用于海上風電的復合樁基礎及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于海上風電的復合樁基礎，包括至少三根復合樁（10）、多腳架（19），每根復合樁（10）分為上段樁（11）和下段樁（12），上段樁（11）為鋼管樁或至少部分外包鋼管的預應力砼管樁，下段樁（12）為預應力砼管樁，多腳架（19）上設置有與上段樁（11）數(shù)量相對應的鋼腳筒（20），每根上段樁（11）穿過一個鋼腳筒并與鋼腳筒相固定。本發(fā)明還公開了一種用于海上風電的復合樁基礎的施工方法。本發(fā)明與普通大直徑鋼管樁相比，結構更合理，樁基的可選擇性更大，能充分發(fā)揮鋼管樁和預應力砼管樁各自的優(yōu)點，節(jié)約鋼材，同時樁基的施工設備要求低、可選擇性更廣，海上施工的難度小，總體經(jīng)濟性更好。
【專利說明】用于海上風電的復合粧基礎及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋工程基礎的【技術領域】，具體涉及一種用于海上風電的復合樁基礎及其施工方法。
【背景技術】
[0002]海上工程因在海上施工，工況較惡劣，具有可施工時間短，施工難度大，受天氣海況等自然條件影響巨大等特點。
[0003]目前，鋼管樁是海洋工程特別是海上風電工程中常用的基礎結構類型之一，具有結構簡單、受力明確、制作方便、抗壓、抗拉、抗彎性能好、沉樁施工速度快等優(yōu)點，適用于軟土層較厚的工程區(qū)域。但鋼管樁存在以下不足之處:鋼材用量多，造價高，單根樁的直徑大，重量大，施工設備要求高，施工費用高；此外由于樁基在泥面以下所受彎矩逐漸減小，在一定深度以后鋼管樁的抗彎富余量逐漸增大，因此采用整根鋼管樁基礎顯得比較浪費。預應力砼管樁在港口工程應用廣泛，可工廠加工，成樁質(zhì)量高，抗壓性能好，造價低，但因其最大直徑目前只能達到1.5米，其抗拉、抗施打、抗彎能力稍差而暫時未能用于海上風電工程中。
[0004]上述論述內(nèi)容目的在于向讀者介紹可能與下面將被描述和/或主張的本發(fā)明的各個方面相關的技術的各個方面，相信該論述內(nèi)容有助于為讀者提供背景信息，以有利于更好地理解本發(fā)明的各個方面，因此，應了解是以這個角度來閱讀這些論述，而不是承認現(xiàn)有技術。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術中的不足而提供一種用于海上風電的復合樁基礎及其施工方法，其鋼材用量少、對施工設備要求低、施工便利、總體經(jīng)濟性好。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn):
提供一種用于海上風電的復合樁基礎，包括至少三根復合樁、多腳架，每根復合樁分為上段樁和下段樁，所述上段樁為鋼管樁或至少部分外包鋼管的預應力砼管樁，下段樁為預應力砼管樁，所述多腳架上設置有與上段樁數(shù)量相對應的鋼腳筒，每根上段樁穿過一個鋼腳筒并與鋼腳筒相固定。
[0007]其中，所述鋼腳筒與上段樁之間形成環(huán)形空間，在環(huán)形空間內(nèi)灌注砂漿。
[0008]其中，所述上段樁為鋼管樁，鋼管樁外壁上設置有與砂漿配合的剪力鍵。
[0009]其中，所述上段樁為鋼管樁，所述上段樁的下端和下段樁的上端通過法蘭盤固定連接。
[0010]其中，所述上段樁為全段外包鋼管的預應力砼管樁，所述上段樁中的預應力砼管樁和下段樁為一體結構。
[0011]其中，所述上段樁的外包鋼管上設置有與砂漿配合的剪力鍵。
[0012]其中，所述每根復合樁由成組的兩根以上的子樁構成。
[0013]其中，所述預應力砼管樁的內(nèi)腔全部或部分設有預埋內(nèi)鑲鋼管。
[0014]一種用于海上風電的復合樁基礎的施工方法，包括如下步驟:
51、在工廠加工制作復合樁和帶有鋼腳筒的多腳架，每根復合樁自樁頂至泥面以下一定范圍以上為上段樁，其下的為下段樁，所述上段樁為鋼管樁或至少部分外包鋼管的預應力砼管樁，下段樁為預應力砼管樁；
52、對海底進行整平，利用起重船沉放多腳架，采取措施預防下沉，并使多腳架的頂層高出施工水位；
53、利用多腳架的頂層作為樁基施工平臺，并利用鋼腳筒作為定位和導向裝置進行復合樁的沉樁施工；
54、利用復合樁為支點，調(diào)平多腳架的位置并把復合樁與多腳架臨時固定；
55、在鋼腳筒和復合樁之間形成的環(huán)形空間灌注砂漿，使復合樁和多腳架固定連接；
56、在多腳架的頂部安裝海上風電基礎的上部結構。
[0015]其中，在S3步驟后，還對復合樁進行質(zhì)量檢測，若復合樁身質(zhì)量檢測有缺陷，在復合樁內(nèi)腔進行灌注樁施工加強或補救。
[0016]本發(fā)明的有益效果:通過用鋼管樁代替部分預應力砼管樁，或在部分預應力砼管樁外側包裹鋼管，增強樁基的局部抗拉及抗彎性能，能充分發(fā)揮預應力砼管樁抗壓性能好，同時克服其抗拉、抗彎性較差的缺點，從而提高預應力砼管樁的應用范圍。使用該復合樁基，當上段樁采用鋼管樁、下段樁采用預應力砼管樁方案時，可充分發(fā)揮鋼管樁和預應力砼管樁各自的優(yōu)點，節(jié)約鋼材，節(jié)省投資；當上段樁采用帶鋼管外包裹的預應力砼管樁的復合結構時，可增大局部預應力砼管樁的抗拉和抗彎性能，更能節(jié)省鋼材。本發(fā)明與普通大直徑鋼管樁相比，結構更合理，樁基的可選擇性更大，能充分發(fā)揮鋼管樁和預應力砼管樁各自的優(yōu)點，節(jié)約鋼材，同時樁基的施工設備要求低、可選擇性更廣，海上施工的難度小，總體經(jīng)濟性更好，在海洋工程中具有廣泛的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
[0018]圖1是用于海上風電的復合樁基礎的結構示意圖。
[0019]圖2為圖1中A-A截面示意圖。
[0020]圖3為圖1中B-B截面示意圖。
[0021]圖4是采用一組雙樁的復合樁的結構示意圖。
[0022]圖5為上段樁為鋼管樁時圖4中的C-C截面示意圖。
[0023]圖6為圖4中D-D截面示意圖。
[0024]圖7為上段樁為鋼管樁的結構示意圖。
[0025]圖8為上段樁為鋼管樁時與下段樁的連接結構示意圖。
[0026]圖9為上段樁為外包鋼管的預應力砼管樁時圖4中的C-C截面示意圖。
[0027]圖10為上段樁為外包鋼管的預應力砼管樁的結構示意圖。
[0028]圖11為上段樁為外包鋼管的預應力砼管樁時與下段樁的連接結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為了使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0030]本發(fā)明的核心在于提供一種用于海上風電的復合樁基礎及其施工方法，其結構合理、選材更廣、施工設備要求低、總體經(jīng)濟性好。
[0031]如圖1至圖11所示，用于海上風電的復合樁基礎，包括至少三根復合樁10、多腳架19，圖中的復合樁10數(shù)量為四根，多腳架19上層用于固定風機塔筒。每根復合樁10自樁頂至泥面以下一定范圍以上為上段樁11，其下的為下段樁12。所述多腳架19上設置有與上段樁11數(shù)量相對應的鋼腳筒20，每根上段樁11穿過一個鋼腳筒20并與鋼腳筒20相固定。
[0032]作為優(yōu)選的實施方式，所述鋼腳筒20與上段樁11之間形成環(huán)形空間，在環(huán)形空間內(nèi)灌注高強度砂漿18，鋼腳筒20與上段樁11之間通過砂漿18固定連接。通過砂漿18進行復合樁10和多腳架19的連接，施工方便，連接牢固。
