專利名稱：海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)及其施工方法，主要適用于海上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)。
背景技術(shù)：
單立柱單樁基礎(chǔ)(以下稱單樁基礎(chǔ))通常由單根大直徑(4m以上)鋼管構(gòu)成，下部深入土中，提供承載力；中部浸于水中承受波浪、海流、潮汐等長期循環(huán)作用；上部通過連接段或直接法焊接法蘭與風(fēng)機(jī)塔筒相連。作為構(gòu)造最為簡單的一種海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式，單樁基礎(chǔ)目前是歐洲海上風(fēng)電場的主導(dǎo)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式。隨著國內(nèi)制樁工藝、打樁設(shè)備、沉樁能力的提高，單樁基礎(chǔ)在我國近海風(fēng)電場建設(shè)中的應(yīng)用也將日趨廣泛。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要承受風(fēng)、浪、流等復(fù)雜環(huán)境荷載的聯(lián)合作用，且以水平受荷為主，對于大直徑單樁基礎(chǔ)而言，由于其“自由段”較長、結(jié)構(gòu)整體“較柔”(剛度相對較小)，在設(shè)計(jì)中提高其水平受荷性能成為保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對上述存在的問題提供一種結(jié)構(gòu)簡單的海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)及其施工方法，旨在提高對于近地表淺層土樁周土抗力的利用率，改善大直徑單樁的水平承載性能，提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，包括基樁，其特征在于:所述基樁外同軸套有一沉貫于海床上的筒形結(jié)構(gòu)；所述筒形結(jié)構(gòu)包括一圓環(huán)形頂封板，該頂封板的內(nèi)外圓上分別連接有內(nèi)筒裙和外筒裙，所述內(nèi)筒裙和外筒裙均位于頂封板下方，且兩者軸線重合并垂直于頂封板所在平面，所述頂封板上開設(shè)有通氣孔。所述頂封板、內(nèi)筒裙和外筒裙合圍形成一橫截面呈圓環(huán)形的艙體，該艙體內(nèi)沿徑向均勻布置一組肋板，將該艙體分隔成若干橫截面呈扇環(huán)狀的分艙。所述通氣孔與各分艙一一對應(yīng)，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)中分艙的大小及沉貫所需確定通氣孔直徑、位置及數(shù)量。所述外筒裙的外側(cè)沿徑向均勻設(shè)置一組翼板。所述內(nèi)筒裙上端或下端一體加工有用于施工導(dǎo)向的延伸段。所述內(nèi)筒裙的內(nèi)徑比基樁外徑大100_500mm (具體根據(jù)場區(qū)及機(jī)位海床體質(zhì)條件及設(shè)計(jì)構(gòu)造要求等確定)。單樁基礎(chǔ)的施工方法，其特征在于步驟如下:
a、將筒形結(jié)構(gòu)敞口端向下(頂封板在上)，封閉通氣孔，浮運(yùn)至指定位置，通過各分艙通氣孔抽出桶內(nèi)空氣造成桶內(nèi)外形成負(fù)壓，使筒體下沉；繼續(xù)從通氣孔抽出分艙內(nèi)涌入的海水，使其繼續(xù)在負(fù)壓作用下下沉至海床泥面；繼續(xù)從通氣孔抽出分艙內(nèi)涌入的海水、泥漿等，使其沉貫入泥至設(shè)計(jì)深度。全過程注意各分艙通氣孔抽氣、水、泥時(shí)的筒體整體平衡和穩(wěn)定。
b、將基樁底端插入內(nèi)筒裙內(nèi)，并進(jìn)行沉樁作業(yè)至設(shè)計(jì)深度。單樁基礎(chǔ)的施工方法，其特征在于步驟如下:
a、進(jìn)行基樁沉樁作業(yè)至設(shè)計(jì)深度；
b、將筒形結(jié)構(gòu)敞口端向下(頂封板在上)，封閉通氣孔，浮運(yùn)至指定位置，將其吊起后從基樁頂部套入，通過各分艙通氣孔抽出桶內(nèi)空氣造成桶內(nèi)外形成負(fù)壓，使筒體下沉；繼續(xù)從通氣孔抽出分艙內(nèi)涌入的海水，使其繼續(xù)在負(fù)壓作用下下沉至海床泥面；繼續(xù)從通氣孔抽出分艙內(nèi)涌入的海水、泥漿等，使其沉貫入泥至設(shè)計(jì)深度。全過程注意各分艙通氣孔抽氣、水、泥時(shí)的筒體整體平衡和穩(wěn)定。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在基樁外同軸套有筒形結(jié)構(gòu)，該筒形結(jié)構(gòu)沉貫于近地表淺層土范圍內(nèi)，能夠充分利用淺層樁周土抗力，從而大大提高了大直徑單樁的水平承載性能和結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。


