CN220725170U - 一种海上单桩结构物基础 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海上单桩结构物基础，海上单桩结构物基础由主桩、吸力筒组件和灌浆封盖组成，主桩外部环套有吸力筒组件，吸力筒组件顶部安装有灌浆封盖。本实用新型通过采用变直径的单桩与多分舱的环形吸力筒结合的结构形式，充分发挥单桩极强的竖向承载和吸力筒水平加强支撑的优势，有效提高泥面段单桩的抗水平摆动载荷的能力，通过外部吸力桶结构的水平方向加强，减少单桩入泥深度，同时提高结构刚度，提高稳定性，长期使用稳定可靠；通过在吸力筒组件中间分出单独的中心支撑套，使得在单桩出现冲刷时吸力筒内圈能够避开冲刷坑，不受影响实现自沉密封，顺利沉贯到设计深度，满足承载要求。

Description

一种海上单桩结构物基础

技术领域

本实用新型涉及海洋工程施工技术领域，特别是涉及一种海上单桩结构物基础。

背景技术

随着海上风电开发范围的扩展和环境条件的复杂化，采用常规的海上风机基础如单桩基础和导管架基础已经无法完全适应未来海上风电的发展，尤其对于表层淤泥较厚，或者超过40m深度还存在较硬土质的特殊地质，单独采用单桩结构很难满足上部载荷支撑需要，由于表层淤泥支撑力弱，结构的水平载荷难以满足。如果采用加大单桩直径的方法对于打桩设备要求高，超过10m桩径当前的船机设备基本无法进行施工，如果增加打入深度，需要采用嵌岩方式，施工难度和成本均大福提高。海上风电开发投资有限，如何在表层淤泥厚或者浅层存在硬土质的海域做固定式基础，尤其是风机基础是需要解决的难题。对于目前采用的单桩和吸力筒组合的结构，吸力筒内圈与单桩外壁间隙较小，单桩在海洋环境中出现明显冲刷，造成其周边有冲刷坑，这会使得环套吸力筒内圈不能完全接触泥面形成初始密封，吸力筒不能进行沉贯。

为了解决上述问题，我们提出了一种海上单桩结构物基础。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种海上单桩结构物基础，本实用新型提供如下技术方案：

一种海上单桩结构物基础，包括主桩、吸力筒组件，所述主桩为钢板卷制成型的圆管，所述主桩外部环套有所述吸力筒组件，所述吸力筒组件顶部安装有灌浆封盖；

所述主桩由上至下依次由上段管桩、变径段、下段管桩组成，所述上段管桩顶部同轴焊接有顶法兰；

所述吸力筒组件为钢板卷制组焊成底部敞开、中间镂空且周围分舱的圆环型结构件，所述吸力筒组件由环形吸力筒组件、加强支撑、中间支撑套、内扶正凸台、竖向导向滑轮、灌浆封隔环组成；根据圆周分舱数量，选择6～8组所述环形吸力筒组件构成圆环型结构件主体，所述环形吸力筒组件构成的圆环型结构件主体同轴焊接有所述中间支撑套，所述中间支撑套外部圆周布置有与分舱数量一致的所述加强支撑，所述加强支撑立面与所述中间支撑套外侧焊接，所述加强支撑顶部贴紧于所述中间支撑套上部环板的下端，所述中间支撑套的内孔圆周焊接有多套内扶正凸台和竖向导向滑轮，所述中间支撑套下端与所述环形吸力筒组件的舱顶板齐平处粘结固定有所述灌浆封隔环；

所述灌浆封盖为圆弧形的环板钢质片状结构件，其主体为采用钢板切割加工的呈弧形段的环板，所述环板上端焊接布置有4组吊点，所述环板下端靠环内侧焊接布置有2～3圈加强竖筋。

优选地，所述环形吸力筒组件为由分舱板、舱顶板、切割并卷制成弧形的外环板、内环板形成圆弧型底部敞开的结构件；所述外环板的外部竖向焊接有梯形的抗拔加强肘板，所述外环板外部顶端同心焊接有钢板卷制的呈倒锥型的冲刷保护罩，所述冲刷保护罩在所述分舱板处设置有抗拔加强肘板，所述环形吸力筒组件的分舱结构内部与所述舱顶板下部焊接有轴向和径向的舱壁加强板和分舱板加强肘板，间隔所述抗拔加强肘板与舱壁加强板对应轴线布置有支撑肘板，所述内环板径向方向焊接连接有环空支撑肘板。

