CN115652985A - 一种复合式桩-桶基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及海洋工程基础技术领域，公开了一种复合式桩‑桶基础及其施工方法，包括上下相连的单桩和吸力桶，还包括内部降阻机构和外部降阻机构。吸力桶包括桶体和顶板。单桩包括内部中空的桩身。内部降阻机构包括搅拌组件和排液管，搅拌组件包括穿过顶板并伸入至吸力桶内腔的搅拌杆和连接于搅拌杆下端的搅拌头，排液管穿过顶板并伸入至吸力桶内腔。外部降阻机构包括滑动连接于单桩外壁和/或吸力桶外壁的毛刷组件，毛刷组件设有刷齿。本申请提供的复合式桩‑桶基础能够解决沉贯时的土塞问题，而且有效降低了复合式桩‑桶基础在沉贯过程中所受的内摩阻力和外摩阻力，使其沉贯深度更大，打破了传统风机基础无法利用深部土层承载力优势的限制。

Description

一种复合式桩-桶基础及其施工方法

技术领域

本发明属于海洋工程基础结构领域，尤其涉及一种复合式桩-桶基础及其施工方法。

背景技术

新能源在我国能源结构中的占比越来越大，风能作为一种清洁、资源总量大的新能源，具有更高的成本效益和资源有效性。陆地上风能受地形、季节影响较大，可开发和利用的风能储量仅占我国风能储量的三成，海上风能储量大且开发利用较少的优势决定了海上风电的开发将成为我国新能源发展的重要领域。相比于陆地环境，海洋环境具有特殊性。为了承受海上的强风载荷和波浪冲击等，海上风电机组的基础远比陆上的结构复杂、技术难度高。

现有海上风机基础形式主要为大直径单桩基础和吸力桶基础，全球目前约75%的海上风机基础采用单桩基础，吸力桶作为一种比较前沿的风机基础应用较少。单桩基础以及吸力桶基础都存在一些缺点：单桩基础因设计长度较长，安装过程中对运输吊装船提出了严苛的要求；其安装方式主要通过压锤进行液压沉桩，施工周期长、施工复杂导致安装成本增加，而且单桩基础的抗水平荷载能力较差。吸力桶基础作为另一种海上风机的基础形式，水平承载力主要由土体水平抗力、桶及桶内土自重提供，安装后抗倾覆承载力大。吸力桶基础主要通过抽吸使桶内形成负压，利用负压进行沉贯，但因为桶内土塞问题，使得沉贯深度达不到顶板与海床平面平齐位置。即使，沉贯中没有土塞问题也只能沉贯至顶板与海床平面平齐位置，安装深度仍较浅，且表层土体大多为软粘土，导致承载力不足。现实情况中，一般采取增大吸力桶直径的方法来解决承载力不足的问题，但这种方法又会导致基础成本增加。而且，吸力桶基础安装后面临在海水冲刷作用下，基础周围土体流失，基础有效埋置深度减小，抗拔承载力及水平承载力降低的问题。

现有技术中，存在一种抗水平变形能力强、海洋环境适应性好的桩-桶复合基础，如公开号为CN110965557A、名称为一种负压桶-桩复合基础结构及其施工方法的中国发明专利申请中，通过将承载桩与负压桶基础结合成一个整体，充分利用了桩基竖向抗拔承载力的优势和负压桶基础水平承载力的优势。但是，对于负压桶沉贯过程中存在的土塞问题，该方案仅通过高压冲水的方式，冲刷负压桶桶壁下方的土，以此减轻土阻力，并不能解决土塞问题，仍不能使封顶钢板达到与海床平面平齐的位置，安装深度仍较浅。在公开号为CN114411795A、名称为土塞清除和桶内土体加固的吸力桶基础复合结构的中国发明专利申请中，在沉贯过程中，通过搅拌头在桶内不断搅拌，将桶内土体搅拌成泥浆状态。但是，其未将土体移出桶外，因此也不能有效解决土塞问题，对于安装深度的影响较小。吸力桶沉贯时，外摩阻力也会影响沉贯效率和深度，但是现有的方案中都没有考虑如何降低吸力桶外摩阻力的问题。

