CN219411005U - 一种单桩基础的加固装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海上风电机组基础领域，具体涉及一种单桩基础的加固装置。一种单桩基础的加固装置，包括：顶板结构，设有顶板，顶板的中心点处设有通孔，所述通孔内适于容纳单桩基础，所述顶板的底面与海床表面贴合，所述顶板上设有若干个定位孔，所述定位孔适于设于单桩基础的外周；若干个微桩结构，所述微桩结构与定位孔一一对应设置，每一所述微桩结构穿过定位孔设置，每一所述微桩结构上端与顶板结构连接、下端锚固于单桩基础周围的海床内，所述顶板以部分承载单桩基础受到的承载力，所述微桩结构使顶板结构与海床固定连接、强化单桩基础桩周土体强度。本实用新型解决筒体在单桩基础周围覆盖层中无法下沉强化单桩基础周围的土体强度问题。

Description

一种单桩基础的加固装置

技术领域

本实用新型涉及海上风电机组基础领域，具体涉及一种单桩基础的加固装置。

背景技术

全球风力发电技术的快速进步，风电逐渐成为各国清洁能源转型的重要支撑。海上风力发电系统由机组、塔架和机组基础构成，海上风电基础结构是海上风电场设计、建设和运维的关键环节之一。根据相关的数据统计，单桩基础在已建海上风电场中的占比接近80％。在风机运行过程中，单桩基础承受着风机荷载、波浪荷载、水流荷载、海冰荷载、地震作用等耦合形成循环荷载，在长期循环荷载作用下，单桩基础周围的海洋土会发生循环弱化而产生弱化区，弱化区的存在，使得单桩基础的承载力逐渐降低，自身钢结构出现疲劳损伤、降低使用寿命。

对于已建海上风电场桩基础而言，延寿服役的关键在于提高长期循环荷载作用下桩基础周围覆盖层土的强度和刚度。研究学者提出在桩基础外围套设筒体，形成单桩-筒型复合基础，提高桩基础承载力，此种方法对海床地质要求比较高，对于覆盖层上部为较厚粘土层的海床，筒体难以下沉，且筒体在下沉中无法强化单桩基础周围的土体强度，导致单桩基础的底部周围依然存在弱化区。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的筒体在单桩基础周围覆盖层中无法下沉强化单桩基础周围的土体强度，单桩基础底部周围存在弱化区的缺陷，从而提供一种单桩基础的加固装置。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种单桩基础的加固装置，包括：

顶板结构，所述顶板结构设有顶板，所述顶板的中心点处设有通孔，所述通孔内适于容纳单桩基础，所述顶板的底面与海床表面贴合，所述顶板上设有若干个定位孔，所述定位孔适于设于单桩基础的外周；

若干个微桩结构，所述微桩结构与定位孔一一对应设置，每一所述微桩结构穿过定位孔设置，每一所述微桩结构上端与顶板结构连接、下端锚固于单桩基础周围的海床内，所述顶板以部分承载单桩基础受到的承载力，所述微桩结构使顶板结构与海床固定连接、强化单桩基础桩周土体强度。

可选地，所述微桩结构包括加筋体所述加筋体由若干节钻杆连接而成，所述钻杆为中空贯通设置，加筋体的底部连接有钻头，所述钻头的侧面设有注浆孔。

可选地，所述加筋体与海床间的间隙内填充有高强度水泥砂浆。

可选地，所述加筋体的外周设有若干个等间隔设置的连接环。

可选地，所述微桩结构与海床垂直或锐角设置。

可选地，所述顶板的上表面设有内导轨和外导轨，所述内导轨和外导轨上均适于海底钻机移动，所述内导轨与单桩基础间为内环、所述内导轨与外导轨间为中环、所述外导轨的外周为外环。

可选地，所述内环、中环和外环分别设有若干根微桩结构。

可选地，还包括支撑结构，所述支撑结构包括伸缩杆、支撑腿，所述支撑腿包括贴合段和支撑段，所述贴合段适于与单桩基础的外壁铰接连接，所述伸缩杆的两端分别与单桩基础、支撑段固定连接，所述支撑段设于顶板结构的上表面。

