DE112021001464T5

DE112021001464T5 - Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen und Bauverfahren dafür

Info

Publication number: DE112021001464T5
Application number: DE112021001464.1T
Authority: DE
Inventors: Wei Wang; Feng Jin; Junyi Yan; Jianping Liu; Lin Lin
Original assignee: Tsinghua University; China Three Gorges Corp; China Three Gorges Renewables Group Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; China Three Gorges Corp; China Three Gorges Renewables Group Co Ltd
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-02-02
Also published as: WO2022037707A1; GB2609841B; GB202216354D0; GB2609841A

Abstract

Eine mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen und ein Bauverfahren dafür, umfassend einen Einzelpfahl und Vibrationszementierungspfähle, wobei die Vibrationszementierungspfähle um den Einzelpfahl herum angeordnet sind, durch Kombination aus einem Tiefsee-Kiespfahl-Vibrationsstanz-Pfahlbildungsverfahren und einem selbstfließenden Injektionsverfahren von eingetauchtem selbstverdichtendem zementgebundenem Zementierungsmaterial werden die Vibrationszementierungspfähle in der weichen Bodenschicht und der tragenden Schicht des Meeresbodens gebildet, die Vibrationszementierungspfähle und der Boden um den Pfahl bilden ein Vibrationszementierungspfahl-Verbundfundament, die Pfahlfestigkeit der Vibrationszementierungspfähle in dem Verbundfundament nimmt vom äußeren Ring zum inneren Ring nacheinander zu und vom oberen Teil zum unteren Teil nacheinander ab. Die Vibrationszementierungspfähle verbessern wirksam die Tragfähigkeit der weichen Bodenschicht und erweitern die Anwendbarkeit der Einzelpfahlgründung in den Windparks der flachen überlagernden Meeresboden und Offshore-Tiefgewässern. Gleichzeitig wird es nicht erfordert, eine Anti-Auskolkungs-Struktur zusätzlich anzuordnen, Gründung verfügt über die Eigenschaften niedriger Herstellungs- und Baukosten, einer guten Baueffizienz und einer einfachen bequemen Bedienung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Pfahlgründung der Meeresprojekte, insbesondere eine mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen und ein Bauverfahren dafür.
STAND DER TECHNIK
Die Offshore-Windkraftanlage hat den Vorteil, dass sie sauber und effizient ist, und stellt eine wichtige Entwicklungsrichtung im Bereich der neuen Energien dar. Gegenwärtig hat die Einzelpfahlgründung für Offshore-Windkraftanlagen den Vorteil, dass sie schnell gebaut werden kann, geringe technische Kosten hat und sich gut für das Fundament eignet, und sein Anteil in den installierten Fundamenten liegt bei über 80%. Da sich die Offshore-Windparks allmählich von flachen Offshore-Gewässern in tiefe Offshore-Gewässer und tiefe Offshore-Gewässer verlagern und die Kapazität der Windturbinen weiter zunimmt, müssen die Einzelpfahlgründungen eine größere horizontale Tragfähigkeit aufweisen. Die Oberflächenschicht des Meeresbodens in einigen chinesischen Gewässern besteht jedoch aus tiefem weichem Boden, und die tragende Schicht unter der weichen Bodenschicht ist relativ dünn. Wenn die herkömmliche Einzelpfahlgründung verwendet wird, kann der Boden um den Pfahl herum nicht den horizontalen Widerstand bieten, um die Entwurfsanforderungen zu erfüllen; wenn die Gründungsformen wie Rohrrahmen und in den Fels eingebettete Pfähle usw. verwendet werden, erhöhen sich einerseits die Gründungskosten erheblich, und andererseits verlängert sich die Bauzeit erheblich. Daher ist die Entwicklung von Einzelpfahlgründungen mit höherer horizontaler Tragfähigkeit für weiche Bodenfundamente von großem technischen Nutzen.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Ein technisches Problem, das von der vorliegenden Erfindung gelöst werden muss, besteht darin, eine mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen und ein Bauverfahren dafür zur Verfügung zu stellen, die Struktur ist einfach, in dem Boden um den einzelnen Pfahl sind Vibrationszementierungspfähle angeordnet, die sich in der tragenden Schicht und der weichen Bodenschicht des Meeresbodens befinden, die Vibrationszementierungspfähle und der Boden zwischen den Pfählen bilden ein Verbundfundament mit Vibrationszementierungspfählen, um die Tragfähigkeit der weichen Bodenschicht zu verbessern, die horizontale Tragfähigkeit der Einzelpfahlgründung effektiv zu verbessern, die Fähigkeit des Bodens um den Pfahl, um Verformungen zu widerstehen, erheblich zu verbessern, die horizontale Verschiebung der Spitze der Einzelpfahlgründung zu verringern, die Beständigkeit der Einzelpfahlgründung gegen die Verflüssigung des Fundaments zu verbessern und die Schwingungsfrequenz der Einzelpfahlgründung und des Oberbaus derselben zu verbessern. Gleichzeitig kann die mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen in Meeresgebieten mit Wassertiefen von 30-60 m und auf Meeresboden mit dünnen tragenden Schichten verwendet werden, was die Anwendungsperspektiven der Einzelpfahlgründung in Offshore-Tiefwassergebieten erweitert.
Um die vorstehenden technischen Probleme zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung eine folgende technische Lösung: mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen, dass sie einen Vibrationszementierungspfahl umfasst; wobei der Vibrationszementierungspfahl einen inneren Ringpfahl und einen äußeren Ringpfahl umfasst; und wobei sich der äußere Ringpfahl außerhalb des inneren Ringpfahls befindet; und wobei in der Mitte im inneren Ringpfahl ein Einzelpfahlloch vorgesehen ist; und wobei das Einzelpfahlloch konzentrisch mit dem Formzentrum des inneren Ringpfahls und des äußeren Ringpfahls ist; und wobei die Pfahlfestigkeit des Vibrationszementierungspfahls von dem Inneren des Einzelpfahllochs nach außen allmählich abnimmt, und wobei die Pfahlfestigkeit des Vibrationszementierungspfahls von dem oberen Teil des Einzelpfahllochs zu dem unteren Teil allmählich abnimmt.
Dass zwischen dem inneren Ringpfahl und dem äußeren Ringpfahl mehrere entlang der radialen Richtung des Einzelpfahllochs verteilte Abzweigpfähle angeordnet sind.
Dass zwischen dem inneren Ringpfahl und dem äußeren Ringpfahl zumindest ein mittlerer Ringpfahl angeordnet ist, dessen Formzentrum konzentrisch mit dem Einzelpfahlloch ist.
Dass der innere Ringpfahl, der äußere Ringpfahl, der Abzweigpfahl und der mittlere Ringpfahl jeweils durch mehrere Vibrationszementierungspfähle gebildet sind.
Dass der innere Ringpfahl, der äußere Ringpfahl und der mittlere Ringpfahl eine kreisförmige Struktur aus mehreren Vibrationszementierungspfählen sind; wobei der Abzweigpfahl eine lineare Struktur aus mehreren Vibrationszementierungspfählen ist.
Dass die Höhen des inneren Ringpfahls, des mittleren Ringpfahls und des äußeren Ringpfahls nacheinander abnehmen, um einen Vibrationszementierungspfahl in einer konischen Struktur zu bilden, wobei ein Ende mit einem kleineren Schnitt nach unten gerichtet ist.
Dass der Vibrationszementierungspfahl einen säulenförmigen Körper umfasst, der durch die Zementierung mit dem Kies und dem eingetauchten selbstverdichtenden zementgebundenen Zementierungsmaterial gebildet ist.
Dass am oberen Teil des Vibrationszementierungspfahls ein Zementierungs-Steinschüttungskörper angeordnet ist, die eine konische Struktur ist, wobei ein Ende derselben mit einem kleineren Schnitt nach oben gerichtet ist.
Dass der Zementierungs-Steinschüttungskörper durch die Zementierung zwischen der Steinschüttung und dem eingetauchten selbstverdichtenden Mörtel gebildet ist.
Wie oben erwähnt, Bauverfahren für eine mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen, dass es die folgenden Schritte umfasst:

S 1: Rammen, unter Verwendung eines Rammgeräts wird der Einzelpfahl entlang dem Einzelpfahlloch vertikal in den Meeresboden bis zur geplanten Tiefe geschlagen, wobei das untere Ende des Einzelpfahls durch die weiche Bodenschicht gehend und tief in die tragende Schicht des Meeresbodens eindringt;
S2: Pfahlbildung des inneren Ringpfahls,
S2-1: durch Vibrationsstanzen mittels eines Vibrationsstanzgeräts wird ein Ausgangsloch gebildet, dann fördert das Fördersystem den Kies an den Boden der Vibrationsstanze, beim Vibrationsstanzen wird die Beschickung durchgeführt, um einen Kiespfahlkörper zu bilden, gleichzeitig wird durch ein Förderrohr das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial an den Boden des Führungsrohrs der Vibrationsstanze gefördert, das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial fließt entlang dem Kiesspalt des Kiespfahlkörpers nach unten, gleichzeitig werden das Vibrationsstanzen, die Beschickung und die Zementierung zum Bilden eines Zementierungskiespfahlkörpers durchgeführt,
S2-2: das Ausgangsloch in S2-1 befindet sich außerhalb des Einzelpfahllochs, wenn sich der Vibrator entlang dem Ausgangsloch allmählich nach oben anhebt, wird S2-1 ständig wiederholt, um außerhalb des Einzelpfahllochs einen inneren Ringpfahl zu bilden;
S3: Pfahlbildung des mittleren Ringpfahls, das Ausgangsloch befindet sich außerhalb des inneren Ringpfahls, entlang dem Ausgangsloch werden S2-1 und S2-2 nacheinander wiederholt, um außerhalb des inneren Ringpfahls einen mittleren Ringpfahl zu bilden;
S4: Pfahlbildung des äußeren Ringpfahls, das Ausgangsloch befindet sich außerhalb des mittleren Ringpfahls, entlang dem Ausgangsloch werden S2-1 und S2-2 nacheinander wiederholt, um außerhalb des mittleren Ringpfahls einen äußeren Ringpfahl zu bilden;
S5: Pfahlbildung des Abzweigpfahls, das Ausgangsloch befindet sich an der Innenseite des äußeren Ringpfahls oder der Außenseite des inneren Ringpfahls, S2-1 und S2-2 werden nacheinander wiederholt, um einen Abzweigpfahl zu bilden; dabei werden der innere Ringpfahl, der mittlere Ringpfahl, der äußere Ringpfahl und der Boden zwischen den Pfählen kombiniert, um ein Vibrationszementierungspfahl-Verbundfundament zu bilden, oder der innere Ringpfahl, der äußere Ringpfahl, der Abzweigpfahl und der Boden zwischen den Pfählen werden kombiniert, um ein Vibrationszementierungspfahl-Verbundfundament zu bilden; jetzt dringt das untere Ende des Vibrationszementierungspfahls tief in die tragende Schicht des Meeresbodens ein, und das obere Ende befindet sich in der weichen Bodenschicht des Meeresbodens;
S6: Füllen, der zementgebundene flüssige Mörtel wird mittels eines Mörteldruckgeräts in den Boden zwischen dem inneren Ringpfahl und dem Einzelpfahl gedrückt, um ausgehärteten Boden zu bilden, und der innere Ringpfahl wird mit dem Einzelpfahl verbunden;
S7: die Steinschüttung wird auf den oberen Teil der Schlammoberfläche des Vibrationszementierungspfahls geworfen, um eine Steinschüttungskörper in einer konischen Struktur zu bilden, dann wird von der Oberfläche des Steinschüttungskörpers der eingetauchte selbstverdichtende Beton oder der eingetauchte selbstverdichtende Zementmörtel ins Innere des Steinschüttungskörpers gegossen, um den Zementierungs-Steinschüttungskörper zu bilden.