优选地，所述内扶正凸台为由钢板切割成型的下端带角度的立板。

优选地，所述灌浆封隔环为采用橡胶材料制成的下端带锥度且上端为平面的环，所述灌浆封隔环外圈贴紧于所述中间支撑套的孔内。

优选地，所述抗拔加强肘板轴向与所述分舱板对正，下部呈倒刺型凸起。

优选地，所述环空支撑肘板上部焊接有带孔的环空盖板。

与现有技术相比，本实用新型能达到的有益效果是：

1、通过采用变直径的单桩与多分舱的环形吸力筒结合的结构形式，充分发挥单桩极强的竖向承载和吸力筒水平加强支撑的优势，有效提高泥面段单桩的抗水平摆动载荷的能力；

2、通过外部吸力桶结构的水平方向加强，减少单桩入泥深度，同时提高结构刚度，提高稳定性，长期使用稳定可靠；

3、通过在吸力筒组件中间分出单独的中心支撑套，使得在单桩出现冲刷时吸力筒内圈能够避开冲刷坑，不受影响实现自沉密封，顺利沉贯到设计深度，满足承载要求；

4、通过在吸力筒内部做井字形加强板，分舱之间也有结构加强，满足更高的负压沉贯；

5、通过在筒体外部设置抗拔肘板，提高结构承受水平载荷时一侧的抗拔能力；

6、通过在中心支撑套的下端设置封隔器，无需环空清淤即可直接灌浆，高强度的水泥浆可实现水平载荷的可靠转移，施工高效，能够很好的解决浅地基海床固定式单桩基础的施工困难，有较好的经济性；

7、通过在环形吸力筒外部设置放冲刷保护罩，有效减少水流冲刷，保护吸力筒基础长期在位稳定性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本实用新型的优选实施例整体结构示意图；

图2是本实用新型的优选实施例主桩组成示意图；

图3是本实用新型的优选实施例吸力筒结构组成示意图；

图4是本实用新型的优选实施例吸力筒结构侧视图；

图5是本实用新型的优选实施例吸力筒结构底视图；

图6是本实用新型的优选实施例吸力筒单舱结构示意图；

图7是本实用新型的优选实施例灌浆封盖结构示意图。

其中，图1-7中附图标记与部件之间的对应关系为：

1、主桩；11、下段管桩；12、变径段；13、上段管桩；14、顶法兰；2、吸力筒组件；21、环形吸力筒组件；21、环形吸力筒组件；211、分舱板；212、外环板；213、抗拔加强肘板；214、冲刷保护罩；215、支撑肘板；216、舱壁加强板；217、分舱板加强肘板；218、舱顶板；219、环空盖板；2110、环空支撑肘板；2111、内环板；22、加强支撑；23、中间支撑套；24、内扶正凸台；25、竖向导向滑轮；26、灌浆封隔环；3、灌浆封盖；31、环板；32、吊点；33、加强竖筋。

实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合图1-7对本实用新型的实施例的一种海上单桩结构物基础进行具体说明。

如图1所示，海上单桩结构物基础，其组成包括：主桩1、吸力筒组件2、灌浆封盖3；主桩1是下部粗上部细一点由钢板卷制的圆管，顶部有满足海上风机等其他载荷安装的接口法兰，通过打桩锤打入到海床一定深度，满足竖向载荷承载需要；吸力筒组件2环套在主桩1的外部，处于桩径较粗的位置，通过吸力贯入到顶板贴紧泥面，安装完成在环空之间浇筑高强水泥浆灌浆料，实现对此位置主桩1水平载荷的支撑，提高其水平承载能力；灌浆封盖3安装在吸力筒组件2顶部，待环空之间浇筑高强水泥浆灌浆料完成后进行封盖，保护环形空间内部浆料不会被外部海水冲刷流失，起到保护效果；通过该结构形式，实现较小的入泥深度达到较好的承载性能，满足上部布放的载荷长期安全稳定。

如图2所示，主桩1是下部粗上部细一点由钢板卷制焊接成一体的圆管，从上到下依次为上段管桩13、变径段12、下段管桩11，均通过钢板卷制制作，钢板的壁厚根据顶部载荷以及使用区域不同选择的板厚以及材质有不同，顶法兰14同轴焊接在上段管桩13顶部，是根据上部风机连接法兰尺寸或者上部其他连接载荷要求的法兰环，采用钢材整体锻造制作，也可分体焊接制作，满足载荷和强度要求，根据上部载荷的不同下段管桩11的长度和直径可以对应调整，使得打入深度不进入强度高的土层，满足长期承载需要。

