CN113653092A - 一种双桩套筒式基础及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上风力发电技术领域，公开了一种双桩套筒式基础及其安装方法，基础包括第一钢管桩、第二钢管桩和灌浆装置，其中，所述第一钢管桩套设于第二钢管桩的外周，所述灌浆装置设置于所述第一钢管桩的外壁，所述第一钢管桩的底部设置为上小下大的锥形口，所述第二钢管桩的顶端位于所述第一钢管桩的内部，所述第二钢管桩的底端自所述锥形口伸出于所述第一钢管桩的外部，所述第一钢管桩的外壁设置有多个与所述灌浆装置连接的灌浆口，所述第一钢管桩的内壁与所述第二钢管桩的外壁之间设置有一个或多个灌注有浆料的灌浆连接段。本发明可以增强基础的抗弯刚度，改善单桩基础的疲劳性能，解决了大容量风机的单桩基础的疲劳性能很难达标的问题。

Description

一种双桩套筒式基础及其安装方法

技术领域

本发明涉及海上风力发电技术领域，特别是涉及一种双桩套筒式基础及其安装方法。

背景技术

风能是一种清洁的可再生绿色能源，开发效率高，经济性好，具有大规模开发条件和商业化前景，世界各国正在大力建设风电场，风力发电技术也得到了快速发展，其中，海上风能因具有更稳定的风速及时长，更受到青睐。

目前，近海风电在蓬勃发展，以单桩基础居多，但是，一般的单桩基础不适用于30米以上的水深。对于深远海风电的开发，使用单桩基础的直径会逐渐增大，并且随着平价上网的推动，风机机组的单机容量会继续增大，随之带来的是各项指标的要求的提高。而目前对于大容量风机，单桩基础的疲劳性能很难达标，导致单桩基础在深远海风电的开发中应用困难，从而影响深远海风电的发展。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种双桩套筒式基础及其安装方法，以解决现有大容量风机的单桩基础的疲劳性能很难达标的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个方面是提供一种双桩套筒式基础，包括第一钢管桩、第二钢管桩和灌浆装置，其中，所述第一钢管桩套设于所述第二钢管桩的外周，所述灌浆装置设置于所述第一钢管桩的外壁，所述第一钢管桩的底部设置为上小下大的锥形口，所述第二钢管桩的顶端位于所述第一钢管桩的内部，所述第二钢管桩的底端自所述锥形口伸出于所述第一钢管桩的外部，所述第一钢管桩的外壁设置有多个与所述灌浆装置连接的灌浆口，所述第一钢管桩的内壁与所述第二钢管桩的外壁之间设置有一个或多个灌注有浆料的灌浆连接段。

优选地，每个灌浆口处均设置有一个分流槽，所述分流槽中设置有一个与所述灌浆口连通的主流道，所述主流道上设置有多个分流道，多个所述分流道均与所述第一钢管桩的内壁、所述第二钢管桩的外壁之间的环形空间连通。

优选地，多个所述分流道沿所述第二钢管桩的周向方向均匀设置。

优选地，所述双桩套筒式基础还包括导向环，所述导向环固定在所述第一钢管桩的内壁或者所述第二钢管桩的外壁。

优选地，所述双桩套筒式基础还包括封隔器，所述封隔器的一侧与所述第一钢管桩的内壁固定，所述封隔器的另一侧与所述第二钢管桩的外壁固定，且所述封隔器设置于最下方的所述灌浆口的下方，且位于所述锥形口的上方。

优选地，所述第一钢管桩的内壁与所述第二钢管桩的外壁之间设置有多个第一剪力键，多个所述第一剪力键沿所述第二钢管桩的长度方向间隔设置。

优选地，所述第二钢管桩的内部设置有多个第二剪力键，所述第二剪力键与所述第一剪力键交错布置。

优选地，所述第一钢管桩的顶部设置有连接法兰。

优选地，所述灌浆装置包括灌浆管线，所述灌浆管线自所述第一钢管桩的顶部向底部延伸设置，所述灌浆管线的顶部设置有进料口，所述灌浆管线上设置有多个出料口，各个所述出料口分别与一个所述灌浆口对接。