因此，现有技术的方案有待进一步提升。

发明内容

本发明提供了一种复合式桩-桶结构及其施工方法，以解决上述技术问题的至少一个技术问题。

本发明所采用的技术方案为：

本发明提供了一种复合式桩-桶基础，包括上下相连的单桩和吸力桶，所述吸力桶包括桶体和设置于所述桶体顶部的顶板，所述桶体和所述顶板合围形成吸力桶内腔，所述单桩包括内部中空的桩身，所述复合式桩-桶基础还包括内部降阻机构和外部降阻机构，所述内部降阻机构包括搅拌组件和排液管，所述搅拌组件包括穿过所述顶板并伸入至所述吸力桶内腔的搅拌杆和连接于所述搅拌杆下端的搅拌头，所述排液管包括穿过所述顶板并伸入至所述吸力桶内腔；所述外部降阻机构包括滑动连接于所述单桩外壁和/或所述吸力桶外壁的毛刷组件，所述毛刷组件设有刷齿。

作为本发明的一种优选实施方式，所述搅拌杆内部中空以形成进水通道，所述搅拌杆还包括上端的进水口和下端的出水口。

作为本发明的一种优选实施方式，所述外部降阻机构还包括设于所述桩身外壁和所述毛刷组件之间的连接板，所述桩身外壁设有沿轴向延伸的第一导轨，所述连接板设有滑动连接于所述第一导轨的第一滑块，以使所述连接板能够沿所述桩身外壁上下运动，所述连接板还设有沿周向延伸的第二导轨，所述毛刷组件设有滑动连接于所述第二导轨的第二滑块，以使所述毛刷组件能够沿所述连接板周向运动。

作为本发明的一种优选实施方式，所述毛刷组件还包括安装板以及转动连接于所述安装板的支撑杆，所述第二滑块设于所述安装板朝向所述第二导轨的一侧，所述刷齿间隔排布于所述支撑杆，所述支撑杆沿轴向间隔设置有多个。

作为本发明的一种优选实施方式，所述内部降阻机构还包括导向组件，所述导向组件包括滑动连接于所述桩身内壁的导向板，所述导向板设有供所述搅拌杆穿过的第一导向孔和供所述排液管穿过的第二导向孔，所述导向组件还包括设于所述第一导向孔和第二导向孔内的轴承。

作为本发明的一种优选实施方式，所述搅拌头设有搅拌叶，所述搅拌叶由柔性材料制成。

作为本发明的一种优选实施方式，所述桩身和所述顶板之间设有连接结构，所述桩身和所述顶板二者之一设置有卡扣，所述桩身和所述顶板二者之另一设有与所述卡扣相对应的卡槽，所述卡扣和所述卡槽相配合以形成所述连接结构。

作为本发明的一种优选实施方式，所述连接结构还包括设置于所述卡槽内的锁止组件，所述锁止组件包括挡片和弹性件，所述卡槽内设有铰接位，所述挡片铰接于所述铰接位，所述挡片在所述铰接位两端分别具有止挡部和复位部，所述止挡部分隔所述卡槽形成活动部和止位部，所述弹性件一端连接于所述卡槽内壁，另一端连接于所述复位部。

本发明还提供一种复合式桩-桶基础的施工方法，应用前述的复合式桩-筒基础，所述施工方法包括：

1）将所述单桩和所述吸力桶进行连接，形成复合式桩-桶基础；

2）进行所述复合式桩-桶基础的自重沉贯；

3）进行所述复合式桩-桶基础的负压沉贯，其中，利用外部抽吸设备通过所述排液管抽出所述吸力桶内腔的水，将所述复合式桩-桶基础沉贯至负压极限下沉深度；

4）进行所述复合式桩-桶基础的内部降阻沉贯，其中，开启内部降阻机构，通过所述搅拌杆带动所述搅拌头转动切削所述吸力桶内腔的海床土体，利用外部抽吸设备通过所述排液管抽出所述吸力桶内腔的泥浆，将所述复合式桩-桶基础沉贯至所述顶板低于海床平面的第一深度处；

5）进行所述复合式桩-桶基础的外部降阻沉贯，其中，开启外部降阻机构，通过所述刷齿切削所述复合式桩-桶基础外部的海床土体，将所述复合式桩-桶基础沉贯至所述顶板低于海床平面的第二深度处；