[0033]作為優(yōu)選的實施方式，所述預應力砼管樁的內(nèi)腔全部或部分設有預埋內(nèi)鑲鋼管，這樣，可增大預應力砼管樁的抗拉和抗彎性能。
[0034]作為優(yōu)選的實施方式，所述每根復合樁10由成組的兩根以上的子樁構成，兩根以上較小直徑的子樁組成一根復合樁10，其加工制造較為簡單，可節(jié)省成本。
[0035]作為一種實施方式，如圖4至8所示，所述上段樁11為鋼管樁，下段樁12為預應力砼管樁。所述上段樁11外壁上設置有與砂漿18配合的剪力鍵17，這樣可使復合樁10、砂漿18、鋼腳筒20的連接更牢固。所述上段樁11的下端和下段樁12的上端通過法蘭盤21固定連接。上段樁11和下段樁12通過法蘭盤21連接，其裝配方便，連接穩(wěn)固。本實施例的上段樁采用鋼管樁、下段樁采用預應力砼管樁，可充分發(fā)揮鋼管樁和預應力砼管樁各自的優(yōu)點，節(jié)約鋼材，節(jié)省投資。
[0036]作為另一種實施方式，如圖4、9至11所示，所述上段樁11為外包鋼管Ila的預應力砼管樁11b，預應力砼管樁和下段樁為一體結構。預應力砼管樁Ilb優(yōu)選為全段外包鋼管Ila,當然也可以部分段外包鋼管11a，例如僅與鋼腳筒20連接的部位外包鋼管11a，這樣可增加與鋼腳筒20連接部位的抗拉和抗彎性能。在制作時，上段樁11和下段樁12預應力砼管樁一體澆筑成型，澆筑的同時在上段套上外包鋼管即可。與上一實施方式相似的是，外包鋼管I Ia外壁上設置有與砂漿18配合的剪力鍵17，這樣可使復合樁10、砂漿18、鋼腳筒20的連接更牢固。本實施例的上段樁采用帶鋼管外包裹的預應力砼管樁的復合結構，可增大局部預應力砼管樁的抗拉和抗彎性能，更能節(jié)省鋼材。
[0037]綜上，本發(fā)明與普通大直徑鋼管樁相比，結構更合理，樁基的可選擇性更大，能充分發(fā)揮鋼管樁和預應力砼管樁各自的優(yōu)點，節(jié)約鋼材，同時樁基的施工設備要求低、可選擇性更廣，海上施工的難度小，總體經(jīng)濟性更好，在海洋工程中具有廣泛的應用前景。
[0038]為了實施如圖1至11所示的用于海上風電的復合樁基礎，本發(fā)明實施例還提供了一種施工方法，包括如下步驟:
S1、在工廠加工制作復合樁10和帶有鋼腳筒20的多腳架19，每根復合樁10自樁頂至泥面以下一定范圍以上為上段樁11，其下的為下段樁12，所述上段樁11為鋼管樁或至少部分外包鋼管的預應力砼管樁，下段樁12為預應力砼管樁；
52、對海底進行整平，利用起重船沉放多腳架19，采取措施預防下沉，并使多腳架19的頂層高出施工水位；
53、利用多腳架19的頂層作為樁基施工平臺，并利用鋼腳筒20作為定位和導向裝置進行復合樁10的沉樁施工；
54、利用復合樁10為支點，精確調(diào)平多腳架19的位置并把復合樁10與多腳架19臨時固定；
55、在鋼腳筒20和復合樁10之間形成的環(huán)形空間灌注砂漿18，使復合樁10和多腳架19固定連接；
56、在多腳架19的頂部安裝海上風電基礎的上部結構。
[0039]其中，在S3步驟后，還可以對復合樁進行質(zhì)量檢測，若復合樁身質(zhì)量檢測有缺陷，在復合樁10內(nèi)腔進行灌注樁施工加強或補救。