本发明的另一个方面是提供一种如上所述的双桩套筒式基础的安装方法，包括以下步骤：

将第二钢管桩安装于设定位置，使得第二钢管桩的顶部位于泥面以上的设定高度；

将第一钢管桩套设于第二钢管桩的外周侧，并使得第二钢管桩的底部位于泥面以下的设定深度；

利用灌浆装置对第一钢管桩的内壁和第二钢管桩的外壁之间的环形空间灌注浆料，构成一个或多个灌浆连接段。

本发明实施例一种双桩套筒式基础及其安装方法与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明实施例的双桩套筒式基础利用第一钢管桩和第二钢管桩形成双桩套筒基础，通过第一钢管桩和第二钢管桩之间的灌浆连接段，使得第一钢管桩和第二钢管桩形成一个整体构件，增强结构的抗弯刚度，灌浆连接段可有效地对双桩基础的薄弱段进行增强，从而改善单桩基础的疲劳性能，解决了大容量风机的单桩基础的疲劳性能很难达标的问题，提高了单桩基础在深水区域中的适用性，能够提高深水区施工的效率。

并且，本发明将灌浆装置设置于第一钢管桩的外壁，便于对灌浆装置和第一钢管桩进行整体安装，节约基础的安装时间；并且便于对灌浆连接段的灌浆，有利于提高施工效率。

附图说明

图1是本发明实施例所述双桩套筒式基础的结构示意图；

图2是本发明实施例中灌浆连接段的局部示意图；

图3是本发明实施例中的剪力键和导向环的布置示意图；

图中，1、第一钢管桩；11、锥形口；12、灌浆口；2、第二钢管桩；3、灌浆连接段；4、灌浆管线；41、进料口；5、导向环；6、封隔器；7、灌浆料；8、第一剪力键；9、第二剪力键；10、泥面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例的一种双桩套筒式基础，包括第一钢管桩1、第二钢管桩2和灌浆装置，其中，所述第一钢管桩1套设于所述第二钢管桩2的外周，在第一钢管桩1的内壁和第二钢管桩2的外壁之间形成环形空间，第一钢管桩1和第二钢管桩2优选为同轴设置；所述灌浆装置设置于所述第一钢管桩1的外壁，灌浆装置与第一钢管桩1集约化设计，节约安装时间，提高施工效率；所述第一钢管桩1的顶部设置有连接法兰，以便于基础整体与其他部件(例如，风机)的连接；所述第一钢管桩1的底部设置为上小下大的锥形口11，便于施工时插入第二钢管桩2的外侧，便于施工定位，减小定位误差，同时可以增加整体结构的防冲刷性能及刚度；所述第二钢管桩2的顶端位于所述第一钢管桩1的内部，所述第二钢管桩2的底端自所述锥形口11伸出于所述第一钢管桩1的外部，所述第一钢管桩1的外壁设置有多个与所述灌浆装置连接的灌浆口12，所述第一钢管桩1的内壁与所述第二钢管桩2的外壁之间设置有一个或多个灌注有浆料的灌浆连接段3，通过灌浆连接段3连接第一钢管桩1和第二钢管桩2，使得第一钢管桩1和第二钢管桩2两个单桩结构形成一个整体的受力构件，增强结构的抗弯刚度。利用灌浆连接段3可以对第一钢管桩1和第二钢管桩2形成的整体结构的薄弱段进行有效增强，提高基础在波浪荷载及风机荷载作用下的受力性能，提高整体结构的疲劳性能，满足其在深水区域的使用要求。

