CN208416809U - 一种海上风力发电机组桩基承台基础 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海上风力发电机组桩基承台基础，其包括钢管桩及钢承台，钢承台在其钢箱梁的一端设有钢承台桩腿，钢承台桩腿套接于钢管桩内，钢管桩采用定位模架定位锤击沉桩，定位模架包括桁架支撑桩、定位桁架及双层钢套筒，定位桁架与桁架支撑桩通过双层钢套筒连接在一起，定位桁架的每个支部外端中心具有用于容纳钢管桩的龙口，每个龙口至少设置有上、下两层桩抱箍，桩抱箍将钢管桩抱紧固定，钢管桩与钢承台桩腿连接部位的环形间隙内灌注有灌浆材料将钢管桩与钢承台桩腿连结形成一个整体。本实用新型的钢管桩和钢承台均可预先在钢结构加工厂内制作，在海上施工现场只需要进行打桩、安装和灌浆作业，大大减少了海上作业量。

Description

一种海上风力发电机组桩基承台基础

技术领域

本实用新型涉及水工建筑物领域，特别是一种海上风力发电机组桩基承台基础。

背景技术

桩基础是海上建筑物重要的结构型式，目前在海上风力发电机组基础中常见有单桩基础、导管架基础、高桩承台基础。

单桩基础由于其桩基唯一，属于非空间结构，作用力臂小，为了满足风力发电机组传来的荷载和各种环境荷载作用，要求桩径较大，桩径基本大于7m，施工时对设备能力要求高，施工难度大。

导管架基础结构复杂，杆件节点多，工序繁琐。导管架体积庞大，运输时需要较大运输船。另外导管架与基础桩基须在水下进行连接，施工难度大，可靠性低。

高桩承台基础常见于码头和桥墩基础，承台多为现浇钢筋混凝土结构，受限于海上风电场区域大风大浪，海上施工效率低，存在安全隐患，成本昂贵。另外钢筋混凝土承台重量大，整体结构抗震性能差。

实用新型内容

为了克服现在技术的不足，本实用新型提供一种能减少海上施工作业时间，建造过程对周围区域环境影响小的，结构简单且施工难度小的海上风力发电机组的桩基承台基础。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种海上风力发电机组桩基承台基础，包括若干钢管桩及一钢承台，钢承台具有一中心箱体及从中心箱体向外延伸的若干条钢箱梁，中心箱体顶部设有与风力发电机组塔筒连接的法兰盘，每条钢箱梁远离中心箱体的一端设有钢承台桩腿，钢承台桩腿数量与钢管桩数量相符并套接于对应的钢管桩内，钢管桩采用定位模架定位锤击沉桩，所述定位模架包括位于中心的与钢承台中心对应的桁架支撑桩、围绕于桁架支撑桩外部的定位桁架及双层钢套筒，双层钢套筒由同轴异径的内钢筒、外钢筒及顶盖构成，双层钢套筒与定位桁架通过节点固定在一起，桁架支撑桩套接于双层钢套筒的内、外钢筒之间，定位桁架与桁架支撑桩通过双层钢套筒连接在一起，定位桁架从双层钢套筒向外部延伸形成间隔均匀的多个支部，支部的位置及数量与钢管桩一致，每个支部外端中心具有用于容纳钢管桩的龙口，每个龙口至少设置有上、下两层桩抱箍，桩抱箍将钢管桩抱紧固定，钢管桩与钢承台桩腿连接部位的环形间隙内灌注有灌浆材料将钢管桩与钢承台桩腿连结形成一个整体。

钢承台桩腿与钢管桩连接的部分位于水面线以上。

所述的桩抱箍由左右对称的活动手臂、固定背架和抱紧千斤顶以及滚轮组成，固定背架相对于定位桁架固定，活动手臂中部铰接于固定背架，活动手臂的第一端连接于抱紧千斤顶的活塞杆外伸端，活动手臂第二端上设置有可沿钢管桩桩身滚动的滚轮，抱紧千斤顶的活塞杆从固定背架端部分别向两侧外伸或内缩，当抱紧千斤顶的活塞杆处于外伸状态时，活动手臂的第二端向内压紧钢管桩；当抱紧千斤顶的活塞杆向内收缩时，活动手臂第二端向外伸出而远离钢管桩。

双层钢套筒外钢筒的内径比桁架支撑桩的外径大2～5cm，双层钢套筒内钢管的外径比桁架支撑桩的内径小2～5cm，外钢筒下部设有多个贯穿筒壁的将桁架支撑桩固定在双层钢套筒内的锁紧螺栓。