6）进行所述内部降阻机构、所述外部降阻机构的回收。

作为本发明的一种优选实施方式，还包括步骤7），在所述步骤7）中，再次通过外部抽吸设备抽吸所述吸力桶内的水和泥浆。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1.本发明提供的一种复合式桩-桶基础，包括上下相连的单桩和吸力桶，克服了传统单桩基础抗压、抗拔承载力较低、单桶基础无法利用深部土层的缺点。相较于传统单桩基础完全依靠桩身侧壁提供抗压、抗拔承载力的特点，本发明中的吸力桶顶板可以提高复合式桩-桶基础的竖向抗压承载力，同时在动力载荷作用下，吸力桶内腔可以产生额外的负压，能够提高复合式桩-桶基础的抗拔承载力。另外，本发明的方案中，通过内部降阻机构中的搅拌杆带动搅拌头转动切削桶内的海床土体，并可以利用外部抽吸设备通过排液管将切削破坏的土体排出桶外，能够消除桶体内部土塞，解决了复合式桩-桶在沉贯时因桶内多余土体引起土塞导致负压沉贯失效的问题，有利于增加安装深度。同时，由于搅拌头转动切削土体，对内部土体进行松动、破坏，土体较为松散的情况下，与吸力桶内壁间的接触面积变小，作用力变小，降低内摩阻力，有利于增加沉贯深度。在沉贯过程中，复合式桩-桶基础还可以通过外部降阻机构降低外摩阻力，通过滑动设置于单桩外壁或者吸力桶外壁的毛刷组件，在沉贯时能够在轴向上或者周向上运动，带动刷齿切削外侧土体，外侧土体变得更加松散，以降低其与复合式桩-桶基础外壁的作用力，从而降低外摩阻力。另外，刷齿运动切削土体过程中，改变土体固结的状态为泥浆状态，产生泥浆护壁的效果，也能够使得外摩阻力得到有效降低。因此，本方案能够有效降低复合式桩-桶基础在沉贯过程中所受的内摩阻力和外摩阻力，使其沉贯深度更大，可以将复合式桩-桶基础沉贯至海洋平面以下，能够避免因海水冲刷作用导致周围土体流失，而抗拔承载力和水平承载力降低的问题。同时，将复合式桩-桶基础沉贯至海洋平面以下，打破了传统风机吸力桶基础无法利用深部土层承载力优势的限制。由于深部土层的土体更加密实，可有效提高其竖向抗压承载力。因此，本发明的复合式桩-桶基础，可有效提高承载力。

2.本发明提供的一种复合式桩-桶基础，在搅拌切削桶体内部海床土体时，还可以通过搅拌杆向桶体内部冲水，与搅拌出的泥土充分混合形成泥浆悬浊液，利用外部抽吸设备通过排液管将泥浆悬浊液抽出桶外，使得桶内密封空间的压力继续降低，在上下压力差的作用下继续沉贯至低于海床平面的位置。

3.本发明提供的一种复合式桩-桶基础，通过卡槽和卡扣连接结构，实现单桩和吸力桶的预装配，解决对大型单桩和吸力桶焊接操作时固定困难的问题。在完成单桩和吸力桶的初步定位之后，进一步的，在通过锁止组件将卡扣锁紧于卡槽内，进而将单桩和吸力桶进行固定限位，然后对单桩、吸力桶连接处进行熔焊，提高了单桩和吸力桶之间的固定效果。

4.本发明提供的一种复合式桩-桶基础的施工方法，能够将吸力桶沉贯至顶板低于海床平面的深度上，可以发挥深部土层抗剪强度高的优势，极大提高其抗拔承载力，降低了海浪等动载荷冲刷海床平面对复合式基础的基础承载力的影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种复合式桩-桶基础的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种吸力桶的顶板结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种单桩和吸力桶的连接结构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种卡槽和锁紧组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种导向组件的俯视图；

图6为本发明实施例提供的一种导向组件的剖视图；

图7为本发明实施例提供的一种单桩的水平剖视图；

图8为本发明实施例提供的一种单桩的轴向剖视图；

图9为本发明实施例提供的一种单桩桩身的部分结构剖视图；

图10为本发明实施例提供的一种外部降阻机构的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种外部降阻机构的部分结构剖视图；