如图3~6所示，吸力筒组件2是环形的结构件，通过钢板卷制组焊成底部敞开、中间镂空周围有多个分舱的圆环型结构，其组成包括：环形吸力筒组件21、加强支撑22、中间支撑套23、内扶正凸台24、竖向导向滑轮25、灌浆封隔环26；根据圆周分舱数量，一般分6～8个舱，即包含6～8组环形吸力筒组件21，,环形吸力筒组件21由钢板切割加工的分舱板211、舱顶板218、切割并卷制成弧形的外环板212、内环板2111形成一个圆弧型底部敞开的结构件；外环板212的外径一般超过25m，满足较大承载面积，实现水平载荷的有效承担；内环板2111的内径比下段管桩11的外径要大4～6m，避免主桩1的冲刷坑影响吸力筒组件2初始入泥的密封；在外环板212的外部间隔一定角度竖向焊接有梯形的抗拔加强肘板213，轴向与分舱板211对正，肘板下部倒刺型凸起，可限制吸力筒组件2结构在水平载荷作用下被拔出，提高结构稳定性，其上也可以开一些孔，进一步提高抗拔性能；在外环板212外部顶端同心焊接有钢板卷制的倒锥型冲刷保护罩214，当舱顶板218贴近泥面时锥形罩嵌入海床泥面内，形成一个自外部向吸力筒组件2中心的坡度，可以很好的将冲刷得水流引导朝上，防止对吸力筒组件2外围的冲刷；由于冲刷保护罩214一圈布置，其上开有很多过水孔，有利于插入海床泥面以下，同样的，可以采用类似格栅的结构满足一样的功能性能；冲刷保护罩214一圈在分舱板211处有抗拔加强肘板213，间隔抗拔加强肘板213与舱壁加强板216对应轴线布置有三角形的支撑肘板215，采用钢板切割焊接制造，确保倒锥形冲刷保护罩214结构刚度和强度；在分舱结构内部和舱顶板218的下部焊接有轴向和径向的舱壁加强板216和分舱板加强肘板217形成网状的加强，板高度一般400～600mm，使得环形吸力筒组件21能够在沉贯时承受较好的内压，上部贴近舱顶板218开有较多的过水孔，有利于沉贯时筒内水的排出。为提高相邻舱之间的压差承受能力，在分舱板211竖向两侧的分舱板加强肘板217有加宽或做曲面强化，内环板2111径向方向焊接连接有环空支撑肘板2110，是直角梯形形式下部带稍度，板面与分舱板211对正的钢板，内部立边与中间支撑套23外圈焊接连接，形成内孔的对中导向，有利于吸力筒组件2套入上段管桩13，进入到中间支撑套23内；两片环空支撑肘板2110上部焊接有带孔的环空盖板219，形成较好的支撑结构，根据实际需要，也可以不安装环空盖板219；多套环形吸力筒组件21组合形成一个底部敞开、分成几个舱体、中间有肘板的环型结构；在环形吸力筒组件21组合的环中心同轴焊接有圆管型顶部带环板的中间支撑套23，采用厚板卷制焊接，内径比下段管桩11外径大1m，有较好的间隙，利于套入安装；在中间支撑套23外部圆周布置有和分舱数量一致的加强支撑22，采用钢板切割焊接成三角形箱体，底部与舱顶板218和分舱板211连接的强节点焊接连接，立面和中间支撑套23外圆焊接，顶部贴紧在中间支撑套23上部环板下端，形成高强度的支撑，利于水平载荷传递；为方便吸力筒组件2顺利对正套入主桩1，在中间支撑套23内孔圆周焊接有多套内扶正凸台24和竖向导向滑轮25；内扶正凸台24是钢板切割的下端带角度的立板，凸起300~350mm，有利于吸力筒组件2套入主桩1时对正对中，圆周布置的数量满足施工需要，实现圆周对心调整，如有必要，可以在中间支撑套23内竖向布置2~3圈，使得安装时更好的实现吸力筒组件2与主桩1的近似同轴，利于灌浆后受力传递；竖向导向滑轮25凸起高度350mm~400mm，采用锥形支座上部带滚轮，使得与主桩1外壁滚动接触，有利于吸力筒组件2更好的同轴套入主桩1安装，根据结构和施工不同，可以布置不同数量、轮径和材质不同的滚轮；在中间支撑套23下端与舱顶板218平齐位置粘结固定有圆环形的灌浆封隔环26，采用橡胶材料制成下端带锥度上端为平面的环，外圈贴紧在中间支撑套23孔内，锥形下部有益于套入主桩1，同时可以嵌入到泥面下，增加中间支撑套23和下段管桩11的环空灌浆高度，实现更好水平载荷传递。根据沉贯施工需要，在环形吸力筒组件21上部还有满足沉贯设备安装的底座和相关管线，如果需要筒内灌浆，还有对应各舱的灌浆管线，均按照实际施工需要进行加装。