Die vorliegende Erfindung hat folgende Vorteile:

1. bei der vorliegenden Erfindung wird die überlagernde weiche Bodenschicht auf dem Fundament des Meeresbodens durch die Vibrationszementierungspfähle verstärkt, was die Tragfähigkeit der weichen Bodenschicht, insbesondere die horizontale Tragfähigkeit deutlich verbessert und die Anwendbarkeit der Einzelpfahlgründung in dem flachen überlagernden Meeresboden verbessert, um zu vermeiden, dass die Gründungsformen mit höheren Kosten und größerer Bauschwierigkeit wie tragende Plattform mit hohen Pfählen, Rohrrahmen und in den Fels eingebettete Pfähle verwendet werden, wodurch die gesamten Herstellungs- und Baukosten der Gründung reduziert werden;
2. bei den Vibrationszementierungspfählen der vorliegenden Erfindung wird nur eine kleine Menge an zementgebundenem Zementierungsmaterial verwendet, um eine wasserdurchlässige und hochfeste Vibrationszementierungspfahlstruktur zu bilden, der Bau der Vibrationszementierungspfähle hat einen einfachen Prozess, niedrige Kosten und eine hohe Geschwindigkeit;
3. im Vergleich zur herkömmlichen Einzelpfahlgründung für Offshore-Windkraftanlagen sind der Pfahldurchmesser und die Pfahlverankerungstiefe der mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments gemäß der vorliegenden Erfindung kleiner, die horizontale Tragfähigkeit ist höher und die Verformung des Pfahls oder der Drehwinkel der Schlammoberfläche ist kleiner, so dass die Einzelpfahlgründung für die Windparks in Offshore-Tiefgewässern und für die Windkraftanlagen mit größerer Kapazität eingesetzt werden kann, wodurch das Anwendungsszenario der Einzelpfahlgründung effektiv erweitert wird;
4. die Vibrationszementierungspfähle verfügen auch über die Beständigkeit gegen die Auskolkung, so dass keine zusätzliche Anti-Auskolkungs-Struktur an der Schlammwand der Einzelpfahlgründung erforderlich ist.

Figurenliste
Im Zusammenhang mit Figuren und Ausführungsbeispielen wird die vorliegende Erfindung im Folgenden näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Strukturansicht der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Draufsicht der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine andere schematische Strukturansicht der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine andere schematische Strukturansicht der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine andere schematische Strukturansicht der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine andere schematische Strukturansicht der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt ein Diagramm des Verwendungszustandes der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt ein anderes Diagramm des Verwendungszustandes der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein anderes Diagramm des Verwendungszustandes der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Stelle A gemäß 7.
11 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Stelle B gemäß 8.
12 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Stelle C gemäß 8.