可选地，所述伸缩杆和单桩基础间还设有推杆。

可选地，所述伸缩杆设有若干根同心圆柱，相邻的所述同心圆柱间不等径，所述伸缩杆内填充有惰性气体。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的单桩基础的加固装置，包括：顶板结构，顶板结构设有顶板，顶板的中心点处设有通孔，通孔内适于容纳单桩基础，顶板的地面与海床表面贴合，顶板上设有若干个定位孔，定位孔适于设于单桩基础的外周；若干个微桩结构，微桩结构与定位孔一一对应设置，每一微桩结构上端与顶板结构连接、下端锚固于单桩基础周围的海床内，顶板以部分承载单桩基础受到的承载力，微桩结构使顶板结构与海床固定连接、强化单桩基础桩周土体强度。顶板结构通过顶板的设置使顶板与单桩基础底部的非弱化区进行连接、增加了单桩基础的水平承载力，强化了单桩基础底部周围的弱化区，微桩结构不仅使顶板结构与海床固定连接，同时还能够强化单桩基础桩周土体的强度，以及利用微桩结构的抗弯性能，为单桩基础发生倾斜变形时提供桩底的剪应力和桩底的弯矩，降低桩身变形，提高单桩基础水平承载能力，有效增强单桩基础的稳定能力，在一定程度上延长使用寿命。

2.本实用新型提供的单桩基础的加固装置，微桩结构包括加筋体，加筋体由若干节钻杆连接而成，钻杆为中空贯通设置，加筋体的底部连接有钻头，钻头的侧面设有注浆孔，加筋体与海床间的间隙内和钻杆内填充有高强度水泥砂浆，水泥砂浆经注浆孔进入间隙内实现钻杆和海床的固定连接。

3.本实用新型提供的单桩基础的加固装置，加筋体的外周设有若干个等间隔设置的连接环，连接环的设置避免微桩结构在钻孔中出现塌孔，同时强化加筋体与水泥砂浆形成的胶结体间的连接强度。

4.本实用新型提供的单桩基础的加固装置，微桩结构与海床垂直或锐角设置，倾斜微桩与竖直微桩的联合提供更大的水平抗力，形成微桩结构的群桩效应。

5.本实用新型提供的单桩基础的加固装置，顶板的上表面设有内导轨和外导轨，内导轨和外导轨上均适于海底钻机移动，内导轨与单桩基础间为内环、内导轨与外导轨间为中环、外导轨的外周为外环，以便于海底钻机清晰的辨认相应位置，再进行施工。

6.本实用新型提供的单桩基础的加固装置，内环、中环和外环分别设有若干根微桩结构，以实现微桩结构与海床更加稳固的连接在一起。

7.本实用新型提供的单桩基础的加固装置，还包括支撑结构，支撑结构包括伸缩杆、支撑腿，支撑腿包括贴合段和支撑段，贴合段适于与单桩基础的外壁铰接连接，伸缩杆的两端分别与单桩基础、支撑段固定连接，支撑段与顶板结构固定连接，贴合段与单桩基础铰接连接以使支撑腿以铰接点为中心进行转动，支撑段设于顶板结构的上表面以实现自身的固定，使单桩基础发生倾斜时，伸缩杆对单桩基础提供支撑。

8.本实用新型提供的单桩基础的加固装置，伸缩杆与单桩基础间还设有推杆，推杆以起到连接伸缩杆的作用，还可为伸缩杆提供支撑，同时，推杆调整伸缩杆的张开角度。

9.本实用新型提供的单桩基础的加固装置，伸缩杆设有若干根同心圆柱，相邻的同心圆柱间不等径，所述伸缩杆内填充有惰性气体，以实现伸缩的伸缩。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的实施方式中提供的单桩基础的加固装置的示意图；

图2为本实用新型的实施方式中提供的微桩结构的示意图；

图3为本实用新型的实施方式中提供的微桩结构布置的俯视图；

图4为本实用新型的实施方式中提供的支撑结构的示意图；

图5为本实用新型的实施方式中提供的伸缩杆和推杆连接的示意图；

图6为本实用新型的实施方式中提供的微桩结构施工的示意图。

附图标记说明：1、微桩结构；11、加筋体；12、胶结体；2、顶板结构；21、外壁；22、顶板；23、外导轨；24、混凝土；3、支撑结构；31、伸缩杆；32、支撑腿；33、推杆；4、单桩基础；5、海底钻机；6、弱化区。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1－图6所示的单桩基础的加固装置的一种具体实施方式，包括，顶板结构2，顶板结构2设有顶板22，顶板22的中心点处设有通孔，通孔内适于容纳单桩基础4，顶板22的下表面与海床表面贴合。