[0040]上面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0041]總之，本發(fā)明雖然例舉了上述優(yōu)選實施方式，但是應該說明，雖然本領域的技術人員可以進行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本發(fā)明的范圍，否則都應該包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種用于海上風電的復合樁基礎，其特征在于:包括至少三根復合樁(10)、多腳架(19)，每根復合樁(10)分為上段樁(11)和下段樁(12)，所述上段樁(11)為鋼管樁或至少部分外包鋼管的預應力砼管樁，下段樁(12)為預應力砼管樁，所述多腳架(19)上設置有與上段樁(11)數(shù)量相對應的鋼腳筒(20 )，每根上段樁(11)穿過一個鋼腳筒(20 )并與鋼腳筒(20)相固定。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于海上風電的復合樁基礎，其特征在于:所述鋼腳筒(20)與上段樁(11)之間形成環(huán)形空間，在環(huán)形空間內(nèi)灌注砂漿(18)。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于海上風電的復合樁基礎，其特征在于:所述上段樁(11)為鋼管樁，鋼管樁外壁上設置有與砂漿(18)配合的剪力鍵(17)。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于海上風電的復合樁基礎，其特征在于:所述上段樁(11)為鋼管樁，所述上段樁(11)的下端和下段樁(12)的上端通過法蘭盤(21)固定連接。
5.根據(jù)權利要求2所述的用于海上風電的復合樁基礎，其特征在于:所述上段樁(11)為全段外包鋼管的預應力砼管樁，所述上段樁(11)中的預應力砼管樁和下段樁(12)為一體結構。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于海上風電的復合樁基礎，其特征在于:所述上段樁(11)的外包鋼管上設置有與砂漿(18)配合的剪力鍵(17)。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的用于海上風電的復合樁基礎，其特征在于:所述每根復合樁(10)由成組的兩根以上的子樁構成。
8.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的用于海上風電的復合樁基礎，其特征在于:所述預應力砼管樁的內(nèi)腔全部或部分設有預埋內(nèi)鑲鋼管。
9.一種用于海上風電的復合樁基礎的施工方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、在工廠加工制作復合樁(10)和帶有鋼腳筒(20)的多腳架(19)，每根復合樁(10)分為上段樁(11)和下段樁(12)，所述上段樁(11)為鋼管樁或至少部分外包鋼管的預應力砼管樁，下段樁(12)為預應力砼管樁； 52、對海底進行整平，利用起重船沉放多腳架(19)，采取措施預防下沉，并使多腳架(19)的頂層高出施工水位； 53、利用多腳架(19)的頂層作為樁基施工平臺，并利用鋼腳筒(20)作為定位和導向裝置進行復合樁(10)的沉樁施工； 54、利用復合樁(10)為支點，調(diào)平多腳架(19)的位置并把復合樁(10)與多腳架(19)臨時固定； 55、在鋼腳筒(20)和復合樁(10)之間形成的環(huán)形空間灌注砂漿(18)，使復合樁(10)和多腳架(19)固定連接； 56、在多腳架(19)的頂部安裝海上風電基礎的上部結構。
10.根據(jù)權利要求9所述的用于海上風電的復合樁基的施工方法，其特征在于:在S3步驟后，還對復合樁進行質(zhì)量檢測，若復合樁身質(zhì)量檢測有缺陷，在復合樁(10)內(nèi)腔進行灌注樁施工加強或補救。
【文檔編號】E02D27/52GK104179190SQ201410449787
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】熊翱, 張銳, 溫文峰, 尤毅 申請人:熊翱