图12为本发明实施例提供的一种复合式桩-桶基础的自重沉贯阶段示意图；

图13为本发明实施例提供的一种复合式桩-桶基础的负压沉贯阶段示意图；

图14为本发明实施例提供的一种复合式桩-桶基础中顶板与海床平面平齐位置示意图；

图15为本发明实施例提供的一种复合式桩-桶基础的内部降阻沉贯阶段示意图；

图16为本发明实施例提供的一种复合式桩-桶基础的外部降阻沉贯阶段示意图；

图17为本发明实施例提供的一种复合式桩-桶基础的内、外部降阻机构回收示意图；

图18为本发明实施例提供的一种复合式桩-桶基础的沉贯完成状态示意图。

其中，

1-单桩；11-桩身；111-第一导轨；112-卡槽；1121-活动部；1122-止位部；12-锁止组件；121-挡片；1211-止挡部；1212-复位部；122-弹性件；123-固定绞；

2-吸力桶；21-桶体；22-顶板；221-通孔；222-密封圈；223-密封盖板；224-卡扣；

3-内部降阻机构；31-搅拌组件；311-搅拌杆；3111-进水通道；312-搅拌叶；32-排液管；33-导向组件；331-导向板；3311-第一导向孔；3312-第二导向孔；332-轴承；

4-外部降阻机构；41-毛刷组件；411-刷齿；412-第二滑块；413-安装板；414-支撑杆；415-斜撑；42-连接板；421-第一滑块；422-第二导轨。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本发明提供了一种复合式桩-桶基础，如图1所示，复合式桩-桶基础包括上下相连的单桩1和吸力桶2，吸力桶2包括桶体21和设置于桶体21顶部的顶板22。顶板22和桶体21之间密封固定。单桩1包括内部中空的桩身11。单桩1和吸力桶2之间也进行密封固定。复合式桩-桶基础还包括内部降阻机构3和外部降阻机构4。

内部降阻机构3包括搅拌组件31和排液管32。搅拌组件31包括穿过顶板22并伸入至吸力桶2内腔的搅拌杆311和连接于搅拌杆311下端的搅拌头。排液管32穿过顶板22并伸入至吸力桶2的内腔。搅拌杆311带动搅拌头转动切削桶内的海床土体，消除桶体21内部土塞，并利用外部抽吸设备通过排液管32将切削破坏的土体排出桶体21外，解决了复合式桩-桶在沉贯时因桶内多余土体引起土塞导致负压沉贯失效的问题。进一步的，搅拌杆311内部中空以形成进水通道3111，搅拌杆311还包括上端的进水口和下端的出水口。在搅拌切削桶体21内部海床土体时，还可以通过搅拌杆311向桶体21内部冲水，与搅拌出的泥土充分混合形成泥浆悬浊液，利用外部抽吸设备通过排液管32将泥浆悬浊液抽出桶外，使得桶内密封空间的压力继续降低，在上下压力差的作用下继续沉贯至低于海床平面的位置。

搅拌头设有搅拌叶312，搅拌叶312由柔性材料制成，柔性材料可以选用硅胶材料、橡胶材料，或者柔性金属材料等搅拌叶312在外力作用下能够产生变形并具有一定的韧性，其在自重作用下处于下垂状态，在外力作用下可弯折成其他形状。在搅拌杆311旋转运动时，搅拌叶312由下垂状态逐步变为水平状态。优选的，搅拌叶312的长度大于桶体21内壁的半径，确保能够将桶体21内部的土体搅拌均匀和搅拌后土体的高度平整。搅拌叶312的数量不做限定，可以设置一个，也可以设置多个，优选的，至少对称设置有两个。

在一个实施方式中，搅拌叶312也可以设置为相对于搅拌杆311开合。例如，在搅拌叶312内部通过伸缩杆实现对搅拌叶312的张开和闭合。伸缩杆可以为气动或者液压缸驱动。在回收时，将搅拌叶312闭合后，随搅拌杆311移出吸力桶2。

