CN113431080A - 一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构及施工方法，包括导管架柱(1)、导管架柱脚套管(2)、钢管桩(3)和钢管桩顶部连接埋管(4)，导管架柱(1)下部连接导管架柱脚套管(2)，钢管桩(3)打入海底，导管架柱脚套管(2)套设在所述的钢管桩(3)上部外侧，钢管桩顶部连接埋管(4)沿轴线方向设置在钢管桩(3)上部内侧，钢管桩顶部连接埋管(4)与导管架柱脚套管(2)顶部通过螺栓结构固定连接，钢管桩(3)内部填充有灌浆料，灌浆料将导管架柱脚套管(2)、钢管桩(3)和钢管桩顶部连接埋管(4)三者固结。与现有技术相比，本发明提高了导管架与桩基础水中连接的可靠性和韧性，具有较好的抗疲劳连接性能。

Description

一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种海中导管架与桩基础的连接结构，尤其是涉及一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构及施工方法。

背景技术

目前海上风电钢结构的发展量大面广，其他海上钢结构的应用也日益广泛。其中水中钢结构连接技术在许多情况下都是必须的，但又是整个结构的薄弱环节。

典型的如导管架钢结构与钢管桩顶的连接。目前这种连接一般采用水下灌浆法。但水下灌浆的砂浆易发生脆性破坏，可靠性不高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构及施工方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，包括导管架柱、导管架柱脚套管、钢管桩和钢管桩顶部连接埋管，所述的导管架柱下部连接导管架柱脚套管，所述的钢管桩打入海底，所述的导管架柱脚套管套设在所述的钢管桩上部外侧，所述的钢管桩顶部连接埋管沿轴线方向设置在钢管桩上部内侧，所述的钢管桩顶部连接埋管与所述的导管架柱脚套管顶部通过螺栓结构固定连接，所述的钢管桩内部填充有灌浆料，所述的灌浆料将导管架柱脚套管、钢管桩和钢管桩顶部连接埋管三者固结。

所述的导管架柱下部与所述的导管架柱脚套管焊接。

所述的导管架柱脚套管底部焊接有柱脚底板，所述的导管架柱的底部角点还与所述的柱脚底板焊接固定。

所述的导管架柱脚套管顶部高度高于钢管桩顶部高度。

所述的钢管桩顶部连接埋管与所述的钢管桩同轴设置。

所述的螺栓结构包括设置在导管架柱脚套管顶部的柱脚法兰以及设置在钢管桩顶部连接埋管顶部外侧的预埋管法兰，所述的柱脚法兰和预埋管法兰上设有螺栓孔，所述的柱脚法兰和预埋管法兰通过贯穿所述的螺栓孔的螺栓进行固定。

所述的钢管桩内壁和钢管桩顶部连接埋管外壁分别设有抗剪键。

所述的钢管桩内部位于钢管桩顶部连接埋管底部下方设有封底板，所述的封底板将钢管桩密封，所述的灌浆料填充在钢管桩中位于封底板上方的密封空间中。

所述的钢管桩顶部连接埋管和导管架柱脚套管顶部螺栓连接处包裹有塑料套抽空灌浆保护罩。

一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构的施工方法，包括如下步骤：

a、制作导管架柱、导管架柱脚套管、钢管桩、钢管桩顶部连接埋管、柱脚底板、柱脚法兰、预埋管法兰、螺栓、封底板和塑料套抽空灌浆保护罩；

b、导管架柱底部焊接导管架柱脚套管，导管架柱脚套管底部焊接柱脚底板，导管架柱的底部角点与柱脚底板焊接固定，导管架柱脚套管顶部焊接柱脚法兰，钢管桩顶部连接埋管上部焊接预埋管法兰；