本发明中，第一钢管桩1和第二钢管桩2形成的双桩基础，作为一个整体的受力构件，在桩土作用的效应下，可以形成侧向抗力，抵抗波浪及流水的作用，可以增强深水区域大容量风机的基础强度，避免采用单一的单桩基础难以满足深水区域强度及变形的要求。并且，本发明可以根据水深调整第二钢管桩2的长度以及灌浆连接段3的设置位置，可以调节整个基础结构的频率和强度，改善基础的疲劳性能，以满足大容量风机的要求。

需要说明的是，本发明中，第二钢管桩2的结构与常规现有的单桩基础类似，但是第二钢管桩2的壁厚以及直径均可适当减小。

本实施例中，灌浆连接段3可以自第一钢管桩1的底部到第二钢管桩2的顶部，中间连续不间断设置；也可以多个灌浆连接段3沿第二钢管桩2的长度方向分段设置，利用不同的灌浆口12分别进行灌浆，以形成多个不同的灌浆连接段3。需要说明的是，当多个灌浆连接段3分段设置时，每个灌浆连接段3的底部均设置有密封圈，以起到各个灌浆连接段3之间的密封作用。

需要说明的是，本发明中，由于第一钢管桩1和第二钢管桩2共同承受竖向荷载以及水平方向的弯矩，在设计时，可以根据刚度和转角位移等确定第一钢管桩1、第二钢管桩2的长度以及直径等。

本实施例中，每个灌浆口12处均设置有一个分流槽，分流槽设置于第一钢管桩1与第二钢管桩2之间的环形空间中，所述分流槽中设置有一个与所述灌浆口12连通的主流道，所述主流道上设置有多个分流道，多个所述分流道均与所述第一钢管桩1的内壁、所述第二钢管桩2的外壁之间的环形空间连通。灌浆时，浆料经灌浆口12进入后，预先进入主流道中，再经各个分流道流入环形空间，利用多个分流道对浆料进行分流，提高灌浆的均匀性。主流道沿第二钢管桩2的周向方向设置，主流道的截面形状呈圆形或弧形，多个所述分流道沿所述第二钢管桩2的周向方向均匀设置。本实施例中，分流道由主流道的壁面上开设的多个通孔构成，利用通孔实现主流道与环形空间之间的连通。例如，分流槽可以由环形管制作而成，环形管的一侧设置有与灌浆口12对接的开口，环形管的内部作为主流道，环形管的管壁上设置有多个通孔，作为分流道，实现对灌浆浆料的分流。

本实施例中，如图2和图3所示，所述双桩套筒式基础还包括导向环5，导向环5呈环状，所述导向环5固定在所述第一钢管桩1的内壁或者所述第二钢管桩2的外壁，容纳于第一钢管桩1与第二钢管桩2之间的环形空间中，以避免第一钢管桩1的内壁紧贴在第二钢管桩2的外壁，使得第一钢管桩1与第二钢管桩2之间存在最小间隙，便于对第一钢管桩1和第二钢管桩2的安装定位。由于施工操作时，预先安装第二钢管桩2，之后再将第一钢管桩1套设于第二钢管桩2的外壁，优选地，导向环5固定在第二钢管桩2的外壁，以便于对第一钢管桩1的安装施工，便于操作。

需要说明的是，本发明中，导向环5可以设置有多个，沿着第二钢管桩2的长度方向设置，只需导向环5的位置与灌浆连接段3的位置互不干涉，不影响灌浆即可。例如，如图2所示，在第一钢管桩1的底部设置有导向环5，虽然图2中显示在导向环5的下方设置有一个灌浆口12，但是，当在该灌浆口12上方设置导向环5时，则不再在该灌浆口12处灌浆形成灌浆连接段3。需要指出的是，图2中导向环5的设置仅仅是对其设置位置进行示例性说明，并不对其位置进行限定。