参考图2所示，顶板22设有通孔221，在通孔221内设置有密封圈222，密封圈222包括主体部和设于主体部上下两端且向外侧径向延伸的上密封唇边和下密封唇边，上密封唇边和下密封唇边紧贴顶板22的上、下壁，搅拌杆311和排液管32分别穿过密封圈222的主体部伸入至桶体21内部，从而能够密封第一通孔221与搅拌杆311或者排液管32之间的运动间隙，确保桶体21内部形成密封空间。在顶板22上方还设有密封盖板223，在沉贯结束后，利用密封盖板223封闭第一通孔221。搅拌杆311还可以相对于顶板22升降运动，在基础沉贯过程中，搅拌杆311能够相对于桶体21内的海床平面高度调整搅拌杆311的伸出长度。

结合图5-图6所示，内部降阻机构3还包括导向组件33，导向组件33包括滑动连接于桩身11内壁的导向板331，导向板331设有供搅拌杆311穿过的第一导向孔3311和供排液管32穿过的第二导向孔3312。导向组件33还包括设于第一导向孔3311和第二导向孔3312内的轴承332。在一个实施方式中，导向板331包括套设于桩身11内壁的管状部，以及连接于管状部内壁的水平支撑部，管状部外表面设有竖向滑块，在桩身11内壁设置有竖向导轨，通过外部气动装置提供动力可使竖向滑块在桩身11内壁上下运动。在水平支撑部设置第一导向孔3311和第二导向孔3312，其中，第二导向孔3312设有两个，且相对于第一导向孔3311对称设置。

结合图7-图11所示，外部降阻机构4包括滑动连接于单桩1外壁和/或吸力桶2外壁的毛刷组件41，毛刷组件41设有刷齿411。刷齿411的形状不做限制，在一个实施方式中，刷齿411的形状为锥形齿。或者，在另一实施方式中，刷齿411也可以为螺旋齿片。毛刷组件41在沉贯时能够在轴向上或者周向上运动，带动刷齿411切削外侧土体产生泥浆护壁的效果，在单桩1外壁或者吸力桶2外壁与周围土间形成一层泥皮，对单桩1或者吸力桶2的外摩阻力具有较大的削弱作用，使得外摩阻力得到极大降低。

在一个实施方式中，桩身11外壁和毛刷组件41之间还设有连接板42。桩身11外壁设有轴向延伸的第一导轨111，连接板42设有滑动连接于第一导轨111的第一滑块421，通过外部气动装置带动第一滑块421相对于第一导轨111上下运动，以使连接板42能够沿桩身11外壁上下运动。其中，连接板42为弧形板，设有4个，将桩身11外壁划分为4个区域。第一导轨111设有8个，在弧形板的两端分别设有第一滑块421。连接板42还设有沿周向延伸的第二导轨422，毛刷组件41设有滑动连接于第二导轨422的第二滑块412，通过外部气动装置带动第二滑块412相对于第二导轨422运动，以使毛刷组件41能够沿连接板42周向运动。从而，在复合式桩-桶基础沉贯过程中，毛刷组件41既能够上下运动也能够左右运动，切削桩身11外壁的土体。一方面，外侧土体变得更加松散，以降低其与复合式桩-桶基础外壁的作用力，从而降低外摩阻力。另一方面，刷齿411运动切削土体过程中，改变土体固结的状态为泥浆状态，产生泥浆护壁的效果，也能够使得外摩阻力得到有效降低。

连接板42的轴向运动方式和周向运动方式也可以是链条传动。例如，将第一滑块421和第二滑块412转换为齿轮，在齿轮中间通过安装固定轴承332使其能够与连接板42或者安装板413进行连接，防止连接板42或者安装板413因为齿轮的转动发生转动，从而引起外部降阻机构4的转动。

在一个实施方式中，毛刷组件41还包括安装板413以及转动连接于安装板413的支撑杆414，第二滑块412设于安装板413朝向第二导轨422的一侧。安装板413也为弧形板，刷齿411间隔排布于支撑杆414，多个支撑杆414沿轴向间隔排布于安装板413。在安装板413朝向第二导轨422以及背离第二导轨422的两侧均转动连接有支撑杆414。支撑杆414在运动过程中对周围土体进行搅拌形成泥浆悬浊液，是沉贯过程中外部土体形成类似泥浆护壁的效果。进一步的，安装板413远端通过斜撑415与第二滑块412连接。斜撑415可以为加强筋板或者平行设置的多个斜杆。具体的，斜杆有8根，每一个安装板413上有两根斜杆，一端连接安装板413远端，另一端连接第二滑块412，防止在移动切削过程中安装板413端部发生屈曲。