Bezugszeichenliste

1: Einzelpfahlloch
2: Vibrationszementierungspfahl
21: Innerer Ringpfahl
22: Äußerer Ringpfahl
23: Abzweigpfahl
24: Mittlerer Ringpfahl
25: Kies
26: Eingetauchtes selbstverdichtendes zementgebundenes Zementierungsmaterial
3: Zementierungs-Steinschüttungskörper
31: Steinschüttung
32: Eingetauchter selbstverdichtender Mörtel

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie in 1 bis 12 dargestellt, eine mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen, umfassend einen Vibrationszementierungspfahl 2; wobei der Vibrationszementierungspfahl 2 einen inneren Ringpfahl 21 und einen äußeren Ringpfahl 22 umfasst; und wobei sich der äußere Ringpfahl außerhalb des inneren Ringpfahls 21 befindet; und wobei in der Mitte in dem inneren Ringpfahl 21 ein Einzelpfahlloch 1 vorgesehen ist; und wobei das Einzelpfahlloch 1 konzentrisch mit dem Formzentrum des inneren Ringpfahls 21 und des äußeren Ringpfahls 22 ist; und wobei die Pfahlfestigkeit des Vibrationszementierungspfahls von dem Inneren des Einzelpfahllochs 1 nach außen allmählich abnimmt, und wobei die Pfahlfestigkeit des Vibrationszementierungspfahls von dem oberen Teil des Einzelpfahllochs 1 zu dem unteren Teil allmählich abnimmt.
Bevorzugt sind die Vibrationszementierungspfähle 2 in der weichen Bodenschicht und der tragenden Schicht um das Einzelpfahlloch 1 herum verteilt, um ein Verbundfundament mit Vibrationszementierungspfählen zu bilden, um die Widerstandsfähigkeit des Bodens um die Pfähle herum zu erhöhen, die horizontale Tragfähigkeit der Einzelpfahlgründung effektiv zu verbessern, die horizontale Verschiebung der Spitze der Einzelpfahlgründung zu verringern, gleichzeitig die Beständigkeit der Einzelpfahlgründung gegen die Verflüssigung des Fundaments zu verbessern und die Schwingungsfrequenz der Einzelpfahlgründung und des Turms zu verbessern.
Bevorzugt kann die mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments in Meeresgebieten mit Wassertiefen von 30-60 m und auf Meeresboden mit dünnen tragenden Schichten verwendet werden, was die Anwendungsperspektiven der Einzelpfahlgründung in Offshore-Tiefwassergebieten erweitert.
In einer bevorzugten Lösung sind zwischen dem inneren Ringpfahl 21 und dem äußeren Ringpfahl 22 mehrere entlang der radialen Richtung des Einzelpfahllochs verteilte Abzweigpfähle 23 angeordnet. Bei der Pfahlbildung sind der innere Ringpfahl und der äußere Ringpfahl durch die Abzweigpfähle miteinander verbunden, um eine Gesamtstruktur zu bilden.
In einer bevorzugten Lösung ist zwischen dem inneren Ringpfahl 21 und dem äußeren Ringpfahl 22 zumindest ein mittlerer Ringpfahl 24 angeordnet, dessen Formzentrum konzentrisch mit dem Einzelpfahlloch 1 ist. Bei der Pfahlbildung befindet sich der innere Ringpfahl außerhalb des Einzelpfahls und der äußere Ringpfahl außerhalb des inneren Ringpfahls, wobei sich der mittlere Ringpfahl zwischen dem inneren Ringpfahl und dem äußeren Ringpfahl befindet und mit dem inneren Ringpfahl und dem äußeren Ringpfahl zu einer Gesamtstruktur verbunden ist.
In einer bevorzugten Lösung sind der innere Ringpfahl 21, der äußere Ringpfahl 22, der Abzweigpfahl 23 und der mittlere Ringpfahl 24 jeweils durch mehrere Vibrationszementierungspfähle gebildet. Der innere Ringpfahl 21, der äußere Ringpfahl 22, der Abzweigpfahl 23 und der mittlere Ringpfahl 24 sind durch die Vibration mittels desselben Vibrationsgeräts gebildet, was eine hohe Geräteauslastung und einen geringeren Geräteeinsatz aufweist und die Baueffizienz verbessert.
In einer bevorzugten Lösung sind der innere Ringpfahl 21, der äußere Ringpfahl 22 und der mittlere Ringpfahl 24 eine kreisförmige Struktur aus mehreren Vibrationszementierungspfählen; wobei der Abzweigpfahl 23 eine lineare Struktur aus mehreren Vibrationszementierungspfählen ist. Der innere Ringpfahl 21 steht in Kontakt mit dem Einzelpfahl, und strukturelle Gesamtfestigkeit und Stabilität.