如图1、图2和图3所示，顶板22上设有若干个定位孔，定位孔适于设于单桩基础4的外周，且每一定位孔均对应设置有一个微桩结构1，每一微桩结构1的上端与顶板结构2连接、下端锚固于单桩基础4周围的海床内，其中，微桩的直径为100-300mm，优选200mm。如图1、图2所示，微桩结构1包括加筋体11和胶结体12，其中，加筋体11由若干节钻杆连接而成、且加筋体11的底部连接有钻头，钻杆为中空贯通结构，钻杆的杆身上设有注浆孔，加筋体11与海床间的间隙内和钻杆内填充有高强度水泥砂浆。如图2所示，胶结体12是通过钻杆中心灌浆通道向钻杆内壁灌浆，高强度水泥砂浆经注浆孔到达加筋体11与海床间的间隙后，由高强度水泥砂浆凝结后形成。为避免微桩结构1在灌浆过程中出现塌孔，为使顶板结构2承受更大的力，微桩结构1与海床垂直或锐角设置，以使倾斜微桩与竖直微桩的联合提供更大的水平抗力，形成微桩结构1的群桩效应。为便于海底钻机5进行作业，顶板22上设有内导轨和外导轨23，内导轨和外导轨23上均适于海底钻机5移动，内导轨与单桩基础4间为内环、内导轨与外导轨23间为中环、外导轨23的外周为外环，内环、中环和外环分别设有若干根微桩结构1，相邻的微桩结构1间等间距设置，微桩结构1的长度由外环至内环依次递减，且内环、外环和中环分别与单桩基础4同心设置。需要注意的是，相邻微桩结构1的间距为微桩结构1自身直径的3-6倍，优选为4倍。

为对单桩基础4进一步进行支撑，如图1、图4和图5所示，还包括4个等间距设于单桩基础4外周的支撑结构3，每一支撑结构3均包括一根伸缩杆31、一个支撑腿32，其中，支撑腿32具有贴合段和支撑段，贴合段为弧形板适于与单桩基础4铰接连接以使支撑腿32以铰接点为中心进行转动，伸缩杆31的两端分别与单桩基础4、支撑段固定连接，且支撑段设于顶板结构2的上表面。为调整伸缩杆31的张开角度，伸缩杆31与单桩基础4间还设有推杆33。为实现伸缩功能，伸缩杆31具有若干根同心圆柱，相邻的同心圆柱不等径，伸缩杆31内填充有惰性气体。具体的，惰性气体为氦气。

具体实施过程中，现场人员拆除风机组件将顶板22套设于单桩基础4外周缓缓放置于海床表面，再将海底钻机5吊装于内导轨或外导轨23的上部、并使海底钻机5自身动力系统作用下沿导轨移动，再对准定位孔进行钻孔施工。同时，施工前，伸缩杆31和推杆33收缩，现场人员将支撑结构3收缩放置于单桩基础4的外周预留的空腔内。海底钻机5在导轨上进行移动，每次完成若干根微桩结构1的施工，根据事先设计好的微桩结构1的角度进行钻孔，每施工一个微桩结构1将钻杆留置于钻孔内，再更换新的钻杆。钻杆的底部连接有钻头、钻头的侧面设有注浆孔，钻杆的中空贯通结构与注浆孔形成灌浆通道，待一个钻孔完成后，海底钻机5利用灌浆通道和注浆孔向钻杆外壁21和钻孔内壁间的间隙内灌注高强缓凝水泥砂浆，以使加筋体11分别与海床、顶板22固定连接。待微桩结构1施工完成，在顶板22的上表面与顶板22外壁21间浇筑混凝土24，在混凝土24层实现与支撑腿32的支撑段的连接。待混凝土24凝固后，支撑结构3的伸缩杆31伸出推动支撑腿32以铰接点为中心点进行运动，直至支撑段与顶板结构2的上表面贴合。施工完成后形成的倾斜和竖直的微桩结构1联合而成，倾斜微桩结构1的桩身轴向与桩基础外围弱化区6边界垂直，倾斜微桩结构1和竖直微桩结构1的联合能够提供更大的水平抗力，同时充分调动内环与中环，中环与外环之间的微桩结构1的群桩效应。