如图7所示，灌浆封盖3是圆弧形的环板钢质片状结构，安装在主桩和2 — 吸力筒组件的中间支撑套23环空顶部，与中间支撑套23顶部加强环板以及内扶正凸台24贴合，封盖后防止环空灌浆料流出，避免外部海水冲刷；环板31是采用钢板切割加工的弧形段，一般3~4个弧形段环板31形成一个整全，内径与下段管桩11一致，外径比中间支撑套23顶部加强环板外径小一些，这样如果出现吸力筒组件2套入主桩1有偏心，也可以实现对环空的封盖；环板31上端焊接布置有4个钢板切割的吊点32，满足吊装需要，根据实际使用，也可以采用其他形式吊点如吊环螺钉等，布置在不同位置且分布不同数量；在环板31下端靠环内侧焊接布置有2～3圈加强竖筋33，保障即使偏心也能安装到环空内；采用圆钢短节焊接在环板31下端，长度300～500mm，通过插入到环空灌浆料内形成固定，不会出现海水冲刷后脱出；根据制造特点，加强竖筋33底部也可以带弯曲的勾或者螺旋型等结构，更好的提高与灌浆料的粘合固定。

本实用新型的实施步骤如下：

步骤S1：运输海上单桩结构物基础到海上施工现场，运输船靠到起重船边上，按照单桩施工方式进行钢桩起吊、立桩后就位到要求的安装位置，下放自重入泥，之后套打桩锤进行打桩打入，直至打入到设计深度，完成打桩的钢桩，需要检查外部是否有影响吸力筒组件2套入的吊点等结构，切割处理后进行吸力筒安装；

步骤S2：将沉贯用的设备吊装安装到环形吸力筒组件21上部设备安装底座上，确保沉贯设备与吸力筒组件2的连通，吊装人员到主桩1顶内部平台上，之后整体起吊带沉贯设备的吸力筒组件2到主桩1顶部，调整结构对正，缓慢下放使得环空支撑肘板2110引导吸力筒组件2逐渐对正主桩1，逐渐下放，同时主桩1顶内部平台上人员指挥吊机调整，使得主桩1端部逐渐插入到中间支撑套23内，控制吊装摆幅，使得灌浆封隔环26穿过顶法兰14，之后缓慢下放到中间支撑套23内的竖向导向滑轮25贴住上段管桩13外部，逐渐下放，同时控制好吸力筒组件2方位在要求的范围内，起重船继续下勾，使得,吸力筒组件2下部接触泥面并缓慢下沉，实现结构的自重入泥，入泥之前沉贯设备如需在水中试机也可以吊装时做短暂停止，调试完成后继续下放。

步骤S3：启动沉贯设备进行沉贯，逐个分舱检查密闭情况，若个别舱存在冲刷坑影响不密封，可以采用上部压重物或者通过其他舱贯入带动其进行入泥深度加深形成密封，若不能通过沉贯实现封闭，可以进行必要的泥沙回填到内环板2111内部区域，形成密封区域；各舱均密闭后进行吸力筒沉贯，保持整体水平贯入，不平时对贯入较快（低点）的舱进行暂停贯入，将较慢（高点）的舱进行贯入，调整水平度不超过3‰，逐渐调整，根据不同深度设计允许的贯入负压进行控制，直至贯入至舱顶板218下部贴紧泥面，此时贯入设备水泵电机电流趋近于零，完成沉贯，吊装回收沉贯设备，之后关闭管线上的阀门或者安装封堵装置，完成,吸力筒组件2沉贯施工。

步骤S4：连接吸力筒组件2上的灌浆管线，操作水面的灌浆设备将小于5MPa的低强度水泥浆贯入到吸力筒组件2内的空隙内，排出舱内的水，确保结构长期在位稳定性，如果贯入深度已经达到舱顶板218贴紧泥面，则不需要进行筒内灌浆；完成筒内灌浆后，关闭相关阀门做好封堵，回收灌浆管线。