In einer bevorzugten Lösung nehmen die Höhen des inneren Ringpfahls 21, des mittleren Ringpfahls 24 und des äußeren Ringpfahls 22 nacheinander ab, um einen Vibrationszementierungspfahl 2 in einer konischen Struktur zu bilden, wobei ein Ende mit einem kleineren Schnitt nach unten gerichtet ist. Bei der Einzelpfahlgründung in einer konischen Struktur ist ein Ende mit einem kleineren Schnitt nach unten gerichtet, und von der Trägerschicht zu der weichen Bodenschicht nimmt die strukturelle Gesamtfestigkeit nacheinander zu.
In einer bevorzugten Lösung umfasst der Vibrationszementierungspfahl einen säulenförmigen Körper, der durch die Zementierung mit dem Kies 25 und dem eingetauchten selbstverdichtenden zementgebundenen Zementierungsmaterial 26 gebildet ist. Durch Vibrationsstanzen mittels eines Vibrationsstanzgeräts wird ein Ausgangsloch gebildet, dann fördert das Fördersystem den Kies an den Boden der Vibrationsstanze, beim Vibrationsstanzen wird die Beschickung durchgeführt, um einen Kiespfahlkörper zu bilden, gleichzeitig wird durch ein Förderrohr das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial an den Boden des Führungsrohrs der Vibrationsstanze gefördert, das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial fließt entlang dem Kiesspalt des Kiespfahlkörpers nach unten, gleichzeitig werden das Vibrationsstanzen, die Beschickung und die Zementierung zum Bilden eines Zementierungskiespfahlkörpers durchgeführt, und der Vibrator hebt sich allmählich an, und die Bauvorgänge des Vibrationsstanzens, der Beschickung und der Zementierung werden wiederholt, bis der Vibrationszementierungspfahl gebildet wird. Oder durch das Vibrationsstanzen mittels eines Vibrationsstanzgeräts wird ein Ausgangsloch gebildet, dann fördert das Fördersystem den Kies an den Boden der Vibrationsstanze, beim Vibrationsstanzen wird die Beschickung durchgeführt, um einen Kiespfahlkörper in dem Ausgangsloch zu bilden, nachdem der Kiespfahlkörper die Konstruktionshöhe erreichte, werden das Vibrationsstanzen und die Beschickung gestoppt, das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial wird in den Kiespfahlkörper gegossen, das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial fließt entlang dem Kiesspalt des Kiespfahlkörpers nach unten, um einen unteren Zementierungskiespfahlkörper zu bilden, das Vibrationsstanzen und die Beschickung werden fortgesetzt, um einen mittleren Kiespfahlkörper zu bilden, dann wird das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial wieder gegossen, um einen mittleren Zementierungskiespfahlkörper zu bilden, die obigen Vorgänge werden wiederholt, bis der Vibrationszementierungspfahl gebildet wird.
Bevorzugt wird der zementgebundene flüssige Mörtel mittels eines Mörteldruckgeräts in den Boden zwischen dem inneren Ringpfahl und dem Einzelpfahl gedrückt, um ausgehärteten Boden zu bilden, wobei der ausgehärtete Boden den inneren Ringpfahl 21 mit dem Einzelpfahlloch 1 verbindet, um die Lastübertragung zwischen dem Einzelpfahlloch 1 und dem inneren Ringpfahl 21 zu realisieren.
Bevorzugt fließt das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial unter Wirkung der Schwerkraft oder des äußeren Drucks entlang dem Kiesspalt des Kiespfahlkörpers nach unten, wobei ein Teil des Zementierungsmaterials während des Fließens an dem Kieskontaktpunkt oder Kiesspalt anhaften oder sich ablagern, und wobei das zementgebundenen Zementierungsmaterial durch die Hydrationswirkung die Kiesstücke bindet, um einen wasserdurchlässigen und hochfesten Zementierungskiespfahlkörper zu bilden, und wobei der Vibrationszementierungspfahl als der Entwässerungskanal der weichen Bodenschicht verwendet wird, um die Drainagekonsolidierung des weichen Fundaments wirksam zu beschleunigen.
Bevorzugt erhöht die Zementierungswirkung des eingetauchten selbstverdichtenden zementgebundenen Zementierungsmaterials erheblich die Scherfestigkeit des Kiespfahlkörpers, so dass der Vibrationszementierungspfahl eine Fähigkeit hat, die horizontalen Lasten zu tragen.
Bevorzugt steht der innere Ringpfahl in Kontakt mit dem Einzelpfahl oder ist mit diesem verbunden, um die Reibwirkung des Einzelpfahls mit dem Boden um den Pfahl zu erhöhen, was die horizontale und axiale Tragfähigkeit der Einzelpfahlgründung weiterhin verbessert.