c、钢管桩打入海底，钢管桩外套导管架柱脚套管；

d、钢管桩顶部连接埋管插入钢管桩；

e、将钢管桩柱脚套管与钢管桩顶部连接埋管对齐、柱脚法兰与预埋管法兰的位置对齐，螺栓通过螺栓孔贯穿柱脚法兰和预埋管法兰，拧紧螺栓，连接钢管桩柱脚套管和钢管桩顶部连接埋管，在钢管桩内部位于钢管桩顶部连接埋管底部下方焊接封底板；

f、钢管桩内侧和钢管桩顶部连接埋管外侧焊接抗剪键，在钢管桩中位于封底板上方的密封空间中灌注灌浆料，通过灌浆料将导管架柱脚套管、钢管桩和钢管桩顶部连接埋管三者固结；

g、柱脚法兰和预埋管法兰连接节点外部用塑料套抽空灌浆保护罩保护。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明在钢管桩中预埋钢管桩顶部连接埋管，导管架柱脚套管通过螺栓结构与钢管桩顶部连接埋管固定连接，同时导管架柱脚套管、钢管桩和钢管桩顶部连接埋管三者通过灌浆料固结，降低了水下灌浆的砂浆发生脆性破坏的可能，提高了水中连接的可靠性和韧性。

(2)本发明通过螺栓结构将导管架柱脚套管与钢管桩内部的钢管桩顶部连接埋管进行固定，能为承受拉压弯交复疲劳作用的海上风机导管架基础提供较好的抗疲劳连接性能。

(3)本发明钢管桩顶部连接埋管和导管架柱脚套管顶部螺栓连接节点处采用塑料套抽空灌浆保护罩进行防护，能有效的减小连接节点遭受海水侵蚀的风险，延长结构的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构的整体示意图；

图2为本发明钢管桩顶部连接埋管与导管架柱脚套管连接点的处的放大示意图；

图3为本发明钢管桩顶部连接埋管与导管架柱脚套管连接点的处的俯视图；

图中，1为导管架柱；2为导管架柱脚套管；3为钢管桩；4为钢管桩顶部连接埋管；5为柱脚底板；6为柱脚法兰；7为预埋管法兰；8为螺栓；9为混凝土；10为封底板；11为塑料套抽空灌浆保护罩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

如图1～图3所示，本实施例提供一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，包括导管架柱1、导管架柱脚套管2、钢管桩3和钢管桩顶部连接埋管4，导管架柱1下部连接导管架柱脚套管2，钢管桩3打入海底，导管架柱脚套管2套设在钢管桩3上部外侧，钢管桩顶部连接埋管4沿轴线方向设置在钢管桩3上部内侧，钢管桩顶部连接埋管4与导管架柱脚套管2顶部通过螺栓结构固定连接，钢管桩3内部填充有灌浆料，灌浆料将导管架柱脚套管2、钢管桩3和钢管桩顶部连接埋管4三者固结，本实施例中灌浆料采用混凝土9，灌浆料通过钢管桩3上的灌浆孔注入。

导管架柱1下部与导管架柱脚套管2焊接，导管架柱脚套管2底部焊接有柱脚底板5，导管架柱1的底部角点还与柱脚底板5焊接固定，由此实现了导管架柱1与导管架柱脚套管2、柱脚底板5的固定，在此基础上，为了实现导管架柱1与钢管桩3的固定，只需将导管架柱脚套管2与钢管桩3固定即可。因此，本发明在钢管桩3中预埋钢管桩顶部连接埋管4，导管架柱脚套管2通过螺栓结构与钢管桩3顶部连接埋管固定连接，同时导管架柱脚套管2、钢管桩3和钢管桩顶部连接埋管4三者通过灌浆料固结，降低了水下灌浆的砂浆发生脆性破坏的可能，提高了水中连接的可靠性和韧性。

