CN113417282B - 一种单桩过渡段及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型单桩过渡段，其包括：单桩和过渡段桩，所述过渡段桩的下部插设于单桩内；所述单桩的内下部焊接有用于支撑过渡段桩的桩内牛腿，所述过渡段桩的底部与桩内牛腿相连接；所述过渡段桩的外侧焊接有与单桩顶部相连接的过渡段牛腿，所述单桩的顶部外侧设有与过渡段牛腿相配合的第一环向加强件，所述过渡段桩的底部内侧连接有与桩内牛腿相配合的第二环向加强件。本发明借助布置在单桩和过渡段桩上的连接和加强结构，增强了单桩和过渡段桩的粘结和整体性，从而提高单桩过渡段桩的整体受力性能和使用寿命；同时相比于传统的单桩过渡段，该新型过渡段结构安装简便、安装精度更高，节省海上施工时间。

Description

一种单桩过渡段及其安装方法

技术领域

本发明涉及海上风电技术基础设计领域，尤其涉及一种新型单桩过渡段及其安装方法，可以通过新型单桩过渡段实现上部结构与下部单桩基础的有效连接。

背景技术

单桩基础是海上风电最常用的基础形式，其结构形式简单，受力明确，在具备打桩和起吊设备能力的前提下，施工速度快，在国内外风电场中得到广泛使用，占据市场大部分的份额。

对于带过渡段的单桩基础，在单桩沉桩完成后，需通过过渡段与上部塔筒进行连接，并且可以通过过渡段调节上部结构的倾斜度，避免打桩造成的基础倾斜，使得上部塔架保持垂直连接。然而单桩过渡段是风机基础的受力薄弱环节，在长期风力机组的循环荷载作用下很可能发生疲劳破坏，因此有必要设计更为牢固的过渡段，进而增强基础的整体刚度，保证风机正常运行。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种新型单桩过渡段及其安装方法，该新型过渡段可增强其与单桩的连接和整体性，提高了风机基础的整体受力性能和使用寿命，并且安装简便、精度高，可节省海上施工时间。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种新型单桩过渡段，其包括：单桩和过渡段桩，所述过渡段桩的直径小于单桩的直径；所述过渡段桩的下部插设于单桩内；

所述单桩的内下部焊接有用于支撑过渡段桩的桩内牛腿，所述过渡段桩的底部与桩内牛腿相连接；所述过渡段桩的外侧焊接有与单桩顶部相连接的过渡段牛腿，

所述单桩的顶部外侧设有与过渡段牛腿相配合的第一环向加强件，所述过渡段桩的底部内侧连接有与桩内牛腿相配合的第二环向加强件。

进一步地，所述单桩的内壁和过渡段桩的外壁之间形成有灌浆腔室，所述灌浆腔室的宽度为150～200mm，所述灌浆腔室内填充有灌浆料；所述过渡段桩的下部设有注浆孔，所述注浆孔与灌浆腔室相连通；所述注浆孔上连接有注浆管，注浆管延伸至过渡段桩的顶部，注浆管固定在过渡段桩内壁上；注浆孔和注浆管沿过渡段桩内壁均匀布置。

进一步地，所述桩内牛腿包括连接于单桩内的第二牛腿环板，所述第二牛腿环板上设有与第二环向加强件相卡合的若干第二反向卡扣，所述第二牛腿环板与单桩之间连接有第二加强肋板，第二加强肋板呈三角形状，沿单桩的内壁环向均匀布置；第二反向卡扣为端部带倒钩、具有良好弹性变形能力的钢构件；

所述过渡段牛腿包括连接于过渡段桩上的第一牛腿环板，所述第一牛腿环板上设有与第一环向加强件相卡合的若干第一反向卡扣，所述第一牛腿环板与过渡段桩之间连接有第一加强肋板，第一加强肋板呈三角形状，沿过渡段桩的外壁环向均匀布置；第一反向卡扣为端部带倒钩、具有良好弹性变形能力的钢构件。