Bevorzugt nimmt der Vibrationszementierungspfahl die Kiese mit einem Partikeldurchmesser von 2-10 cm an, wobei das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial den eingetauchten selbstverdichtenden Zementschlamm oder den eingetauchten selbstverdichtenden Zementmörtel annimmt.
Bevorzugt verwendet der Pfahlkörper des Vibrationszementierungspfahls ein einmaliges Formen oder ein mehrfaches Formen, um die Anforderungen an unterschiedliche Tiefen der Fundamentbewehrung und die Festigkeit des Pfahlkörpermaterials zu erfüllen.
Bevorzugt sind das Formen des Kiespfahlkörpers und das Gießen des eingetauchten selbstverdichtenden zementgebundenen Zementierungsmaterials separat durchgeführt, wobei zuerst durch das Vibrationsstanzen der Kiespfahlkörper gebildet wird, dann auf den Kiespfahlkörper die vorbereitete Lösung des Tauchschutzmittels aufgebracht wird und schließlich in den Kiespfahlkörper das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial gegossen wird. Das Aufbringen der Lösung des Tauchschutzmittels und das Gießen des eingetauchten selbstverdichtenden zementgebundenen Zementierungsmaterials sind synchron, die Funktion des Tauchschutzmittels besteht darin, die Nichtdispersion des eingetauchten selbstverdichtenden zementgebundenen Zementierungsmaterials im Meerwasser zu schützen und die Fließfähigkeit des Zementierungsmaterial aufrechtzuerhalten.
Bevorzugt sind das Formen des Kiespfahlkörpers und das Gießen des eingetauchten selbstverdichtenden zementgebundenen Zementierungsmaterials synchron durchgeführt, wobei durch das mit dem Tauchschutzmittel vermischte Hochdruckwasser die Kiese durch einen Beschickungskanal ins Loch an dem Boden des Führungsrohrs der Vibrationsstanze gefördert werden, während das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial synchron an die obere Oberfläche des Kiespfahlkörpers gefördert wird, und wobei das Vibrationsstanzen, die Beschickung und die Zementierung zum Bilden eines Zementierungskiespfahlkörpers gleichzeitig durchgeführt werden.
Bevorzugt sind das Formen des Kiespfahlkörpers und das Gießen des eingetauchten selbstverdichtenden zementgebundenen Zementierungsmaterials synchron durchgeführt, wobei durch die Hochdruckluft die Kiese durch einen Beschickungskanal ins Loch an dem Boden des Führungsrohrs der Vibrationsstanze gefördert werden, während die Lösung des Tauchschutzmittels und das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial synchron an die obere Oberfläche des Kiespfahlkörpers gefördert wird, und wobei das Vibrationsstanzen, die Beschickung und die Zementierung zum Bilden eines Zementierungskiespfahlkörpers gleichzeitig durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Lösung ist am oberen Teil des Vibrationszementierungspfahls 2 ein Zementierungs-Steinschüttungskörper 3 angeordnet, die eine konische Struktur ist, wobei ein Ende derselben mit einem kleineren Schnitt nach oben gerichtet ist. Die Zementierungs-Steinschüttungen, die an der Schlammoberfläche am oberen Teil des Vibrationszementierungspfahls um den Einzelpfahl herum angeordnet sind, verbessern erheblich die Beständigkeit der Einzelpfahlgründung gegen die Auskolkung, was nicht erfordert, eine Anti-Auskolkungs-Struktur zusätzlich anzuordnen, um den Einsatz zu verringern und die Kosten zu reduzieren.
In einer bevorzugten Lösung wird der Zementierungs-Steinschüttungskörper durch die Zementierung zwischen der Steinschüttung 31 und dem eingetauchten selbstverdichtenden Mörtel gebildet. Die Steinschüttung wird auf den oberen Teil der Schlammoberfläche des Vibrationszementierungspfahls geworfen, um eine Steinschüttungskörper in einer konischen Struktur zu bilden, dann wird von der Oberfläche des Steinschüttungskörpers der eingetauchte selbstverdichtende Beton oder der eingetauchte selbstverdichtende Zementmörtel ins Innere des Steinschüttungskörpers gegossen, um den Zementierungs-Steinschüttungskörper zu bilden.
In einer bevorzugten Lösung Wie oben erwähnt, Bauverfahren für eine mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen, dass es die folgenden Schritte umfasst:

S 1: Rammen, unter Verwendung eines Rammgeräts wird der Einzelpfahl entlang dem Einzelpfahlloch 1 vertikal in den Meeresboden bis zur geplanten Tiefe geschlagen, wobei das untere Ende des Einzelpfahls durch die weiche Bodenschicht gehend und tief in die tragende Schicht des Meeresbodens eindringt;
S2: Pfahlbildung des inneren Ringpfahls,
S2-1: durch Vibrationsstanzen mittels eines Vibrationsstanzgeräts wird ein Ausgangsloch gebildet, dann fördert das Fördersystem den Kies 25 an den Boden der Vibrationsstanze, beim Vibrationsstanzen wird die Beschickung durchgeführt, um einen Kiespfahlkörper zu bilden, gleichzeitig wird durch ein Förderrohr das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial 26 an den Boden des Führungsrohrs der Vibrationsstanze gefördert, das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial 26 fließt entlang dem Kiesspalt des Kiespfahlkörpers nach unten, gleichzeitig werden das Vibrationsstanzen, die Beschickung und die Zementierung zum Bilden eines Zementierungskiespfahlkörpers durchgeführt,
S2-2: das Ausgangsloch in S2-1 befindet sich außerhalb des Einzelpfahllochs 1, wenn sich der Vibrator entlang dem Ausgangsloch allmählich nach oben anhebt, wird S2-1 ständig wiederholt, um außerhalb des Einzelpfahllochs 1 einen inneren Ringpfahl 21 zu bilden;
S3: Pfahlbildung des mittleren Ringpfahls, das Ausgangsloch befindet sich außerhalb des inneren Ringpfahls 21, entlang dem Ausgangsloch werden S2-1 und S2-2 nacheinander wiederholt, um außerhalb des inneren Ringpfahls 21 einen mittleren Ringpfahl 24 zu bilden;
S4: Pfahlbildung des äußeren Ringpfahls, das Ausgangsloch befindet sich außerhalb des mittleren Ringpfahls 24, entlang dem Ausgangsloch werden S2-1 und S2-2 nacheinander wiederholt, um außerhalb des mittleren Ringpfahls 24 einen äußeren Ringpfahl 22 zu bilden;
S5: Pfahlbildung des Abzweigpfahls, das Ausgangsloch befindet sich an der Innenseite des äußeren Ringpfahls 22 oder der Außenseite des inneren Ringpfahls 21, S2-1 und S2-2 werden nacheinander wiederholt, um einen Abzweigpfahl 23 zu bilden; dabei werden der innere Ringpfahl, der mittlere Ringpfahl, der äußere Ringpfahl und der Boden zwischen den Pfählen kombiniert, um ein Vibrationszementierungspfahl-Verbundfundament zu bilden, oder der innere Ringpfahl, der äußere Ringpfahl, der Abzweigpfahl und der Boden zwischen den Pfählen werden kombiniert, um ein Vibrationszementierungspfahl-Verbundfundament zu bilden; jetzt dringt das untere Ende des Vibrationszementierungspfahls tief in die tragende Schicht des Meeresbodens ein, und das obere Ende befindet sich in der weichen Bodenschicht des Meeresbodens;
S6: Füllen, der zementgebundene flüssige Mörtel wird mittels eines Mörteldruckgeräts in den Boden zwischen dem inneren Ringpfahl 21 und dem Einzelpfahl gedrückt, um ausgehärteten Boden zu bilden, und der innere Ringpfahl 21 wird mit dem Einzelpfahl verbunden;
S7: die Steinschüttung 31 wird auf den oberen Teil der Schlammoberfläche des Vibrationszementierungspfahls 2 geworfen, um eine Steinschüttungskörper in einer konischen Struktur zu bilden, dann wird von der Oberfläche des Steinschüttungskörpers der eingetauchte selbstverdichtende Beton oder der eingetauchte selbstverdichtende Zementmörtel ins Innere des Steinschüttungskörpers gegossen, um den Zementierungs-Steinschüttungskörper 3 zu bilden.