每根钢承台桩腿从外壁向外延伸出位于钢管桩上方的钢牛腿，所述海上风力发电机组桩基承台基础采用钢承台支撑调平系统进行钢承台调平，所述钢承台支撑调平系统包括多套调平卡桩器，每根钢承台桩腿通过三套调平卡桩器支撑于钢管桩上，每套调平卡桩器包括一个径向千斤顶、一个轴向千斤顶和一个紧固件，三套调平卡桩器沿钢管桩周向均布，紧固件倒扣于钢管桩顶端并通过锁紧螺栓固定于钢管桩管壁上，紧固件向上延伸形成支撑竖板，径向千斤顶固定于支撑竖板上，径向千斤顶活塞杆压于钢承台桩腿外壁，支撑竖板顶部设有支撑横板，轴向千斤顶设于支撑横板上，轴向千斤顶活塞杆撑于钢牛腿底部，每套调平卡桩器的径向千斤顶和轴向千斤顶均有电路连接至微处理器。

所述钢承台支撑调平系统还包括设置于钢承台法兰盘面的两个连接至微处理器的倾斜传感器，两个倾斜传感器分别设置于法兰盘面上两个互为径向垂直的位置。

钢承台桩腿底部设置有环形盆式橡胶密封圈，以使桩腿外壁与钢管桩内壁形成闭合。

本实用新型相对于现有技术的有益效果是：

本实用新型的钢管桩和钢承台均可预先在钢结构加工厂内制作，在海上施工现场只需要进行打桩、安装和灌浆作业，大大减少了海上作业量。钢管桩与钢承台桩腿连接部位设置在水上，通过灌浆连接，易于调平，施工难度小。所有作业全部在水面以上，安全可靠；本实用新型结构轻巧，钢管桩偏离风力发电机组塔筒中心轴比较长的距离，作用力臂长，有效抵抗了风力发电机组产生的倾覆力矩；本实用新型便于运输，施工成本低。但插入式安装方法对钢管桩相对位置精度要求很高，本实用新型的钢管桩沉桩定位模架，能保证钢管桩之间精确的相对位置，定位桁架与桁架支撑桩采用插入式连接，安装和拆除均容易操作，还可重复利用。风力发电机组对塔筒的垂直度要求很高，不大于千分之三，因此要求与塔筒连接的钢承台水平精度很高，本实用新型采用的钢承台支撑调平系统可以进行精确调平，保证钢承台的水平精度要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的海上风力发电机组基础主视图。

图2是海上风力发电机组基础的钢承台俯视图。

图3是钢承台桩腿与钢管桩插入式连接示意图。

图4是沉桩定位模架俯视图。

图5是沉桩定位模架正视图。

图6是桁架支撑桩双层钢套筒示意图。

图7是桩抱箍示意图(合拢时)。

图8是桩抱箍示意图(张开时)。

图9是钢承台调平卡桩器的示意图。

图10是钢承台支撑调平系统接线示意图。

其中，

钢管桩1，钢承台2，风力发电机组塔筒3，法兰盘4，桩腿5，中心箱体6，外伸钢箱梁7，灌浆材料8，灌浆孔9，桁架支撑桩10，定位桁架11，液压锤12，钢牛腿13，轴向千斤顶14，径向千斤顶15，调平卡桩器锁紧螺栓16，桩抱箍17，倾斜传感器18，调平卡桩器19，外钢筒20，内钢筒21，锁紧螺栓22，顶盖23，双层钢套筒24，抱紧千斤顶25，滚轮26，活动手臂27，固定背架28，龙口29，千斤顶分集线器30，千斤顶总集线器31，微处理器32，显示电路33，报警电路34，电源电路35，紧固件36，盆式橡胶密封圈37 。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型的海上风力发电机组的基础，其包括三根钢管桩1和钢承台 2。钢承台2上部设置与风力发电机组塔筒3连接的法兰盘4，钢承台具有一中心箱体6及从中心箱体向外延伸的若干条钢箱梁7，中心箱体6顶部设有与风力发电机组塔筒3连接的法兰盘4，箱体内布置了纵横加强钢肋板。

每条钢箱梁远离中心箱体的一端设有钢承台桩腿5，钢承台桩腿数量与钢管桩数量相符并套接于对应的钢管桩内。

如图9所示，钢管桩1上方设有从钢承台桩腿外壁向外延伸的钢牛腿13。钢承台2安装时钢承台桩腿5插入钢管桩1内，在钢牛腿13与钢管桩1顶之间设置调平卡桩器19，由分布在三根钢管桩1上的九套调平卡桩器支承整个钢承台2的重量并进行精确调平。调平完成后，在钢管桩1内壁及钢承台桩腿3间的缝隙内灌注灌浆材料，灌浆材料硬化后将钢管桩与钢承台桩腿连结形成一个整体。

