CN114809062A - 整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础及其建造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种整体底板‑整体竖环组合混凝土承台基础，包括预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环；预制UHPC底板支撑于钢管桩上端；预制UHPC竖环安装在预制UHPC底板上表面，钢制基础环安装在预制UHPC底板上中部；钢制基础环、预制UHPC竖环、预制UHPC底板之间形成后浇区间，后浇区间内浇筑有后浇钢筋混凝土；预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环经后浇钢筋混凝土浇注成一体；本基础免拆模板，内部现浇钢筋混凝土，耐久性防护措施显著减少，承台耐久性高，能减轻复杂海况和气候对施工作业的影响，提高施工安全性，施工难度小，效率高，承台综合经济效益高。
Description
技术领域
本发明涉及海上固定式风电高桩基础，尤其涉及一种整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础。
背景技术
现有海上固定式高桩基础承台设计采用整体钢箱模板施工的现浇钢筋混凝土承台基础装备形式。该装备在海上吊装、装配形成整体钢箱模板作为施工平台和模板体系，在平台上进行现浇钢筋混凝施工作业最后拆除钢箱模板体系的建造方法。现浇钢筋混凝土高桩基础承台的施工模板一般采用整体钢箱模板。目前典型整体钢箱模板结构由侧壁模板、底板、底部桁架、上部桁架和吊杆6个主要部分组成。钢箱模板侧壁分为多个单片拼装而成，侧壁各单片采用螺栓连接；桁架梁牛腿与侧壁插销连接；上部桁架内有上、下挑梁，之间通过斜杆和立撑利用铰接螺栓连接；吊杆作为结构竖向连接部分，将上部桁架与底部桁架连接在一起。模板侧壁及底板各连接拼缝处采用定制橡胶条进行止水，确保结构不漏水、不渗水。
钢箱模板制作安排在陆上加工制作，整体落驳运至现场安装。钢箱模板安装时以模板钢梁主梁边线为控制，在桩顶上放出安装定位的标记，并在桩顶上焊接导向板，以使钢箱模板时顺着导向板方便就位，采用边安装、边测量调整，逐步焊接导向板及限位板的方法。安装完成后，将钢套箱与桩顶利用限位板焊接连接成一个整体，以避免钢管桩在施工过程中产生晃动，影响施工质量。
此后，在整体钢箱模板形成的施工平台上进行采用横梁的桩与基础环的连接钢工程，钢筋的绑扎、混凝土的浇筑和养护等钢筋混凝土工程。
现有基础存在以下问题:
（1）海上固定式风电高桩基础全现浇承台施工周期长、工效低；
海上风电固定式高桩承台基础建造受到季节和气候影响，施工窗口期有限。传统的全现浇钢筋混凝土承台，首先需要现场浇筑承台底板，底板厚度一般为600-800mm，承台底板施工存在支模、拆模循环工序，现场需要配合搭设必要的支撑。然后在承台底板上进行模板工程、钢筋工程，工序分阶段进行，工序多且繁杂，导致全现浇基础承台施工周期长、建造工效低。
（2）钢箱模板成本高、耐久性差；
固定式风电高桩基础全现浇钢筋混凝土承台消耗钢箱模板量大，模板成本高昂。海上钢材会受到海水的锈蚀，模板后期需要维护，影响模板周转摊销核算成本。如果钢模板为免拆的永久模板，承台一次性建造投入成本会更高。
（3）钢筋混凝土材料耐久性问题；
固定式风电高桩基础全现浇钢筋混凝土承台，因为采用普通高性能钢筋混凝土材料，虽然混凝土采用了耐久性措施，但是由于海上服役严酷环境，对其采取额外的耐久性防护措施往往是必要的。额外的耐久性防护措施必然带来额外的措施费用成本。此外，因为耐久性措施不到位，导致在腐蚀特别严重的部位，如潮汐区和浪溅区，由于水流冲刷和干湿循环，承台结构可能较早破坏和磨损，影响承台装备整体寿命，近年来也发现越来越多早期建造的海洋工程逐渐老化失效的案例。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础。
本发明解决技术问题所采用的方案是，1.一种整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，包括预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环；