Die obigen Ausführungsbeispiele stellen nur bevorzugte technische Lösungen der vorliegenden Erfindung dar und sollten nicht als eine Beschränkung für die vorliegende Erfindung angesehen werden, und die Ausführungsbeispiele in der vorliegenden Anmeldung und die Merkmale in den Ausführungsbeispiele können beliebig miteinander kombiniert werden, falls kein Konflikt besteht. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sollte durch die in den Ansprüchen erläuterten technischen Lösungen definiert werden, einschließlich der äquivalenten Ersetzungen für die technischen Merkmale in den technischen Lösungen, die in den Ansprüchen aufgelistet sind. Nämlich sollten die äquivalenten Ersetzungen und Verbesserungen in diesem Umfang ebenfalls als von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.

Claims

Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Vibrationszementierungspfahl (2) umfasst; wobei der Vibrationszementierungspfahl (2) einen inneren Ringpfahl (21) und einen äußeren Ringpfahl (22) umfasst; und wobei sich der äußere Ringpfahl (22) außerhalb des inneren Ringpfahls (21) befindet; und wobei in der Mitte im inneren Ringpfahl (21) ein Einzelpfahlloch (1) vorgesehen ist; und wobei das Einzelpfahlloch (1) konzentrisch mit dem Formzentrum des inneren Ringpfahls (21) und des äußeren Ringpfahls (22) ist; und wobei die Pfahlfestigkeit des Vibrationszementierungspfahls von dem Inneren des Einzelpfahllochs (1) nach außen allmählich abnimmt, und wobei die Pfahlfestigkeit des Vibrationszementierungspfahls von dem oberen Teil des Einzelpfahllochs (1) zu dem unteren Teil allmählich abnimmt.
Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem inneren Ringpfahl (21) und dem äußeren Ringpfahl (22) mehrere entlang der radialen Richtung des Einzelpfahllochs (1) verteilte Abzweigpfähle (23) angeordnet sind.
Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem inneren Ringpfahl (21) und dem äußeren Ringpfahl (22) zumindest ein mittlerer Ringpfahl (24) angeordnet ist, dessen Formzentrum konzentrisch mit dem Einzelpfahlloch (1) ist.
Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Ringpfahl (21), der äußere Ringpfahl (22), der Abzweigpfahl (23) und der mittlere Ringpfahl (24) jeweils durch mehrere Vibrationszementierungspfähle gebildet sind.
Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Ringpfahl (21), der äußere Ringpfahl (22) und der mittlere Ringpfahl (24) eine kreisförmige Struktur aus mehreren Vibrationszementierungspfählen sind; wobei der Abzweigpfahl (23) eine lineare Struktur aus mehreren Vibrationszementierungspfählen ist.
Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhen des inneren Ringpfahls (21), des mittleren Ringpfahls (24) und des äußeren Ringpfahls (22) nacheinander abnehmen, um einen Vibrationszementierungspfahl (2) in einer konischen Struktur zu bilden, wobei ein Ende mit einem kleineren Schnitt nach unten gerichtet ist.
Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationszementierungspfahl (2) einen säulenförmigen Körper umfasst, der durch die Zementierung mit dem Kies (25) und dem eingetauchten selbstverdichtenden zementgebundenen Zementierungsmaterial (26) gebildet ist.
Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Teil des Vibrationszementierungspfahls (2) ein Zementierungs-Steinschüttungskörper (3) angeordnet ist, die eine konische Struktur ist, wobei ein Ende derselben mit einem kleineren Schnitt nach oben gerichtet ist.
Mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zementierungs-Steinschüttungskörper (3) durch die Zementierung zwischen der Steinschüttung (31) und dem eingetauchten selbstverdichtenden Mörtel (32) gebildet ist.
Bauverfahren für eine mit Vibrationszementierungspfählen verstärkte Einzelpfahlgründung des weichen Bodenfundaments für Offshore-Windkraftanlagen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: S 1: Rammen, unter Verwendung eines Rammgeräts wird der Einzelpfahl entlang dem Einzelpfahlloch (1) vertikal in den Meeresboden bis zur geplanten Tiefe geschlagen, wobei das untere Ende des Einzelpfahls durch die weiche Bodenschicht gehend und tief in die tragende Schicht des Meeresbodens eindringt; S2: Pfahlbildung des inneren Ringpfahls, S2-1: durch Vibrationsstanzen mittels eines Vibrationsstanzgeräts wird ein Ausgangsloch gebildet, dann fördert das Fördersystem den Kies (25) an den Boden der Vibrationsstanze, beim Vibrationsstanzen wird die Beschickung durchgeführt, um einen Kiespfahlkörper zu bilden, gleichzeitig wird durch ein Förderrohr das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial (26) an den Boden des Führungsrohrs der Vibrationsstanze gefördert, das eingetauchte selbstverdichtende zementgebundene Zementierungsmaterial (26) fließt entlang dem Kiesspalt des Kiespfahlkörpers nach unten, gleichzeitig werden das Vibrationsstanzen, die Beschickung und die Zementierung zum Bilden eines Zementierungskiespfahlkörpers durchgeführt, S2-2: das Ausgangsloch in S2-1 befindet sich außerhalb des Einzelpfahllochs (1), wenn sich der Vibrator entlang dem Ausgangsloch allmählich nach oben anhebt, wird S2-1 ständig wiederholt, um außerhalb des Einzelpfahllochs (1) einen inneren Ringpfahl (21) zu bilden; S3: Pfahlbildung des mittleren Ringpfahls, das Ausgangsloch befindet sich außerhalb des inneren Ringpfahls (21), entlang dem Ausgangsloch werden S2-1 und S2-2 nacheinander wiederholt, um außerhalb des inneren Ringpfahls (21) einen mittleren Ringpfahl (24) zu bilden; S4: Pfahlbildung des äußeren Ringpfahls, das Ausgangsloch befindet sich außerhalb des mittleren Ringpfahls (24), entlang dem Ausgangsloch werden S2-1 und S2-2 nacheinander wiederholt, um außerhalb des mittleren Ringpfahls (24) einen äußeren Ringpfahl (22) zu bilden; S5: Pfahlbildung des Abzweigpfahls, das Ausgangsloch befindet sich an der Innenseite des äußeren Ringpfahls (22) oder der Außenseite des inneren Ringpfahls (21), S2-1 und S2-2 werden nacheinander wiederholt, um einen Abzweigpfahl (23) zu bilden; dabei werden der innere Ringpfahl, der mittlere Ringpfahl, der äußere Ringpfahl und der Boden zwischen den Pfählen kombiniert, um ein Vibrationszementierungspfahl-Verbundfundament zu bilden, oder der innere Ringpfahl, der äußere Ringpfahl, der Abzweigpfahl und der Boden zwischen den Pfählen werden kombiniert, um ein Vibrationszementierungspfahl-Verbundfundament zu bilden; jetzt dringt das untere Ende des Vibrationszementierungspfahls tief in die tragende Schicht des Meeresbodens ein, und das obere Ende befindet sich in der weichen Bodenschicht des Meeresbodens; S6: Füllen, der zementgebundene flüssige Mörtel wird mittels eines Mörteldruckgeräts in den Boden zwischen dem inneren Ringpfahl (21) und dem Einzelpfahl gedrückt, um ausgehärteten Boden zu bilden, und der innere Ringpfahl (21) wird mit dem Einzelpfahl verbunden; S7: die Steinschüttung (31) wird auf den oberen Teil der Schlammoberfläche des Vibrationszementierungspfahls (2) geworfen, um eine Steinschüttungskörper in einer konischen Struktur zu bilden, dann wird von der Oberfläche des Steinschüttungskörpers der eingetauchte selbstverdichtende Beton oder der eingetauchte selbstverdichtende Zementmörtel ins Innere des Steinschüttungskörpers gegossen, um den Zementierungs-Steinschüttungskörper (3) zu bilden.