为保证钢管桩沉桩的精确位置，本实用新型设计了一种海上风力发电机组基础的沉桩定位模架，如图4和图5所示，该定位模架由位于中心的桁架支撑桩10、围绕于桁架支撑桩外部的定位桁架11及双层钢套筒24组成。桁架支撑桩为直径大于8米的大直径钢管桩，优选 8m～15m的大直径钢管桩。

定位桁架11从双层钢套筒24向外部延伸形成间隔均匀的三个支部，每个支部对应所需施打的一根钢管桩，每个支部外端中心具有用于容纳钢管桩的龙口29。定位桁架11与桁架支撑桩10通过双层钢套筒24连接在一起。如图6所示，双层钢套筒24由同轴异径的内钢筒 21、外钢筒20、顶盖23、锁紧螺栓22构成。外钢筒20、桁架支撑桩10、内钢筒21三者的直径关系为：外钢筒内径>桁架支撑桩外径，桁架支撑桩内径>内钢筒外径，间距优选2～5cm，以方便安装时桁架支撑桩10插入双层钢套筒24。外钢筒下部设有多个贯穿筒壁的将桁架支撑桩10固定在双层钢套筒24内的锁紧螺栓。双层钢套筒24与定位桁架11通过节点固定在一起，双层钢套筒24外壁焊接有用于与节点固定在一起的节点钢板。双层钢套筒倒扣于桁架支撑桩顶部，桁架支撑桩套接于双层钢套筒的内、外钢筒之间，并通过锁紧螺栓锁紧固定。

如图5所示，每个龙口位置的定位桁架上设置有上、下层的桩抱箍17，桩抱箍17通过连接杆件与定位桁架11连接在一起，沉桩时钢管桩1通过上、下层桩抱箍17进行固定定位。如图7、8所示，桩抱箍17由左右对称的活动手臂27、固定背架28和抱紧千斤顶25以及滚轮26组成，固定背架28相对于定位桁架固定，活动手臂27中部铰接于固定背架28，可以绕固定轴转动，活动手臂27的第一端连接于抱紧千斤顶25的活塞杆外伸端，活动手臂27 的第二端设有滚轮。抱紧千斤顶25的活塞杆可以从固定背架端部分别向两侧外伸出去，带动活动手臂27绕固定轴转动。当抱紧千斤顶25的活塞杆处于外伸状态时，将活动手臂的第一端向外推开，则活动手臂的第二端向内(即钢管桩桩面)压紧，从而将钢管桩紧紧抱住。当抱紧千斤顶25的活塞杆向内收缩时，活动手臂第一端向内接近固定背架28，第二端向外伸出(远离钢管桩面)，呈张开张态，此时钢管桩可以平移进入或离开抱箍内，从而使活动手臂的张开和合拢通过抱紧千斤顶25的伸缩来控制。滚轮26可绕钢管桩表面滚动，通过千斤顶伸缩调整钢管桩的位置。

为保证钢承台的水平精度，本实用新型设计了一种海上风力发电机组基础的钢承台支撑调平系统，该支撑调平系统包括多套调平卡桩器19，每根钢承台桩腿5通过三套调平卡桩器支撑于钢管桩1上。如图9所示，每套调平卡桩器19包括一个径向千斤顶15、一个轴向千斤顶14和一个紧固件36，三套调平卡桩器沿钢管桩周向均布。紧固件36倒扣于钢管桩1顶端并通过调平卡桩器锁紧螺栓16固定于钢管桩1管壁上，紧固件36向上延伸形成支撑竖板，径向千斤顶15固定于支撑竖板上，径向千斤顶活塞杆压于钢承台桩腿5外壁。支撑竖板顶部设有支撑横板，轴向千斤顶14设于支撑横板上，轴向千斤顶活塞杆撑于钢牛腿13底部。由于钢承台桩腿5外壁与钢管桩1内壁之间存在一定的缝隙，钢牛腿13与钢管桩1顶也存在一定高度差，因此可以通过轴向千斤顶14和径向千斤顶15来调整钢承台桩腿5与钢管桩1的相对位置，多个钢承台桩腿的垂直和水平方向的调整就可以调整整个钢承台的水平，且保证桩腿位于钢管桩中心。如图10所示，每套调平卡桩器的径向千斤顶15和轴向千斤顶14均有电路连接至千斤顶分集线器30，每个钢承台桩腿的千斤顶分集线器30的电路汇至千斤顶总集线器31并接往微处理器32。