圖1是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖1的橫截面圖。圖3是圖1中筒形結(jié)構(gòu)的立體圖。圖4是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)圖。圖5是圖4的橫截面圖。圖6是圖4中筒形結(jié)構(gòu)的立體圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:如圖1、圖2所示，本實(shí)施例包括基樁I (鋼管式大直徑單樁)，以及同軸外套于該基樁外的筒形結(jié)構(gòu)2 (形狀參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行優(yōu)化取值)，所述筒形結(jié)構(gòu)2沉貫于海床泥面(或考慮沖刷后的計(jì)算泥面)以下近地表淺層土范圍內(nèi)，以提高對于近地表淺層樁周土抗力的利用率。如圖3所示，所述筒形結(jié)構(gòu)2為鋼材質(zhì)或鋼筋混凝土材質(zhì)，它包括一圓環(huán)形頂封板2-1，該頂封板的內(nèi)外圓上分別連接有內(nèi)筒裙2-2和外筒裙2-3，所述內(nèi)筒裙2-2和外筒裙2-3均位于頂封板2-1下方，且兩者軸線重合并垂直于頂封板2-1所在平面，所述頂封板2-1上開設(shè)有通氣孔2-4。本例中，內(nèi)筒裙2-2的內(nèi)徑比基樁I外徑大100-500mm (具體根據(jù)場區(qū)及機(jī)位海床體質(zhì)條件及設(shè)計(jì)構(gòu)造要求等確定)。所述頂封板2-1、內(nèi)筒裙2-2和外筒裙2-3合圍形成一橫截面呈圓環(huán)形的艙體(其上端通過頂封板封閉，下端敞口)，該艙體內(nèi)沿徑向均勻布置一組縱向肋板2-5，將該艙體分隔成若干橫截面呈扇環(huán)狀的分艙，以增大筒-土接觸面積并有助于整體沉貫控制；與此同時(shí)，通氣孔2-4與各分艙一一對應(yīng)，即每個(gè)分艙的頂部均開設(shè)有一個(gè)通氣孔2-4 (根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)中分艙的大小及沉貫所需確定通氣孔直徑、位置及數(shù)量)，用于沉貫過程中調(diào)節(jié)各分艙的沉貫壓力，以保證筒形結(jié)構(gòu)2平穩(wěn)均勻的下沉。所述內(nèi)筒裙2-2上端或下端一體加工有用于施工導(dǎo)向的延伸段2-7。本實(shí)施例在施工過程中，可根據(jù)工程場區(qū)及施工設(shè)備等情況，選擇先沉貫筒型結(jié)構(gòu)2再進(jìn)行基樁I沉樁的施工順序，或先進(jìn)行基樁I沉樁，再沉貫筒型結(jié)構(gòu)2的施工順序。
對于第一種情況，延伸段2-7設(shè)置于內(nèi)筒裙2-2上端，其具體施工步驟如下:
a、將筒形結(jié)構(gòu)2浮運(yùn)至指定位置(頂封板2-1朝上，敞口一端朝下，封閉通氣孔2-4)，然后通過頂封板2-1上的通氣孔2-4將筒形結(jié)構(gòu)2內(nèi)部的空氣、水及泥漿抽出，形成筒形結(jié)構(gòu)2內(nèi)外的壓力差(負(fù)壓)，利用該壓力差使筒形結(jié)構(gòu)2下沉，并最終將其沉貫入泥至設(shè)計(jì)深度；沉貫過程中，通過調(diào)節(jié)各分艙的壓力保持筒型結(jié)構(gòu)2的水平度。b、將基樁I底端插入延伸段2-7內(nèi)(導(dǎo)向作用)，并進(jìn)行沉樁作業(yè)至設(shè)計(jì)深度，作業(yè)過程中注意對于樁體I垂直度的控制及對筒型結(jié)構(gòu)2的監(jiān)控。施工完成后在海床面(基本與頂封板持平)上拋石形成防護(hù)層3。對于第二種情況，延伸段2-7設(shè)置于內(nèi)筒裙2-2下端，其具體施工步驟如下:
a、進(jìn)行基樁I沉樁作業(yè)至設(shè)計(jì)深度；
b、將筒形結(jié)構(gòu)2浮運(yùn)至指定位置(頂封板2-1朝上，敞口一端朝下，封閉通氣孔2-4)，將其吊起后從基樁I頂部套入(此時(shí)，內(nèi)筒裙2-2下端的延伸段2-7起導(dǎo)向作用)，使筒形結(jié)構(gòu)2同軸外套于基樁I外；然后通過頂封板2-1上的通氣孔2-4將筒形結(jié)構(gòu)2內(nèi)部的空氣、水及泥漿抽出，形成筒形結(jié)構(gòu)2內(nèi)外的壓力差(負(fù)壓)，利用該壓力差使筒形結(jié)構(gòu)2下沉，并最終將其沉貫入泥至設(shè)計(jì)深度；沉貫過程中，通過調(diào)節(jié)各分艙的壓力保持筒型結(jié)構(gòu)2的水平度。施工完成后在海床面(基本與頂封板持平)上拋石形成防護(hù)層3。實(shí)施例2:如圖4-圖6所示，本實(shí)施例結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別僅僅在于，所述外筒裙2-3的外側(cè)沿徑向均勻設(shè)置一組翼板2-6，以更大程度的利用樁周土抗力，提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體的水平承載能力，翼板2-6的數(shù)量、形狀根據(jù)設(shè)計(jì)需要及筒型結(jié)構(gòu)2的負(fù)壓沉貫?zāi)芰M(jìn)行優(yōu)化和選型。本例中翼板2-6數(shù)量為四片，且均為矩形，實(shí)際設(shè)計(jì)中，根據(jù)沉貫阻力等，可將翼板形狀優(yōu)化，例如先入土一側(cè)設(shè)置尖角，以降低沉貫阻力等。