所述预制UHPC底板支撑于钢管桩上端；
预制UHPC竖环安装在预制UHPC底板上表面，钢制基础环安装在预制UHPC底板上中部；
钢制基础环、预制UHPC竖环、预制UHPC底板之间形成后浇区间，后浇区间内浇筑有后浇钢筋混凝土；
所述钢管桩上端安装有钢构梁，钢构梁位于后浇区间内并与钢制基础环相连接；
预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环经后浇钢筋混凝土浇注成一体。
进一步的，所述预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢制基础环同轴设置。
进一步的，所述预制UHPC竖环截面呈L型，其竖直部内侧面下宽上窄，其水平部下表面设置有环槽。
进一步的，所述预制UHPC底板上方外周圆周设置有用以与环槽拼接的环凸，所述预制UHPC底板上开设有供钢管桩上端伸入的预留洞口。
进一步的，所述钢管桩上部外周安装有钢支撑牛腿，钢支撑牛腿上端面形成用以支撑预制UHPC底板的支撑面，支撑面将预留洞口下端封闭。
进一步的，所述预制UHPC底板外周及中部分别预埋有用以连接预制UHPC竖环的预埋螺栓A、用以连接钢制基础环的预埋螺栓B。
进一步的，所述水平部上表面设置有用以连接预埋螺栓A的连接钢板，钢制基础环下端设置有用于连接预埋螺栓B的耳部钢板。
进一步的，所述连接钢板呈环形或圆周均布的设置若干个。
进一步的，所述预制UHPC底板上表面、预制UHPC环套内表面均预埋有若干连接钢筋。
一种混凝土承台基础施工方法，包括以下步骤：
步骤一：预制UHPC竖环、UHPC底板，并运至施工现场；
步骤二：将钢支撑牛腿预先焊接至钢管桩桩身表面上，以形成钢支撑平台，将预制UHPC底板吊装至钢支撑牛腿上，在钢支撑牛腿的支撑面上放出安装定位的标记，采用边安装、边测量调整的方法完成预制UHPC底板的安装；
步骤三：预制UHPC底板安装完成后，用高强混凝土灌浆料填充至预留洞下端与钢管桩预留的施工间隙中，进行预制UHPC底板与钢管桩的固定；
步骤四：吊装预制UHPC竖环，将预制UHPC竖环与预制UHPC底板通过预制UHPC底板上的预埋螺栓进行连接；
步骤五：将钢制基础环与预制UHPC底板通过预制UHPC底板上的预埋螺栓进行连接；
步骤六：在钢管桩顶端安装钢构梁，将钢构梁位于与钢制基础环相连接；
步骤七：在后浇区间内浇筑后浇钢筋混凝土，使预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环连接成一体。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：免拆模板，内部现浇钢筋混凝土，适用于固定式海上风电高桩基础承台装备的快速建造，耐久性防护措施显著减少，承台耐久性高，能减轻复杂海况和气候对施工作业的影响，提高施工安全性，施工周期短，施工难度小，施工效率高，承台综合经济效益高。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本承台基础结构示意图。
图2为未浇筑后浇钢筋混凝土的结构示意图。
图3为未浇筑后浇钢筋混凝土的内部结构示意图。
图4为未浇筑后浇钢筋混凝土的结构俯视图。
图5为预制UHPC底板的结构示意图。
图6为钢支撑牛腿的安装结构示意图。
图7为连接钢板的结构示意图。
图中：1-后浇钢筋混凝土；1a -钢构梁；2-预制UHPC竖环；2a-竖直部； 2b-水平部；2c-环槽；3-预制UHPC底板；3a-预留洞口；3b-环凸；4-钢管桩；5-钢支撑牛腿；6-钢制基础环；7-竖环U形筋；8-底板U形筋；9-预埋螺栓A；10-连接钢板；11-预埋螺栓B；12-支撑面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-7所示，一种整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，包括预制UHPC竖环2、预制UHPC底板3、钢管桩4、钢制基础环6；
所述预制UHPC底板支撑于钢管桩上端；
预制UHPC竖环安装在预制UHPC底板上表面，钢制基础环安装在预制UHPC底板上中部；