所述支撑调平系统还包括设置于钢承台法兰盘面的两个倾斜传感器18，两个倾斜传感器 18分别设置于法兰盘面上两个互为径向垂直的位置并电连接至微处理器32，微处理器电连接有显示电路33、报警电路34和电源电路35。倾斜传感器18监测钢承台的水平度并实时反馈。当钢承台2的水平度大大超出了正常范围时，报警电路将会提醒施工人员，此时需要进行检查并配合起重设备先进行人工粗平，使其在支撑调平系统可调范围内。当钢承台2的水平度达到支撑调平系统可调范围内，但不符合海上风力发电机组塔筒安装要求时启动支撑调平系统进行精确调平，经过微处理器的算法分析向各个调平卡桩器轴向千斤顶和径向千斤顶发送操作指令，通过微处理器控制各个钢承台桩腿的三个调平卡桩器19轴向和径向千斤顶伸缩，最终使钢承台2的水平度满足要求。

当然，钢管桩的数量可根据需要灵活选择。数量少，装配时更容易。但要满足受力要求，桩径就大，打桩设备的能力要求也高。反之，桩径就小。

钢承台桩腿5底部设置环形盆式橡胶密封圈37，保证桩腿插入钢管桩时，桩腿外壁与钢管桩内壁形成闭合。钢管桩1在钢承台桩腿环形盆式橡胶密封圈稍往上位置设置3个灌浆孔，均匀布置在钢管桩水平一周。钢管桩1与钢承台桩腿5连接的灌浆厚度与长度通过灌浆连接件的设计计算来确定。

本实用新型的施工方法和步骤如下：

1、桁架支撑桩施打：在钢承台中心位置施打一根桁架支撑桩，为保证定位桁架的稳定性，桁架支撑桩一般为直径8m～15m的钢管桩。根据施工现场地质条件，选择功率适当的振动锤进行桁架支撑桩沉桩。

2、定位桁架安装：定位桁架在岸上预制厂加工，驳船整体运输至施工现场，通过水上起重平台吊起后将定位桁架中心的双层钢套筒插入桁架支撑桩，双层钢套筒与桁架支撑桩锁紧固定，定位桁架安装完毕。

3、钢管桩就位：钢管桩在岸上钢结构加工厂制造，驳船运输至施工现场。张开上下两层桩抱箍活动手臂，水上起重平台吊索挂扣钢管桩顶部吊点，将钢管桩立起后移动起重臂架让钢管桩进入定位模架龙口桩抱箍内，合拢上下两层的桩抱箍。通过滚轮千斤顶位置调整钢管桩位置，位置测量，确认位置在允许误差范围内后下放钢管桩，解开吊索。

4、钢管桩施打：水上起重平台吊索将液压锤吊至钢管桩桩顶上，再次测量钢管桩位置，确认符合要求后，启动液压锤施打，同步进行钢管桩位置的校核，不符合要求时及通过滚轮千斤顶进行钢管桩位置调整。持续施打钢管桩直到顶标高符合要求。停止液压锤并吊离钢管桩顶，依次施打其他两根钢管桩。

5、定位模架拆除：先张开桩抱箍，并解除双层钢套筒与桁架支撑桩的锁紧螺栓连接，采用水上起重平台将定位桁架吊起后放在运输驳船上。选择功率适当的振动锤，挂于水上起重平台吊索上，移位至桁架支撑桩上并夹紧，启动振动锤和卷扬机，将桁架支撑桩往上拔，直至全部拔出平放于运输驳船上。

6、钢承台安装：钢承台在岸上钢结构加工厂制造，驳船运输至施工现场，采用水上起重平台起吊安装，让钢承台的三个桩腿全部滑入预先施打的三根钢管桩内，在每个钢管桩顶与钢承台桩腿钢牛腿对应的位置均匀布置三个调平卡桩器，由调平卡桩器支撑钢承台的重量。

7、钢承台调平：每个调平卡桩器上设有径向和轴向千斤顶，钢承台顶部法兰盘面上安放了2个倾斜传感器，数据由微处理器处理后通过显示电路将钢承台的姿态显示给施工人员。微处理器根据钢承台的姿态计算分析，再通过控制三根钢管桩上的九套调平卡桩器上的18个千斤顶调整钢承台桩腿的标高与位置，进而调整钢承台法兰盘水平度。使钢承台桩腿轴线与钢管桩轴线重合，同时保持钢承台法兰盘水平符合要求。

8、灌浆连接：在钢承台桩腿与钢管桩之间形成的环形空间灌注灌浆材料，灌浆机的灌浆管分别与钢管桩壁上三个灌浆孔连接。启动灌浆机将灌浆材料压入环形间隙内，直至钢管桩顶部有灌浆材料溢出，将灌浆孔封闭，设备撤离，依次灌注其它两根钢管桩。