本申请提供的单桩基础的加固结构，具有以下优点：

(1)通过桩基础外围的微桩结构1强化外围海床循环弱化区6的土体强度，进而提高土体的水平抗力，进而提高单桩基础4的水平承载力；同时，通过单桩基础4外围的顶板结构2与海床土体的摩擦作用，分担单桩基础4的水平荷载，提高单桩基础4的水平承载力；通过单桩基础4底端的微桩限制桩基础的倾斜变形，提高单桩基础4底端的土体抗剪能力，进一步提高单桩基础4的水平承载力；

(2)通过支撑结构3与单桩基础4外围顶梁的相互作用，提高单桩基础4的刚度以及桩基础的水平向和竖向承载力；同时利用支撑结构3的伸缩杆31、支撑腿32、推杆33的协同作用，使单桩基础4具有减振性能，即在极端荷载作用下，提高单桩基础4适应性；

(3)通过海底钻机5直接在海床表面施工，降低了海况对施工过程的影响，同时海底钻机5仅需要利用小型船舶进行吊放和回收，减少大型船舶的使用，降低施工成本；同时，将钻杆作为微桩加筋体11，简化了微桩施工工艺，提高了施工效率；通过在钻杆的杆身上设置连接环，强化了加筋体11与胶结体12的连接强度；

(4)通过若干根微桩结构1施工有效避免了大直径在浅覆盖层海床地质条件下的嵌岩施工，提高施工效率，同时加固装置既可以单独作为浮式风机系泊系统的桩锚结构，又可以与海上风电导管架等基础联合形成新型复合基础。

作为替代的实施方式，支撑结构3的数量还可为3个、5个、6个甚至更多个。

作为替代的实施方式，微桩结构1的长度还可为由外环至内环依次递增、或是外环与内环间相同等其它形式。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种单桩基础的加固装置，其特征在于，包括：

顶板结构(2)，所述顶板结构(2)设有顶板(22)，所述顶板(22)的中心点处设有通孔，所述通孔内适于容纳单桩基础(4)，所述顶板(22)的底面与海床表面贴合，所述顶板(22)上设有若干个定位孔，所述定位孔适于设于单桩基础(4)的外周；

若干个微桩结构(1)，所述微桩结构(1)与定位孔一一对应设置，每一所述微桩结构(1)穿过定位孔设置，每一所述微桩结构(1)上端与顶板结构(2)连接、下端锚固于单桩基础(4)周围的海床内，所述顶板(22)以部分承载单桩基础(4)受到的承载力，所述微桩结构(1)使顶板结构(2)与海床固定连接、强化单桩基础(4)桩周土体强度。

2.根据权利要求1所述的单桩基础的加固装置，其特征在于，所述微桩结构(1)包括加筋体(11)，所述加筋体(11)由若干节钻杆连接而成，所述钻杆为中空贯通设置，加筋体(11)的底部连接有钻头，所述钻头的侧面设有注浆孔。

3.根据权利要求2所述的单桩基础的加固装置，其特征在于，所述加筋体(11)与海床间的间隙内填充有高强度水泥砂浆。

4.根据权利要求3所述的单桩基础的加固装置，其特征在于，所述加筋体(11)的外周设有若干个等间隔设置的连接环。

5.根据权利要求4所述的单桩基础的加固装置，其特征在于，所述微桩结构(1)与海床垂直或锐角设置。

6.根据权利要求1所述的单桩基础的加固装置，其特征在于，所述顶板(22)的上表面设有内导轨和外导轨(23)，所述内导轨和外导轨(23)上均适于海底钻机(5)移动，所述内导轨与单桩基础(4)间为内环、所述内导轨与外导轨(23)间为中环、所述外导轨(23)的外周为外环。

7.根据权利要求6所述的单桩基础的加固装置，其特征在于，所述内环、中环和外环分别设有若干根微桩结构(1)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的单桩基础的加固装置，其特征在于，还包括支撑结构(3)，所述支撑结构(3)包括伸缩杆(31)、支撑腿(32)，所述支撑腿(32)包括贴合段和支撑段，所述贴合段适于与单桩基础(4)的外壁(21)铰接连接，所述伸缩杆(31)的两端分别与单桩基础(4)、支撑段固定连接，所述支撑段设于顶板结构(2)的上表面。

9.根据权利要求8所述的单桩基础的加固装置，其特征在于，所述伸缩杆(31)和单桩基础(4)间还设有推杆(33)。

10.根据权利要求9所述的单桩基础的加固装置，其特征在于，所述伸缩杆(31)设有若干根同心圆柱，相邻的所述同心圆柱间不等径，所述伸缩杆(31)内填充有惰性气体。