进一步地，所述第二牛腿环板的顶部和第一牛腿环板的底部均贴设有一橡胶圈条。

进一步地，所述第一牛腿环板在位于灌浆腔室的中间位置还均匀开设有溢浆孔。

进一步地，在单桩和过渡段桩的连接范围内，所述单桩的内壁和过渡段桩的外壁相互错开分别设有按间隔设置的若干环向圆形钢构件。

进一步地，所述过渡段桩的外壁上连接有按间隔设置的若干导向机构。

进一步地，在单桩和过渡段桩的连接段的中部沿圆周均匀开设有若干圆孔，单桩和过渡段桩安装到位后，单桩和过渡段桩上相对位的圆孔上连接有紧固件；所述紧固件包括高强螺栓、螺母以及钢制垫片和橡胶密封圈。

进一步地，所述导向机构由水平环形半圆板和竖向半圆板正交焊接而成，环形半圆板上均匀开有串浆孔。

一种新型单桩过渡段的安装方法，具体步骤如下：

1)单桩就位并打入：将单桩吊运至指定施工位置，缓慢牵引单桩接触海床，将单桩打入到指定深度；

2)过渡段桩与单桩的对接：将过渡段桩吊运至单桩中心位置，缓慢牵引过渡段桩放入单桩进行对接，安放到位后桩内牛腿和过渡段牛腿进行焊接，分别卡住第二环向加强件和第一环向加强件；

3)紧固件安装：过渡段桩的紧固件安装，螺母和高强螺栓侧均配套有钢制垫片和橡胶密封圈，施加预紧力，安装完成后保证密封良好；

4)过渡段桩和单桩之间缝隙的灌浆：通过注浆管和注注浆孔对单桩的内壁和过渡段桩的外壁之间形成的灌浆腔室进行压力注浆即可。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：借助布置在单桩和过渡段桩上的连接和加强结构，增强了单桩和过渡段桩的粘结和整体性，从而提高单桩过渡段桩的整体受力性能和使用寿命；同时相比于传统的单桩过渡段，该新型过渡段结构安装简便、安装精度更高，节省海上施工时间。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的过渡段桩连接示意图；

图3为本发明一个实施例的桩内牛腿结构示意图；

图4为本发明一个实施例的过渡段牛腿结构示意图；

图5为本发明一个实施例的注浆管结构示意图；

图6为图2中A-A剖视图；

图7为本发明一个实施例的单桩结构俯视图；

图8为本发明一个实施例的过渡段桩结构俯视图；

图9为本发明一个实施例的紧固件结构示意图；

图10为本发明一个实施例的导向结构示意图。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明一个实施例的一种新型单桩过渡段，如图1-图10所示，其包括：单桩1和过渡段桩2，所述单桩1为圆形钢管桩，过渡段桩2为圆形钢管，所述过渡段桩2的直径小于单桩1的直径；所述过渡段桩2的下部插设于单桩1内，过渡段桩2的上部延伸至单桩1的外侧；单桩1和过渡段桩2的长度根据结构分析结果进行设计，单桩1的内壁和过渡段桩2的外壁之间形成有灌浆腔室，所述灌浆腔室的宽度为150～200mm，所述灌浆腔室内填充有灌浆料7。

具体地，所述单桩1的内下部焊接有用于支撑过渡段桩2的桩内牛腿3，所述过渡段桩2的底部与桩内牛腿3相连接；所述过渡段桩2的外侧焊接有与单桩1顶部相连接的过渡段牛腿4，进一步加强了单桩1和过渡段桩2二者之间的固定。

进一步地，所述单桩1的顶部外侧设有与过渡段牛腿4相配合的第一环向加强件6，所述过渡段桩2的底部内侧连接有与桩内牛腿3相配合的第二环向加强件5，所述第一环向加强件6和第二环向加强件5的厚度均为30～50mm，第一环向加强件6的高度为为100～150mm。

进一步地，所述桩内牛腿3包括连接于单桩1内的第二牛腿环板3-1，所述第二牛腿环板3-1上设有与第二环向加强件5相卡合的若干第二反向卡扣3-3，所述第二牛腿环板3-1与单桩1之间连接有第二加强肋板 3-2，第二加强肋板3-2呈三角形状，沿单桩1的内壁环向均匀布置，为第二牛腿环板3-1提供有力支撑；第二反向卡扣3-3为端部带倒钩、具有良好弹性变形能力的钢构件，沿第二牛腿环板3-1边缘均匀分布，数量为6～10个。

