CN204530794U - 海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置。本实用新型的目的是提供一种操作简单、效果明显、对海上试验设备要求低、节省费用的海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置。本实用新型的技术方案是：一种海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置，具有打入海床的试验桩，试验桩桩头带有下法兰，在试验桩的附近倾斜打入海床一根反力桩，反力桩上端装有液压千斤顶系统；试验桩上端与反力桩上端之间连有钢箱梁组件，该组件由水平横梁、竖直锚固段和上法兰组成，水平横梁为一段变直径的矩形空腔，水平横梁一端贯入直径与试验桩桩头直径一致的竖直锚固段的圆周面上，竖直锚固段带有上法兰；水平横梁另一端为自由端并与液压千斤顶接触顶紧。

Description

海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置

技术领域

本实用新型涉及一种海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置，特别针对海上风电大尺寸桩基、大载荷的水平抗倾覆单桩，适用于海上风力发电等海洋工程领域。

背景技术

海上风电具有资源丰富、发电利用小时数高、清洁环保和适宜大规模开发的特点，近几年欧美国家均把风电开发的重点转向海上，许多大型风电开发企业、设备制造企业正在积极探索海上风电发展之路。

随着海上风电建设水平的提高，风电机组的容量也越来越大，对结构安全特性的要求越来越高，尤其是对桩基承载力的要求。通过实验研究来探寻大直径桩基承载力特性的方法是目前的有效手段。在海上进行单桩水平承载力试验难以在高处提供很大的水平力，试验不便实施。另外，海上风电单桩(直径可达到7m)一般远远大于常规海上平台(如石油平台单桩直径一般小于2m)，如图1所示的传统单桩水平力试验装置，由四根反力桩103、两根纵梁101、一根与两根纵梁中部连接的横梁102、以及支撑在横梁中部下方的单根试验桩100组成，可以通过对横梁102施加作用力产生反作用力而达到实验目的。但现有传统试验方法已不能满足大直径桩所需的试验反力，故须寻求一种新的可行的单桩水平承载力试验方法。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种操作简单、效果明显、对海上试验设备要求低、节省费用的海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置，具有打入海床的试验桩，试验桩桩头带有下法兰，其特征在于：在试验桩的附近倾斜打入海床一根反力桩，反力桩上端装有液压千斤顶系统；所述试验桩上端与反力桩上端之间连有钢箱梁组件，该组件由水平横梁、竖直锚固段和上法兰组成，水平横梁为一段变直径的矩形空腔，水平横梁一端贯入直径与试验桩桩头直径一致的竖直锚固段的圆周面上，竖直锚固段带有上法兰；水平横梁另一端为自由端并与液压千斤顶接触顶紧。

所述水平横梁与竖直锚固段连接处焊有加劲肋。

所述水平横梁自由端的底部为倾斜布置的厚钢板，厚钢板所在平面与反力桩轴线垂直。

所述水平横梁自由端内增设加劲肋，加劲范围为端部3－4米。

所述试验桩和反力桩的上部均设有操作平台。

本实用新型的有益效果是：1、本实用新型将高处水平力引起的大倾覆弯矩改为由反力桩的竖向力引起，达到以小桩推大桩的试验目的，从而避开海上作业时难以施加高水平力的情况，将工作平面降低至海平面附近，降低了操作难度和试验误差；2、本实用新型对试验设备和反力装置要求低，可在低处进行加载试验，减小了对海工试验设备的要求，可用小尺寸桩提供反力，将材料性能利用率最大化；3、本实用新型中的反力桩相对尺寸小、试验后易于拆卸、经济环保；4、本实用新型结构简单、造价较低，且可简化试验方案、缩短试验用时，为工程建设前期准备提供充裕的时间。

附图说明

图1为传统单桩水平力试验装置示意图。

图2为本实用新型的试验装置示意图。

图3为本实用新型中试验桩桩头和水平钢箱梁组件的法兰连接示意图。

图4为本实用新型中试验桩和水平钢箱梁组件的连接示意图。

图5为本实用新型中试验桩桩头和水平钢箱梁组件的连接的A-A剖视图。

图6为本实用新型的试验装置反力桩桩头千斤顶施加载荷示意图。

具体实施方式

本实施例为海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置及其施工方法，如图2所示，该装置包括打入海床面至持力层的以获得良好稳固性的试验桩1，在试验桩1附近倾斜地打入一根反力桩3，在试验桩1和反力桩3上端之间水平的安装有钢箱梁组件2，并在试验桩1和反力桩3上部均装有操作平台5，钢箱梁组件2与安装在反力桩3桩顶的液压千斤顶系统6的千斤顶接触并顶紧。其中，试验桩1桩顶连接有下法兰1—1，操作平台5设在下法兰1—1的下方；钢箱梁组件2由水平横梁2－1、竖直锚固段2－2和上法兰2－3组成；上法兰2－3与下法兰1—1之间通过螺栓连接(如图3)，上法兰2－3上端连接竖直锚固段2－2(如图5)，该锚固段为与试验桩1的直径相匹配的钢筒；水平横梁2－1为一段变直径的矩形空腔，长度视载荷需求而定，该横梁较粗的一端贯穿(通过焊接)竖直锚固段2－2的圆周面，并通过加劲肋4焊接加固(如图4)，保证连接节点的刚度和可靠度；水平横梁2－1较细一端为自由端，其底部倾斜的布置有厚钢板(提供倾斜作用面)，厚钢板所在平面应与反力桩3轴线相垂直，并用液压千斤顶头部接触并顶紧该钢板(如图6)，在自由端内部增设加劲范围为端部3～4米的加劲肋4；液压千斤顶系统6的液压千斤顶与试验仪器、安装测量仪连接。