如图1和图2所示，本实施例中，所述双桩套筒式基础还包括封隔器6，所述封隔器6的一侧与所述第一钢管桩1的内壁固定，所述封隔器6的另一侧与所述第二钢管桩2的外壁固定，且所述封隔器6设置于最下方的所述灌浆口12的下方，且位于所述锥形口11的上方，以便于利用封隔器6封堵住环形空间的底部，避免浆料自底部露出。需要说明的是，封隔器6呈环状，填充于第一钢管桩1与第二钢管桩2之间。

如图3所示，本实施例中，所述第一钢管桩1的内壁与所述第二钢管桩2的外壁之间设置有多个第一剪力键8，多个所述第一剪力键8沿所述第二钢管桩2的长度方向间隔设置，以提高基础的抗剪性能。进一步地，所述第二钢管桩2的内部设置有多个第二剪力键9，并且，所述第二剪力键9与所述第一剪力键8交错布置。

本实施例中，所述灌浆装置包括灌浆管线3，所述灌浆管线3自所述第一钢管桩1的顶部向底部延伸设置，所述灌浆管线3的顶部设置有进料口41，所述灌浆管线3上设置有多个出料口，各个所述出料口分别与一个所述灌浆口12对接，以利用不同的灌浆口12对灌浆连接段3进行灌浆处理。本实施例中，灌浆管线3与第一钢管桩1的外壁之间通过固定键固定连接。并且，所述灌浆装置还设置有应急灌浆管，在紧急情况下，灌浆料7堵塞时候使用。

需要说明的是，本发明中，对双桩套筒式基础进行安装后，第一钢管桩1、第二钢管桩2、灌浆料7、灌浆管线3、第一剪力键8、第二剪力键9、封隔器6、分流槽和导向环5成为一个整体结构，形成一个整体的受力构件，作为风机基础使用。

本实施例所述双桩套筒式基础的安装方法，包括以下步骤：

将第二钢管桩2安装于设定位置，使得第二钢管桩2的顶部位于泥面10以上的设定高度，可通过液压锤锤压实现；

将第一钢管桩1套设于第二钢管桩2的外周侧，并使得第二钢管桩2的底部位于泥面10以下的设定深度，该设定深度位于泥面10以下10米左右，可通过振动锤锤压实现；将第一钢管桩1的锥形口11设置于泥面10以下，可以增强基础的防冲刷性能及刚度，第一钢管桩1的顶部位于泥面10以上的设定标高位置；施工时，海缆及登船构件预先与带锥形口11的第一钢管桩1固定连接，再通过振动锤使得第一钢管桩1进入预定高度；

利用灌浆装置对第一钢管桩1的内壁和第二钢管桩2的外壁之间的环形空间灌注浆料，构成一个或多个灌浆连接段3。

需要指出的是，灌浆装置的灌浆管线3在海上施工前，预先安装于第一钢管桩1的外壁，从而节约海上安装时间，提高海上施工效率，降低海上施工周期。

需要说明的是，第一钢管桩1在施工前已经安装好登船平台，顶部法兰以及靠船件，J形管等所需连接部件，第一钢管桩1施工完毕后，待灌浆料7达到设计强度，可以直接进行风机塔筒的安装，从而可以提高海上施工效率。

优选地，在对环形空间灌注浆料时，灌浆连接段3可以自第二钢管桩2的顶部延伸至第一钢管桩1的底部，或者，多个灌浆连接段3也可以分段设置，只需要调整各个灌浆口12的位置即可，利用不同的灌浆口12实现对不同的灌浆连接段3的灌浆。