本實(shí)施例的施工方法與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，包括基樁(I)，其特征在于:所述基樁(I)外同軸套有一沉貫于海床上的筒形結(jié)構(gòu)(2);所述筒形結(jié)構(gòu)(2)包括一圓環(huán)形頂封板(2-1)，該頂封板的內(nèi)外圓上分別連接有內(nèi)筒裙(2-2)和外筒裙(2-3)，所述內(nèi)筒裙(2-2)和外筒裙(2-3)均位于頂封板(2-1)下方，且兩者軸線重合并垂直于頂封板(2-1)所在平面，形成上端封閉、下端敞口的結(jié)構(gòu)，所述頂封板(2-1)上開設(shè)有通氣孔(2-4 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述頂封板(2-1)、內(nèi)筒裙(2-2)和外筒裙(2-3)合圍形成一橫截面呈圓環(huán)形的艙體，該艙體內(nèi)沿徑向均勻布置一組肋板(2-5)，將該艙體分隔成若干橫截面呈扇環(huán)狀的分艙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述通氣孔(2-4)與各分艙--對應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述外筒裙(2-3 )的外側(cè)沿徑向均勻設(shè)置一組翼板(2-6 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述內(nèi)筒裙(2-2)上端或下端一體加工有用于施工導(dǎo)向的延伸段(2-7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述內(nèi)筒裙(2-2)的內(nèi)徑比基樁(I)外徑大100-500mm。
7.—種權(quán)利要求1所述單樁基礎(chǔ)的施工方法，其特征在于步驟如下: a、將筒形結(jié)構(gòu)(2)敞口端向下，封閉通氣孔(2-4)后浮運(yùn)至指定位置，并將其沉貫入泥至設(shè)計(jì)深度； b、將基樁(I)底端插入內(nèi)筒裙(2-2)內(nèi)，并進(jìn)行沉樁作業(yè)至設(shè)計(jì)深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，其特征在于:進(jìn)行筒形結(jié)構(gòu)(2)的沉貫時(shí)，通過頂封板(2-1)上的通氣孔(2-4)將筒形結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)部的空氣、水及泥漿抽出，形成筒形結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)外的壓力差，利用該壓力差使筒形結(jié)構(gòu)(2)下沉。
9.一種權(quán)利要求1所述單樁基礎(chǔ)的施工方法，其特征在于步驟如下: a、進(jìn)行基樁(1)沉樁作業(yè)至設(shè)計(jì)深度； b、將筒形結(jié)構(gòu)(2)敞口端向下，封閉通氣孔(2-4)后浮運(yùn)至指定位置，將其吊起后從基樁(I)頂部套入，最后將其沉貫入泥至設(shè)計(jì)深度即可。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，其特征在于:進(jìn)行筒形結(jié)構(gòu)(2)的沉貫時(shí)，通過頂封板(2-1)上的通氣孔(2-4)將筒形結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)部的空氣、水及泥漿抽出，形成筒形結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)外的壓力差，利用該壓力差使筒形結(jié)構(gòu)(2)下沉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)及其施工方法。本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)及其施工方法，旨在提高對于近地表淺層土樁周土抗力的利用率，改善大直徑單樁的水平承載性能，提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案是海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)，包括基樁，其特征在于所述基樁外同軸套有一沉貫于海床上的筒形結(jié)構(gòu)；所述筒形結(jié)構(gòu)包括一圓環(huán)形頂封板，該頂封板的內(nèi)外圓上分別連接有內(nèi)筒裙和外筒裙，所述內(nèi)筒裙和外筒裙均位于頂封板下方，且兩者軸線重合并垂直于頂封板所在平面，所述頂封板上開設(shè)有通氣孔。本發(fā)明適用于海上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)。
文檔編號E02D27/12GK103205980SQ201310144668
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者李煒, 周永, 趙生校, 王淡善 申請人:中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院