当然可以理解的是，刷齿411也可以固定设置安装板413上，包括沿周向排列的刷齿411组，每个刷齿411组包括若干轴向间隔排布的刷齿411。或者，刷齿411螺旋排布安装板413上。

结合图3-图4所示，在一个实施方式中，在单桩1的桩身11和吸力桶2的顶板22之间还设有连接结构，桩身11和顶板22二者之一设置有卡扣224，桩身11和顶板22二者之另一设有与卡扣224相对应的卡槽112，卡扣224和卡槽112相连接以形成连接结构。通过卡槽112和卡扣224连接结构，实现单桩1和吸力桶2的预装配，解决对大型单桩1和吸力桶2焊接操作时固定困难的问题。具体的，在本实施例中，连接结构包括设于桩身11内壁的卡槽112以及设于顶板22上壁的卡扣224。卡槽112为沿周向延伸的弧形槽，包括朝向桩身11内腔开口的限位槽部，以及连通限位槽部且具有朝向桩身11底壁开口的开口槽部。卡扣224包括

进一步的，连接结构还包括设置于卡槽112内的锁止组件12，锁止组件12包括挡片121和弹性件122。卡槽112内设有铰接位，挡片121铰接于铰接位。铰接位可以为设置于卡槽112槽壁的铰接轴。挡片121在铰接位两端分别具有止挡部1211和复位部1212，止挡部1211分隔卡槽112的限位槽部形成活动部1121和止位部1122。弹性件122可以为弹簧。弹性件122一端连接于卡槽112内壁，另一端连接于复位部1212。挡片121中间位置用固定铰123限制，使其可以围绕固定铰123旋转但不可以平动。在进行单桩1和吸力桶2的安装过程中，首先将顶板22上的卡扣224先对齐卡槽112的开口槽部滑入桩身11内壁预留的卡槽112，然后顺时针转动上部桩身11，在转动过程中，卡扣224推动挡片121的止挡部1211使与挡片121连接的压缩弹簧处于压缩状态，当卡扣224进入卡槽112的止位部1122时，挡片121的止挡部1211约束消失，挡片121回复到原来位置卡死卡扣224。

本发明提供的一种复合式桩-桶基础，通过上下相连的单桩1和吸力桶2，不仅具有单桩1的抗竖向载荷的能力，还具有吸力桶2的水平承载和抗倾覆承载的能力。对于吸力桶2沉贯过程中存在的土塞问题，本申请的方案中，通过内部降阻机构3中的搅拌杆311带动搅拌头转动切削桶内的海床土体，并利用外部抽吸设备通过排液管32将切削破坏的土体排出桶外，消除桶体21内部土塞，解决了复合式桩-桶在沉贯时因桶内多余土体引起土塞导致负压沉贯失效的问题。同时，通过搅拌头转动切削海床土体，对内部土体进行松动、破坏，土体较为松散的情况下，与吸力桶2内壁件的接触面积变小，作用力变小，降低了桶内侧土体和吸力桶2内壁的接触面积，降低内摩阻力，有利于增加沉贯深度。在沉贯过程中，复合式桩-桶基础还可以通过外部降阻机构4降低外摩阻力，通过滑动设置于单桩1外壁或者吸力桶2外壁的毛刷组件41，在沉贯时能够在轴向上或者周向上运动，带动刷齿411切削外侧土体，外侧土体变得更加松散，以降低其与复合式桩-桶基础外壁的作用力，从而降低外摩阻力。另外，刷齿411运动切削土体过程中，改变土体固结的状态为泥浆状态，产生泥浆护壁的效果，使得外摩阻力得到有效降低。因此，本方案能够有效降低复合式桩-桶基础在沉贯过程中所受的内摩阻力和外摩阻力，使其沉贯深度更大，可以将复合式桩-桶基础沉贯至海洋平面以下，能够避免因海水冲刷作用导致周围土体流失，而抗拔承载力和水平承载力降低的问题。同时，将复合式桩-桶基础沉贯至海洋平面以下，打破了传统风机吸力桶基础无法利用深部土层承载力优势的限制，由于深部土层的土体更加密实，可有效提高竖向抗压承载力。因此，本发明的复合式桩-桶基础，可有效提高承载力。