钢制基础环、预制UHPC竖环、预制UHPC底板之间形成后浇区间，后浇区间内浇筑有后浇钢筋混凝土1；
预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环经后浇钢筋混凝土浇注成一体；
本承台基础预制UHPC竖环、预制UHPC底板预先预制成型，且可以附带部分钢筋工程，现场不存在底板模板工程、不存在底板钢筋工程、不存在底板混凝土浇筑和养护工程，底板只存在安装工程；底板安装就位后可连续在其上部进行后续安装竖环，竖环为陆上预制成型，且作为承台核心混凝土工程的永久性免拆除模板，现场不需要模板拆除工程。
在本实施例中，所述预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢制基础环同轴设置。
在本实施例中，所述钢管桩上端安装有钢构梁1a，钢构梁位于后浇区间内并与钢制基础环相连接。
在本实施例中，所述预制UHPC竖环截面呈L型，其竖直部2a内侧面下宽上窄，其水平部2b下表面设置有环槽2c。
在本实施例中，所述预制UHPC底板上方外周圆周设置有用以与环槽拼接的环凸3b，形成拼接缝连接和防水构造，所述预制UHPC底板上开设有供钢管桩上端伸入的预留洞口3a，预留洞口截面直径大于钢管桩直径400-450mm，便于钢管桩伸入与基础环连接。
在本实施例中，所述钢管桩上部外周安装有钢支撑牛腿5，钢支撑牛腿预先与钢管桩桩身进行焊接，形成钢支撑平台，钢支撑牛腿上端面形成用以支撑预制UHPC底板的支撑面12，支撑面将预留洞口下端封闭。
在本实施例中，所述预制UHPC底板外周及中部分别预埋有用以连接预制UHPC竖环的预埋螺栓A9、用以连接钢制基础环的预埋螺栓B11。
在本实施例中，所述水平部上表面设置有用以连接预埋螺栓A的连接钢板10，，连接钢板使得预埋螺栓A连接均匀受力，减小应力集中，钢制基础环下端设置有用于连接预埋螺栓B的耳部。
在本实施例中，所述连接钢板呈环形或圆周均布的设置若干个。
在本实施例中，所述预制UHPC底板上表面、预制UHPC竖环内表面均预埋有若干连接钢筋，连接钢筋起到连接作用和抗剪作用；所述连接钢筋包括预埋在预制UHPC底板上表面的底板U形筋8及预制UHPC竖环内表面的竖环U形筋7。
一种混凝土承台基础施工方法，包括以下步骤：
步骤一：预制UHPC竖环、UHPC底板，并运至施工现场；
步骤二：将钢支撑牛腿预先焊接至钢管桩桩身表面上，以形成钢支撑平台，将预制UHPC底板吊装至钢支撑牛腿上，在钢支撑牛腿的支撑面上放出安装定位的标记，采用边安装、边测量调整的方法完成预制UHPC底板的安装；
步骤三：预制UHPC底板安装完成后，用高强混凝土灌浆料填充至预留洞下端与钢管桩预留的施工间隙中，进行预制UHPC底板与钢管桩的固定；
步骤四：吊装预制UHPC竖环，将预制UHPC竖环与预制UHPC底板通过预制UHPC底板上的预埋螺栓进行连接；
步骤五：将钢制基础环与预制UHPC底板通过预制UHPC底板上的预埋螺栓进行连接；
步骤六：在钢管桩顶端安装钢构梁，将钢构梁位于与钢制基础环相连接；
步骤七：在后浇区间内浇筑后浇钢筋混凝土，使预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环连接成一体。
本承台基础通过预制UHPC竖环、预制UHPC底板组成的永久模板免拆除，成为了承台的一部分，内部现浇钢筋混凝土工程量减少，减少了海上施工时间；UHPC材质的预制永久模板装配后形成稳定的套箱结构，施工人员在永久模板内部施工安全性高，可减轻复杂海况和气候对施工作业的影响，提高施工效率，减小施工难度；
本承台基础采用的预制UHPC竖环、预制UHPC底板均采用超高性能混凝土制造，而超高性能混凝土具有超高强度（120-200MPa）特征，UHPC永久性免拆模板作为海上风电承台外壳，超高性能混凝土底板和竖环，作为承台结构的一部分，减少了内部现浇钢筋混凝土工程量；如果同免除钢箱相比，在一定程度上可进一步凸显其综合经济效益优势；可减少或免除潮汐区和浪溅区对混凝土防护工程的额外措施要求，并且显著减少承台耐久性运维措施要求，对于大幅提高潮汐区和浪溅区混凝土结构的耐久性、提高承台装备使用寿命提供具有重要保障。
本承台基础可实现超高性能混凝土免除模壳的工业化设计、生产、装配建造，充分发挥组合混凝土工程装配化建造功效，有利于固定式海上风电项目的工业化发展，以上诸优势均可提高承台综合经济效益。