9、支撑调平系统拆除：经过一定时间，灌浆材料硬化后，钢承台桩腿与钢管桩连接完成，拆除调平卡桩器完成海上风力发电机组基础。

Claims (7)

1.一种海上风力发电机组桩基承台基础，包括若干钢管桩及一钢承台，其特征在于：钢承台具有一中心箱体及从中心箱体向外延伸的若干条钢箱梁，中心箱体顶部设有与风力发电机组塔筒连接的法兰盘，每条钢箱梁远离中心箱体的一端设有钢承台桩腿，钢承台桩腿数量与钢管桩数量相符并套接于对应的钢管桩内，钢管桩采用定位模架定位锤击沉桩，所述定位模架包括位于中心的与钢承台中心对应的桁架支撑桩、围绕于桁架支撑桩外部的定位桁架及双层钢套筒，双层钢套筒由同轴异径的内钢筒、外钢筒及顶盖构成，双层钢套筒与定位桁架通过节点固定在一起，桁架支撑桩套接于双层钢套筒的内、外钢筒之间，定位桁架与桁架支撑桩通过双层钢套筒连接在一起，定位桁架从双层钢套筒向外部延伸形成间隔均匀的多个支部，支部的位置及数量与钢管桩一致，每个支部外端中心具有用于容纳钢管桩的龙口，每个龙口至少设置有上、下两层桩抱箍，桩抱箍将钢管桩抱紧固定，钢管桩与钢承台桩腿连接部位的环形间隙内灌注有灌浆材料将钢管桩与钢承台桩腿连结形成一个整体。

2.根据权利要求1所述的海上风力发电机组桩基承台基础，其特征在于：钢承台桩腿与钢管桩连接的部分位于水面线以上。

3.根据权利要求1所述的海上风力发电机组桩基承台基础，其特征在于：所述的桩抱箍由左右对称的活动手臂、固定背架和抱紧千斤顶以及滚轮组成，固定背架相对于定位桁架固定，活动手臂中部铰接于固定背架，活动手臂的第一端连接于抱紧千斤顶的活塞杆外伸端，活动手臂第二端上设置有可沿钢管桩桩身滚动的滚轮，抱紧千斤顶的活塞杆从固定背架端部分别向两侧外伸或内缩，当抱紧千斤顶的活塞杆处于外伸状态时，活动手臂的第二端向内压紧钢管桩；当抱紧千斤顶的活塞杆向内收缩时，活动手臂第二端向外伸出而远离钢管桩。

4.根据权利要求1所述的海上风力发电机组桩基承台基础，其特征在于：双层钢套筒外钢筒的内径比桁架支撑桩的外径大2～5cm，双层钢套筒内钢管的外径比桁架支撑桩的内径小2～5cm，外钢筒下部设有多个贯穿筒壁的将桁架支撑桩固定在双层钢套筒内的锁紧螺栓。

5.根据权利要求1所述的海上风力发电机组桩基承台基础，其特征在于：每根钢承台桩腿从外壁向外延伸出位于钢管桩上方的钢牛腿，所述海上风力发电机组桩基承台基础采用钢承台支撑调平系统进行钢承台调平，所述钢承台支撑调平系统包括多套调平卡桩器，每根钢承台桩腿通过三套调平卡桩器支撑于钢管桩上，每套调平卡桩器包括一个径向千斤顶、一个轴向千斤顶和一个紧固件，三套调平卡桩器沿钢管桩周向均布，紧固件倒扣于钢管桩顶端并通过锁紧螺栓固定于钢管桩管壁上，紧固件向上延伸形成支撑竖板，径向千斤顶固定于支撑竖板上，径向千斤顶活塞杆压于钢承台桩腿外壁，支撑竖板顶部设有支撑横板，轴向千斤顶设于支撑横板上，轴向千斤顶活塞杆撑于钢牛腿底部，每套调平卡桩器的径向千斤顶和轴向千斤顶均有电路连接至微处理器。

6.根据权利要求5所述的海上风力发电机组桩基承台基础，其特征在于：所述钢承台支撑调平系统还包括设置于钢承台法兰盘面的两个连接至微处理器的倾斜传感器，两个倾斜传感器分别设置于法兰盘面上两个互为径向垂直的位置。

7.根据权利要求1所述的海上风力发电机组桩基承台基础，其特征在于：钢承台桩腿底部设置有环形盆式橡胶密封圈，以使桩腿外壁与钢管桩内壁形成闭合。