本发明还提供一种复合式桩-桶基础的施工方法，应用前述的复合式桩-筒基础，施工方法包括：

1）将单桩1和吸力桶2进行连接，形成复合式桩-桶基础。

首先，将顶板22上的卡扣224先对齐卡槽112的开口槽部滑入桩身11内壁预留的卡槽112。然后，顺时针转动上部桩身11，使得挡片121能锁止卡扣224。之后，在单桩1和吸力桶2外部连接面进行熔透焊接，完成复合式桩-桶的连接固定。

2）进行复合式桩-桶基础的自重沉贯。

参考图12、图13，复合式桩-桶基础沉贯之前，将其吊装至设计位置，然后打开自重阀，让复合式桩-桶在自重作用下沉贯至自重极限下沉深度，完成自重沉贯。

3）进行复合式桩-桶基础的负压沉贯。

参考图14，利用外部抽吸设备通过排液管32抽出吸力桶2内腔的水，使吸力桶2内密封空间形成负压，将复合式桩-桶基础沉贯至至负压极限下沉深度，完成负压沉贯。

4）进行复合式桩-桶基础的内部降阻沉贯。

参考图15，开启内部降阻机构3，通过搅拌杆311带动搅拌头转动切削吸力桶2内腔的海床土体，并且通过搅拌杆311向吸力桶2内腔冲水，与切削出来的土体充分混合形成泥浆悬浊液，利用外部抽吸设备通过排液管32抽出吸力桶2内腔的泥浆，吸力桶2内密封空间中的压力继续降低，复合式桩-桶基础在顶板22上下压力差作用下，继续沉贯至吸力桶2的顶板22低于海床平面的第一深度处。

5）进行复合式桩-桶基础的外部降阻沉贯。

参考图16，开启外部降阻机构4，第一滑块421在第一导轨111中运动带动连接板42上下运动，第二滑块412在第二导轨422中运动带动安装板413周向运动，从而，实现安装板413可以同时做上下和周向运动。进而，通过刷齿411切削所述复合式桩-桶基础外部的海床土体，将复合式桩-桶基础沉贯至顶板22低于海床平面的第二深度处。

6）进行内部降阻机构3、外部降阻机构4的回收。

参考图17、图18，复合式桩-桶基础在沉贯至设定深度后，搅拌叶312在自重作用下下垂，将搅拌杆311和排液管32移出复合式桩-桶基础外，当提升高度超出顶板22时，通过密封盖板223对吸力桶2内空间进行密封。然后，将导向板331沿桩身11内壁上移至桩身11顶端后将其吊起，完成导向组件33的回收。从而，完成内部降阻机构3的回收。外部降阻机构的第一滑块421沿着第一导轨111上升，带动连接板42及安装板413上升，当上升至桩身11上端后将其吊起完成外部降阻机构4的回收。

在一个实施方式中，还包括步骤7）。在步骤6）中，在内部降阻机构3回收过程中，将排液管32上移至接近顶板22的位置，在所述步骤7）中，再次通过外部抽吸设备通过顶板22上的第一通孔221抽吸吸力桶2内的水和泥浆，使复合式桩-桶基础继续沉贯。

本发明提供的一种复合式桩-桶基础的施工方法，能够将吸力桶2沉贯至顶板22低于海床平面的深度上，可以发挥深部土层抗剪强度高的优势，极大提高其抗拔承载力，降低了海浪等动载荷冲刷海床平面对复合式基础的基础承载力的影响。

本发明中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种复合式桩-桶基础，其特征在于，包括上下相连的单桩和吸力桶，所述吸力桶包括桶体和设置于所述桶体顶部的顶板，所述桶体和所述顶板合围形成吸力桶内腔，所述单桩包括内部中空的桩身，所述复合式桩-桶基础还包括，

内部降阻机构，所述内部降阻机构包括搅拌组件和排液管，所述搅拌组件包括穿过所述顶板并伸入至所述吸力桶内腔的搅拌杆和连接于所述搅拌杆下端的搅拌头，所述排液管穿过所述顶板并伸入至所述吸力桶内腔；