在本实施例中，导管架柱脚套管2顶部高度高于钢管桩3顶部高度，钢管桩顶部连接埋管4与钢管桩3同轴设置。螺栓结构包括设置在导管架柱脚套管2顶部的柱脚法兰6以及设置在钢管桩顶部连接埋管4顶部外侧的预埋管法兰7，柱脚法兰6和预埋管法兰7上设有螺栓孔，柱脚法兰6和预埋管法兰7通过贯穿螺栓孔的螺栓8进行固定。需要说明的是，柱脚法兰6沿径向焊接在导管架柱脚套管2顶部，柱脚法兰6内壁可与导管架柱脚套管2内壁齐平，柱脚法兰6也可向内凸出，但，柱脚法兰6内部应留有足够孔隙方便钢管桩顶部连接埋管4插入。

钢管桩3内壁和钢管桩顶部连接埋管4外壁分别设有抗剪键，抗剪键焊接在钢管桩3和钢管桩顶部连接埋管4上。

钢管桩3内部位于钢管桩顶部连接埋管4底部下方设有封底板10，封底板10将钢管桩3密封，灌浆料填充在钢管桩3中位于封底板10上方的密封空间中。

在优选的实施例中，钢管桩顶部连接埋管4和导管架柱脚套管2顶部螺栓连接处包裹有塑料套抽空灌浆保护罩11。塑料套抽空灌浆保护罩11包括一防护罩，防护罩将螺栓连接节点包裹其中，防护罩上设有灌料管和抽空管，抽空管用于将防护罩内的海水/空气排空，灌料管用于向防护罩内填充灌浆料，由此有效的减小连接节点遭受海水侵蚀的风险，延长结构的使用寿命。

以下对本发明海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构的具体施工步骤进行说明，包括如下步骤：

a、制作导管架柱1、导管架柱脚套管2、钢管桩3、钢管桩顶部连接埋管4、柱脚底板5、柱脚法兰6、预埋管法兰7、螺栓8、封底板10和塑料套抽空灌浆保护罩11；

b、导管架柱1底部焊接导管架柱脚套管2，导管架柱脚套管2底部焊接柱脚底板5，导管架柱1的底部角点与柱脚底板5焊接固定，导管架柱脚套管2顶部焊接柱脚法兰6，钢管桩顶部连接埋管4上部焊接预埋管法兰7；

c、钢管桩3打入海底，钢管桩3外套导管架柱脚套管2；

d、钢管桩顶部连接埋管4插入钢管桩3；

e、将钢管桩柱脚套管2与钢管桩顶部连接埋管4对齐、柱脚法兰6与预埋管法兰7的位置对齐，螺栓8通过螺栓孔贯穿柱脚法兰6和预埋管法兰7，拧紧螺栓8，连接钢管桩柱脚套管2和钢管桩顶部连接埋管4，在钢管桩3内部位于钢管桩顶部连接埋管4底部下方焊接封底板10；

f、钢管桩3内侧和钢管桩顶部连接埋管4外侧焊接抗剪键，在钢管桩3中位于封底板10上方的密封空间中灌注灌浆料，通过灌浆料将导管架柱脚套管2、钢管桩3和钢管桩顶部连接埋管4三者固结；

g、柱脚法兰6和预埋管法兰7连接节点外部用塑料套抽空灌浆保护罩11保护。

本发明海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构的设计提高了水中连接的可靠性和韧性，特别是对于承受拉压弯交变疲劳动力作用的海上风机导管架基础，具有较好的抗疲劳连接性能。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (10)

1.一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，其特征在于，包括导管架柱(1)、导管架柱脚套管(2)、钢管桩(3)和钢管桩顶部连接埋管(4)，所述的导管架柱(1)下部连接导管架柱脚套管(2)，所述的钢管桩(3)打入海底，所述的导管架柱脚套管(2)套设在所述的钢管桩(3)上部外侧，所述的钢管桩顶部连接埋管(4)沿轴线方向设置在钢管桩(3)上部内侧，所述的钢管桩顶部连接埋管(4)与所述的导管架柱脚套管(2)顶部通过螺栓结构固定连接，所述的钢管桩(3)内部填充有灌浆料，所述的灌浆料将导管架柱脚套管(2)、钢管桩(3)和钢管桩顶部连接埋管(4)三者固结。

