖向施工孔道内，之后通过施工孔道灌浆，并使用空气垫预封堵钢管钉管壁上的喷浆孔；
S5将圆台型摩擦体套装到空心钢管桩，并沉放到位；
S6高压注浆机就位，通过竖向施工孔道加压，将水泥浆压入地基土体，当注浆量变化很小时，即可停止注浆，关闭机器移到下一处施工。
5.根据权利要求4所述的地基加固施工方法，其特征在于：S6中采用多台注浆机同时跳孔施工，同时需采用对称注浆方式进行施工。
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