步骤S5：清洗甲板的灌浆设备，重新加注大于70MPa的高强度的水泥浆，将管线插入到中间支撑套23与下段管桩11之间的环空内，管端贴近灌浆封隔环26，进行浆料注入以排尽环空的海水；水下潜水员检查灌浆情况，稳定灌浆管线避免脱出环空内；当环空灌浆接近中间支撑套23顶端时，吊装甲板的灌浆封盖3进行环空顶部封盖，留下一片灌浆封盖3，待灌浆与中间支撑套23端部平齐后封盖最后一片灌浆封盖3，形成一个完整的环，加强竖筋33插入水泥浆中固定，使得整体结构稳定性更可靠，完成灌浆后，回收设备，施工完成，船机撤场、复员。。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之 “上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (6)

1.一种海上单桩结构物基础，包括主桩（1）、吸力筒组件（2），其特征在于，所述主桩（1）为钢板卷制成型的圆管，所述主桩（1）外部环套有所述吸力筒组件（2），所述吸力筒组件（2）顶部安装有灌浆封盖（3）；

所述主桩（1）由上至下依次由上段管桩（13）、变径段（12）、下段管桩（11）组成，所述上段管桩（13）顶部同轴焊接有顶法兰（14）；

所述吸力筒组件（2）为钢板卷制组焊成底部敞开、中间镂空且周围分舱的圆环型结构件，所述吸力筒组件（2）由环形吸力筒组件（21）、加强支撑（22）、中间支撑套（23）、内扶正凸台（24）、竖向导向滑轮（25）、灌浆封隔环（26）组成；根据圆周分舱数量，选择6～8组所述环形吸力筒组件（21）构成圆环型结构件主体，所述环形吸力筒组件（21）构成的圆环型结构件主体同轴焊接有所述中间支撑套（23），所述中间支撑套（23）外部圆周布置有与分舱数量一致的所述加强支撑（22），所述加强支撑（22）立面与所述中间支撑套（23）外侧焊接，所述加强支撑（22）顶部贴紧于所述中间支撑套（23）上部环板的下端，所述中间支撑套（23）的内孔圆周焊接有多套内扶正凸台（24）和竖向导向滑轮（25），所述中间支撑套（23）下端与所述环形吸力筒组件（21）的舱顶板齐平处粘结固定有所述灌浆封隔环（26）；

所述灌浆封盖（3）为圆弧形的环板钢质片状结构件，其主体为采用钢板切割加工的呈弧形段的环板（31），所述环板（31）上端焊接布置有4组吊点（32），所述环板（31）下端靠环内侧焊接布置有2～3圈加强竖筋（33）。

2.根据权利要求1所述的一种海上单桩结构物基础，其特征在于，所述环形吸力筒组件（21）为由分舱板（211）、舱顶板（218）、切割并卷制成弧形的外环板（212）、内环板（2111）形成圆弧型底部敞开的结构件；所述外环板（212）的外部竖向焊接有梯形的抗拔加强肘板（213），所述外环板（212）外部顶端同心焊接有钢板卷制的呈倒锥型的冲刷保护罩（214），所述冲刷保护罩（214）在所述分舱板（211）处设置有抗拔加强肘板（213），所述环形吸力筒组件（21）的分舱结构内部与所述舱顶板（218）下部焊接有轴向和径向的舱壁加强板（216）和分舱板加强肘板（217），间隔所述抗拔加强肘板（213）与舱壁加强板（216）对应轴线布置有支撑肘板（215），所述内环板（2111）径向方向焊接连接有环空支撑肘板（2110）。

3.根据权利要求1所述的一种海上单桩结构物基础，其特征在于，所述内扶正凸台（24）为由钢板切割成型的下端带角度的立板。

4.根据权利要求1所述的一种海上单桩结构物基础，其特征在于，所述灌浆封隔环（26）为采用橡胶材料制成的下端带锥度且上端为平面的环，所述灌浆封隔环（26）外圈贴紧于所述中间支撑套（23）的孔内。

5.根据权利要求2所述的一种海上单桩结构物基础，其特征在于，所述抗拔加强肘板（213）轴向与所述分舱板（211）对正，下部呈倒刺型凸起。

6.根据权利要求2所述的一种海上单桩结构物基础，其特征在于，所述环空支撑肘板（2110）上部焊接有带孔的环空盖板（219）。