进一步地，所述过渡段牛腿4包括连接于过渡段桩2上的第一牛腿环板4-1，所述第一牛腿环板4-1上设有与第一环向加强件6相卡合的若干第一反向卡扣4-3，所述第一牛腿环板4-1与过渡段桩2之间连接有第一加强肋板4-2，第一加强肋板4-2呈三角形状，沿过渡段桩2的外壁环向均匀布置，为第一牛腿环板4-1提供有力支撑；第一反向卡扣4-3为端部带倒钩、具有良好弹性变形能力的钢构件，沿第一牛腿环板4-1边缘均匀分布，数量为6～10个；第一反向卡扣4-3和第二反向卡扣3-3在单桩1和过渡段桩2安装到位后进行焊接和限位，增强两者间的约束。

进一步地，所述第二牛腿环板3-1的顶部和第一牛腿环板4-1的底部均贴设有一橡胶圈条14，可减缓安装对接时的碰撞，并用作后续灌浆作业的密封；所述第一牛腿环板4-1在位于灌浆腔室的中间位置还均匀开设有溢浆孔4-4，用于检测灌浆的密实性。

在单桩1和过渡段桩2的连接范围内，所述单桩1的内壁和过渡段桩2的外壁相互错开分别设有按间隔设置的若干环向圆形钢构件10，以增强灌浆连接，环向圆形钢制构件10数量根据结构受力确定。

进一步地，所述过渡段桩2的外壁上连接有按间隔设置的若干导向机构11，相邻两个导向机构11之间设有一个环向圆形钢制构件10，保证单桩1和过渡段桩2在安装时留有合理的间隔；所述过渡段桩2的下部设有注浆孔9，所述注浆孔9与灌浆腔室相连通，注浆孔9在不同高度上共布置四个，当个别管路发生堵塞后，可以采用其他管路进行注浆；所述注浆孔9上连接有注浆管8，注浆管8延伸至过渡段桩2的顶部，注浆管8固定在过渡段桩2内壁上；注浆孔9和注浆管8沿过渡段桩2内壁均匀布置。

进一步地，在单桩1和过渡段桩2的连接段的中部沿圆周均匀开设有若干圆孔12，单桩1和过渡段桩2安装到位后，单桩1和过渡段桩2上相对位的圆孔12上连接有紧固件13，安装紧固件13并施加一定预紧力，进一步增强过渡段桩2的受力性能和整体性；紧固件13包括高强螺栓13-1、螺母13-2 以及钢制垫片13-3和橡胶密封圈13-4，安装完成后保证密封良好。

进一步地，所述导向机构11由水平环形半圆板11-1和竖向半圆板 11-2正交焊接而成，环形半圆板11-1上均匀开有串浆孔11-3，保证灌浆料自由流动，避免出现空腔。

本实施中的新型单桩过渡段的具体安装方法如下：

1)单桩1就位并打入：将单桩1吊运至指定施工位置，缓慢牵引单桩1接触海床，将单桩1打入到指定深度；

2)过渡段桩2与单桩1的对接：将过渡段桩2吊运至单桩1中心位置，缓慢牵引过渡段桩2放入单桩1进行对接，安放到位后桩内牛腿3 和过渡段牛腿4进行焊接，分别卡住第二环向加强件5和第一环向加强件6；

3)紧固件13安装：过渡段桩2的紧固件13安装，螺母13-2和高强螺栓13-1侧均配套有钢制垫片13-3和橡胶密封圈13-4，施加预紧力，安装完成后保证密封良好；

4)过渡段桩2和单桩1之间缝隙的灌浆：通过注浆管8和注注浆孔 9对单桩1的内壁和过渡段桩2的外壁之间形成的灌浆腔室进行压力注浆，当注浆从溢浆孔4-4溢出即可，压力注浆采用本领域常规压力和方式即可。

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 (7)

1.一种单桩过渡段，其特征在于，其包括：单桩（1）和过渡段桩（2），所述过渡段桩（2）的直径小于单桩（1）的直径；所述过渡段桩（2）的下部插设于单桩（1）内；

所述单桩（1）的内下部焊接有用于支撑过渡段桩（2）的桩内牛腿（3），所述过渡段桩（2）的底部与桩内牛腿（3）相连接；所述过渡段桩（2）的外侧焊接有与单桩（1）顶部相连接的过渡段牛腿（4），