本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于：包括预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环；
所述预制UHPC底板支撑于钢管桩上端；
预制UHPC竖环安装在预制UHPC底板上表面，钢制基础环安装在预制UHPC底板上中部；
钢制基础环、预制UHPC竖环、预制UHPC底板之间形成后浇区间，后浇区间内浇筑有后浇钢筋混凝土；
所述钢管桩上端安装有钢构梁，钢构梁位于后浇区间内并与钢制基础环相连接；
预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环经后浇钢筋混凝土浇注成一体。
2.根据权利要求1所述的整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于：所述预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢制基础环同轴设置。
3.根据权利要求1所述的整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于：所述预制UHPC竖环截面呈L型，其竖直部内侧面下宽上窄，其水平部下表面设置有环槽。
4.根据权利要求3所述的整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于：所述预制UHPC底板上方外周圆周设置有用以与环槽拼接的环凸，所述预制UHPC底板上开设有供钢管桩上端伸入的预留洞口。
5.根据权利要求4所述的整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于：所述钢管桩上部外周安装有钢支撑牛腿，钢支撑牛腿上端面形成用以支撑预制UHPC底板的支撑面，支撑面将预留洞口下端封闭。
6.根据权利要求3所述的整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于：所述预制UHPC底板外周及中部分别预埋有用以连接预制UHPC竖环的预埋螺栓A、用以连接钢制基础环的预埋螺栓B。
7.根据权利要求6所述的整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于：所述水平部上表面设置有用以连接预埋螺栓A的连接钢板，钢制基础环下端设置有用于连接预埋螺栓B的耳部钢板。
8.根据权利要求7所述的整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于：所述连接钢板呈环形或圆周均布的设置若干个。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于：所述预制UHPC底板上表面、预制UHPC竖环内表面均预埋有若干连接钢筋。
10.一种混凝土承台基础施工方法，采用如权利要求1-8任意一项所述的整体底板-整体竖环组合混凝土承台基础，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：预制UHPC竖环、UHPC底板，并运至施工现场；
步骤二：将钢支撑牛腿预先焊接至钢管桩桩身表面上，以形成钢支撑平台，将预制UHPC底板吊装至钢支撑牛腿上，在钢支撑牛腿的支撑面上放出安装定位的标记，采用边安装、边测量调整的方法完成预制UHPC底板的安装；
步骤三：预制UHPC底板安装完成后，用高强混凝土灌浆料填充至预留洞下端与钢管桩预留的施工间隙中，进行预制UHPC底板与钢管桩的固定；
步骤四：吊装预制UHPC竖环，将预制UHPC竖环与预制UHPC底板通过预制UHPC底板上的预埋螺栓进行连接；
步骤五：将钢制基础环与预制UHPC底板通过预制UHPC底板上的预埋螺栓进行连接；
步骤六：在钢管桩顶端安装钢构梁，将钢构梁位于与钢制基础环相连接；
步骤七：在后浇区间内浇筑后浇钢筋混凝土，使预制UHPC竖环、预制UHPC底板、钢管桩、钢制基础环连接成一体。
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