需要说明的是，本发明之双桩套筒式基础的安装方法的其他具体实施方式与上述双桩套筒式基础的具体实施方式大致相同，在此不再赘述。

需要说明的是，本发明所述双桩套筒式基础及其安装方法，适用于表层为软土的地质结构。

综上，本发明实施例提供一种双桩套筒式基础，其利用第一钢管桩1和第二钢管桩2形成双桩套筒基础，通过第一钢管桩1和第二钢管桩2之间的灌浆连接段3，使得第一钢管桩1和第二钢管桩2形成一个整体构件，增强结构的抗弯刚度，灌浆连接段3可有效地对双桩基础的薄弱段进行增强，从而改善单桩基础的疲劳性能，解决了大容量风机的单桩基础的疲劳性能很难达标的问题，提高了单桩基础在深水区域中的适用性，能够提高深水区施工的效率。并且，本发明将灌浆装置设置于第一钢管桩1的外壁，便于对灌浆装置和第一钢管桩1进行整体安装，节约基础的海上安装时间；并且便于对灌浆连接段3的灌浆，有利于提高施工效率。并且，本发明结构简单，稳定性和运动性能良好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双桩套筒式基础，其特征在于，包括第一钢管桩、第二钢管桩和灌浆装置，其中，所述第一钢管桩套设于所述第二钢管桩的外周，所述灌浆装置设置于所述第一钢管桩的外壁，所述第一钢管桩的底部设置为上小下大的锥形口，所述第二钢管桩的顶端位于所述第一钢管桩的内部，所述第二钢管桩的底端自所述锥形口伸出于所述第一钢管桩的外部，所述第一钢管桩的外壁设置有多个与所述灌浆装置连接的灌浆口，所述第一钢管桩的内壁与所述第二钢管桩的外壁之间设置有一个或多个灌注有浆料的灌浆连接段。

2.根据权利要求1所述的双桩套筒式基础，其特征在于，每个灌浆口处均设置有一个分流槽，所述分流槽中设置有一个与所述灌浆口连通的主流道，所述主流道上设置有多个分流道，多个所述分流道均与所述第一钢管桩的内壁、所述第二钢管桩的外壁之间的环形空间连通。

3.根据权利要求2所述的双桩套筒式基础，其特征在于，多个所述分流道沿所述第二钢管桩的周向方向均匀设置。

4.根据权利要求1所述的双桩套筒式基础，其特征在于，所述双桩套筒式基础还包括导向环，所述导向环固定在所述第一钢管桩的内壁或者所述第二钢管桩的外壁。

5.根据权利要求1所述的双桩套筒式基础，其特征在于，所述双桩套筒式基础还包括封隔器，所述封隔器的一侧与所述第一钢管桩的内壁固定，所述封隔器的另一侧与所述第二钢管桩的外壁固定，且所述封隔器设置于最下方的所述灌浆口的下方，且位于所述锥形口的上方。

6.根据权利要求1所述的双桩套筒式基础，其特征在于，所述第一钢管桩的内壁与所述第二钢管桩的外壁之间设置有多个第一剪力键，多个所述第一剪力键沿所述第二钢管桩的长度方向间隔设置。

7.根据权利要求6所述的双桩套筒式基础，其特征在于，所述第二钢管桩的内部设置有多个第二剪力键，所述第二剪力键与所述第一剪力键交错布置。

8.根据权利要求1所述的双桩套筒式基础，其特征在于，所述第一钢管桩的顶部设置有连接法兰。

9.根据权利要求1所述的双桩套筒式基础，其特征在于，所述灌浆装置包括灌浆管线，所述灌浆管线自所述第一钢管桩的顶部向底部延伸设置，所述灌浆管线的顶部设置有进料口，所述灌浆管线上设置有多个出料口，各个所述出料口分别与一个所述灌浆口对接。

10.一种如权利要求1－9任一项所述的双桩套筒式基础的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

将第二钢管桩安装于设定位置，使得第二钢管桩的顶部位于泥面以上的设定高度；

将第一钢管桩套设于第二钢管桩的外周侧，并使得第二钢管桩的底部位于泥面以下的设定深度；

利用灌浆装置对第一钢管桩的内壁和第二钢管桩的外壁之间的环形空间灌注浆料，构成一个或多个灌浆连接段。

Images