外部降阻机构，所述外部降阻机构包括滑动连接于所述单桩外壁和/或所述吸力桶外壁的毛刷组件，所述毛刷组件设有刷齿。

2.根据权利要求1所述的一种复合式桩-桶基础，其特征在于，

所述搅拌杆内部中空以形成进水通道，所述搅拌杆还包括上端的进水口和下端的出水口。

3.根据权利要求1所述的一种复合式桩-桶基础，其特征在于，

所述外部降阻机构还包括设于所述桩身外壁和所述毛刷组件之间的连接板，所述桩身外壁设有沿轴向延伸的第一导轨，所述连接板设有滑动连接于所述第一导轨的第一滑块，以使所述连接板能够沿所述桩身外壁上下运动，所述连接板还设有沿周向延伸的第二导轨，所述毛刷组件设有滑动连接于所述第二导轨的第二滑块，以使所述毛刷组件能够沿所述连接板周向运动。

4.根据权利要求3所述的一种复合式桩-桶基础，其特征在于，

所述毛刷组件还包括安装板以及转动连接于所述安装板的支撑杆，所述第二滑块设于所述安装板朝向所述第二导轨的一侧，所述刷齿间隔排布于所述支撑杆，所述支撑杆沿轴向间隔设置有多个。

5.根据权利要求1所述的一种复合式桩-桶基础，其特征在于，

所述内部降阻机构还包括导向组件，所述导向组件包括滑动连接于所述桩身内壁的导向板，所述导向板设有供所述搅拌杆穿过的第一导向孔和供所述排液管穿过的第二导向孔，所述导向组件还包括设于所述第一导向孔和第二导向孔内的轴承。

6.根据权利要求1所述的一种复合式桩-桶基础，其特征在于，

所述搅拌头设有搅拌叶，所述搅拌叶由柔性材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种复合式桩-桶基础，其特征在于，

所述桩身和所述顶板之间设有连接结构，所述桩身和所述顶板二者之一设置有卡扣，所述桩身和所述顶板二者之另一设有与所述卡扣相对应的卡槽，所述卡扣和所述卡槽相配合以形成所述连接结构。

8.根据权利要求7所述的一种复合式桩-桶基础，其特征在于，

所述连接结构还包括设置于所述卡槽内的锁止组件，所述锁止组件包括挡片和弹性件，所述卡槽内设有铰接位，所述挡片铰接于所述铰接位，所述挡片在所述铰接位两端分别具有止挡部和复位部，所述止挡部分隔所述卡槽形成活动部和止位部，所述弹性件一端连接于所述卡槽内壁，另一端连接于所述复位部。

9.一种复合式桩-桶基础的施工方法，应用于权利要求1-8任一项所述的复合式桩-桶基础，其特征在于，所述施工方法包括：

1）将所述单桩和所述吸力桶进行连接，形成复合式桩-桶基础；

2）进行所述复合式桩-桶基础的自重沉贯；

3）进行所述复合式桩-桶基础的负压沉贯，其中，利用外部抽吸设备通过所述排液管抽出所述吸力桶内腔的水，将所述复合式桩-桶基础沉贯至负压极限下沉深度；

4）进行所述复合式桩-桶基础的内部降阻沉贯，其中，开启内部降阻机构，通过所述搅拌杆带动所述搅拌头转动切削所述吸力桶内腔的海床土体，利用外部抽吸设备通过所述排液管抽出所述吸力桶内腔的泥浆，将所述复合式桩-桶基础沉贯至所述顶板低于海床平面的第一深度处；

5）进行所述复合式桩-桶基础的外部降阻沉贯，其中，开启外部降阻机构，通过所述刷齿切削所述复合式桩-桶基础外部的海床土体，将所述复合式桩-桶基础沉贯至所述顶板低于海床平面的第二深度处；

6）进行所述内部降阻机构、所述外部降阻机构的回收。

10.根据权利要求9所述的一种复合式桩-桶基础的施工方法，其特征在于，

还包括步骤7），在所述步骤7）中，再次通过外部抽吸设备抽吸所述吸力桶内腔的水和泥浆。

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