2.根据权利要求1所述的一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，其特征在于，所述的导管架柱(1)下部与所述的导管架柱脚套管(2)焊接。

3.根据权利要求1所述的一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，其特征在于，所述的导管架柱脚套管(2)底部焊接有柱脚底板(5)，所述的导管架柱(1)的底部角点还与所述的柱脚底板(5)焊接固定。

4.根据权利要求1所述的一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，其特征在于，所述的导管架柱脚套管(2)顶部高度高于钢管桩(3)顶部高度。

5.根据权利要求1所述的一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，其特征在于，所述的钢管桩顶部连接埋管(4)与所述的钢管桩(3)同轴设置。

6.根据权利要求1所述的一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，其特征在于，所述的螺栓结构包括设置在导管架柱脚套管(2)顶部的柱脚法兰(6)以及设置在钢管桩顶部连接埋管(4)顶部外侧的预埋管法兰(7)，所述的柱脚法兰(6)和预埋管法兰(7)上设有螺栓孔，所述的柱脚法兰(6)和预埋管法兰(7)通过贯穿所述的螺栓孔的螺栓(8)进行固定。

7.根据权利要求1所述的一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，其特征在于，所述的钢管桩(3)内壁和钢管桩顶部连接埋管(4)外壁分别设有抗剪键。

8.根据权利要求1所述的一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，其特征在于，所述的钢管桩(3)内部位于钢管桩顶部连接埋管(4)底部下方设有封底板(10)，所述的封底板(10)将钢管桩(3)密封，所述的灌浆料填充在钢管桩(3)中位于封底板(10)上方的密封空间中。

9.根据权利要求1所述的一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构，其特征在于，所述的钢管桩顶部连接埋管(4)和导管架柱脚套管(2)顶部螺栓连接处包裹有塑料套抽空灌浆保护罩(11)。

10.一种海中导管架与桩基础的水下螺栓连接结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、制作导管架柱(1)、导管架柱脚套管(2)、钢管桩(3)、钢管桩顶部连接埋管(4)、柱脚底板(5)、柱脚法兰(6)、预埋管法兰(7)、螺栓(8)、封底板(10)和塑料套抽空灌浆保护罩(11)；

b、导管架柱(1)底部焊接导管架柱脚套管(2)，导管架柱脚套管(2)底部焊接柱脚底板(5)，导管架柱(1)的底部角点与柱脚底板(5)焊接固定，导管架柱脚套管(2)顶部焊接柱脚法兰(6)，钢管桩顶部连接埋管(4)上部焊接预埋管法兰(7)；

c、钢管桩(3)打入海底，钢管桩(3)外套导管架柱脚套管(2)；

d、钢管桩顶部连接埋管(4)插入钢管桩(3)；

e、将钢管桩柱脚套管(2)与钢管桩顶部连接埋管(4)对齐、柱脚法兰(6)与预埋管法兰(7)的位置对齐，螺栓(8)通过螺栓孔贯穿柱脚法兰(6)和预埋管法兰(7)，拧紧螺栓(8)，连接钢管桩柱脚套管(2)和钢管桩顶部连接埋管(4)，在钢管桩(3)内部位于钢管桩顶部连接埋管(4)底部下方焊接封底板(10)；

f、钢管桩(3)内侧和钢管桩顶部连接埋管(4)外侧焊接抗剪键，在钢管桩(3)中位于封底板(10)上方的密封空间中灌注灌浆料，通过灌浆料将导管架柱脚套管(2)、钢管桩(3)和钢管桩顶部连接埋管(4)三者固结；

g、柱脚法兰(6)和预埋管法兰(7)连接节点外部用塑料套抽空灌浆保护罩(11)保护。

Images