本实施例中，试验桩1的尺寸和打入深度一般根据试验方案而定；上法兰2—3和下法兰1—1的连接点须做有限元分析计算来制定螺栓数量和法兰盘尺寸，以保证连接可靠；钢箱梁组件2的尺寸需根据试验所需提供的倾覆载荷，在保证不出现强度破坏和稳定性破坏的前提下选取水平横梁2－1的高、宽、长度和壁厚，较粗一端的宽度应小于竖直锚固段2－2的直径，以便将水平横梁2－1贯入竖直锚固段2－2进行焊接连接；钢箱梁组件2的竖直锚固段2－2需根据载荷试算，以达到不出现局部破坏为条件，进行直径和厚度的选取，其钢材强度等级一般高于试验桩1；加劲肋4的数量和间距的取定须通过焊缝的计算确定，以保证连接节点的刚度和可靠度；反力桩3的桩径小于试验桩1的桩径，打入海床面至持力层时的倾斜角度、打入深度以及反力桩尺寸须满足桩基承载力大于所需反力的要求，若所需反力桩的承载力巨大，则反力桩可以为钢管混凝土桩。

本实施例通过安装在反力桩3桩顶的液压千斤顶对钢箱梁组件2施加作用力，利用钢箱梁组件2对大直径的试验桩1产生倾覆力矩和水平力。具体实施方法如下：

1、将试验桩1桩身打入海床，其下端深入至持力层以获得良好的稳固性，试验桩1桩头切割平整并安装下法兰1－1；将反力桩3倾斜打入海床持力层；试验桩1的尺寸和打入深度一般根据试验方案而定，为防止打桩过程中对桩身的破坏在桩身顶端一般连接一段壁厚相对较大的桩段；

2、在试验桩1上端安装钢箱梁组件2，其中的竖直锚固段2－2与下法兰对接处应切割平整并安装上法兰2－3，上、下法兰用螺栓连接，在竖直锚固段2－2与水平横梁2－1的相贯处焊接加劲肋4；对钢箱梁组件2的钢板及焊缝须进行高标准处理，且加劲肋4的数量和间距的取定须通过焊缝的计算确定，以保证连接节点的刚度和可靠度；

3、在反力桩3顶部安装液压千斤顶系统6，调节位置，使液压千斤顶的头部与水平横梁2－1自由端底部的厚钢板顶紧，作为反力作用面，而液压千斤顶连接试验仪器，安装测量仪器；

4、在试验桩1和反力桩3的上部工作区分别安装操作平台5，用于试验桩1、反力桩3与钢箱梁组件2的连接操作和试验数据采集；

5、对试验桩1和反力桩3分别进行物理防腐，涂层防腐涂料；

6、按照试验方案进行单桩水平承载力加载试验。

Claims (5)

1.一种海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置，具有打入海床的试验桩(1)，试验桩桩头带有下法兰(1－1)，其特征在于：在试验桩(1)的附近倾斜打入海床一根反力桩(3)，反力桩上端装有液压千斤顶系统(6)；所述试验桩(1)上端与反力桩(3)上端之间连有钢箱梁组件(2)，该组件由水平横梁(2－1)、竖直锚固段(2－2)和上法兰(2－3)组成，水平横梁(2－1)为一段变直径的矩形空腔，水平横梁(2－1)一端贯入直径与试验桩(1)桩头直径一致的竖直锚固段(2－2)的圆周面上，竖直锚固段(2－2)带有上法兰(2－3)；水平横梁(2－1)另一端为自由端并与液压千斤顶接触顶紧。

2.根据权利要求1所述的海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置，其特征在于：所述水平横梁(2－1)与竖直锚固段(2－2)连接处焊有加劲肋(4)。

3.根据权利要求1或2所述的海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置，其特征在于：所述水平横梁(2－1)自由端的底部为倾斜布置的厚钢板，厚钢板所在平面与反力桩(3)轴线垂直。

4.根据权利要求3所述的海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置，其特征在于：所述水平横梁(2－1)自由端内增设加劲肋(4)，加劲范围为端部3－4米。

5.根据权利要求1或2所述的海上风电单桩基础水平承载力试验反力装置，其特征在于：所述试验桩(1)和反力桩(3)的上部均设有操作平台(5)。