所述单桩（1）的顶部外侧设有与过渡段牛腿（4）相配合的第一环向加强件（6），所述过渡段桩（2）的底部内侧连接有与桩内牛腿（3）相配合的第二环向加强件（5）；

所述单桩（1）的内壁和过渡段桩（2）的外壁之间形成有灌浆腔室，所述灌浆腔室的宽度为150~200mm，所述灌浆腔室内填充有灌浆料（7）；所述过渡段桩（2）的下部设有注浆孔（9），所述注浆孔（9）与灌浆腔室相连通；所述注浆孔（9）上连接有注浆管（8），注浆管（8）延伸至过渡段桩（2）的顶部，注浆管（8）固定在过渡段桩（2）内壁上；注浆孔（9）和注浆管（8）沿过渡段桩（2）内壁均匀布置；

所述桩内牛腿（3）包括连接于单桩（1）内的第二牛腿环板（3-1），所述第二牛腿环板（3-1）上设有与第二环向加强件（5）相卡合的若干第二反向卡扣（3-3），所述第二牛腿环板（3-1）与单桩（1）之间连接有第二加强肋板（3-2），第二加强肋板（3-2）呈三角形状，沿单桩（1）的内壁环向均匀布置；第二反向卡扣（3-3）为端部带倒钩、具有良好弹性变形能力的钢构件；

所述过渡段牛腿（4）包括连接于过渡段桩（2）上的第一牛腿环板（4-1），所述第一牛腿环板（4-1）上设有与第一环向加强件（6）相卡合的若干第一反向卡扣（4-3），所述第一牛腿环板（4-1）与过渡段桩（2）之间连接有第一加强肋板（4-2），第一加强肋板（4-2）呈三角形状，沿过渡段桩（2）的外壁环向均匀布置；第一反向卡扣（4-3）为端部带倒钩、具有良好弹性变形能力的钢构件；

在单桩（1）和过渡段桩（2）的连接范围内，所述单桩（1）的内壁和过渡段桩（2）的外壁相互错开分别设有按间隔设置的若干环向圆形钢构件（10）。

2.如权利要求1所述的一种单桩过渡段，其特征在于：所述第二牛腿环板（3-1）的顶部和第一牛腿环板（4-1）的底部均贴设有一橡胶圈条（14）。

3.如权利要求1所述的一种单桩过渡段，其特征在于：所述第一牛腿环板（4-1）在位于灌浆腔室的中间位置还均匀开设有溢浆孔（4-4）。

4.如权利要求1所述的一种单桩过渡段，其特征在于：所述过渡段桩（2）的外壁上连接有按间隔设置的若干导向机构（11）。

5.如权利要求4所述的一种单桩过渡段，其特征在于：在单桩（1）和过渡段桩（2）的连接段的中部沿圆周均匀开设有若干圆孔（12），单桩（1）和过渡段桩（2）安装到位后，单桩（1）和过渡段桩（2）上相对位的圆孔（12）上连接有紧固件（13）；所述紧固件（13）包括高强螺栓（13-1）、螺母（13-2）以及钢制垫片（13-3）和橡胶密封圈（13-4）。

6.如权利要求4所述的一种单桩过渡段，其特征在于：所述导向机构（11）由水平环形半圆板（11-1）和竖向半圆板（11-2）正交焊接而成，环形半圆板（11-1）上均匀开有串浆孔（11-3）。

7.一种如权利要求5所述的单桩过渡段的安装方法，其特征在于：具体步骤如下：

1）单桩（1）就位并打入：将单桩（1）吊运至指定施工位置，缓慢牵引单桩（1）接触海床，将单桩（1）打入到指定深度；

2）过渡段桩（2）与单桩（1）的对接：将过渡段桩（2）吊运至单桩（1）中心位置，缓慢牵引过渡段桩（2）放入单桩（1）进行对接，安放到位后桩内牛腿（3）和过渡段牛腿（4）进行焊接，分别卡住第二环向加强件（5）和第一环向加强件（6）；

3）紧固件（13）安装：过渡段桩（2）的紧固件（13）安装，螺母（13-2）和高强螺栓（13-1）侧均配套有钢制垫片（13-3）和橡胶密封圈（13-4），施加预紧力，安装完成后保证密封良好；

4）过渡段桩（2）和单桩（1）之间缝隙的灌浆：通过注浆管（8）和注浆孔（9）对单桩（1）的内壁和过渡段桩（2）的外壁之间形成的灌浆腔室进行压力注浆即可。

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