一种钢管桩结构及导管架基础施工工艺的制作方法

本发明涉及钢管桩技术领域，具体涉及一种钢管桩结构及导管架基础施工工艺。

背景技术：

海上风电工程中，导管架基础是一种常见的风机基础型式。如附图1所述，导管架基础采用三根或三根以上的钢管桩打入海底，导管架1与钢管桩本体2之间通过灌浆连接形成整体。因此，钢管桩本体2打入后，需保证桩顶内侧有一段留空的灌浆段3，以便放入导管架支腿4，并进行灌浆连接。

现有的导管架基础通常采用水下清桩的施工工艺，清除桩顶段内侧的海泥，以留出与导管架灌浆连接的空白段，如附图2所示。可采用水下人工清桩或者水下机器人清桩。钢管桩按照设计要求打入到设计标高后，潜水员或者水下机器人携带清桩设备潜入海底，利用高压水枪等冲洗桩顶段内侧，将桩内的泥土和海生物冲出，清空泥土后放入导管架再进行灌浆连接。这种施工工艺的缺点在于：(1)水下施工难度大，清除困难，不确定性较多，清桩效果难以保证，灌浆段3的海泥采用人工清桩很难清除干净；(2)水下清桩需配置潜水员或者水下机器人，需额外投入人力物力，增加了施工成本；(3)在水深较深的海域，潜水员潜入海底的安全风险较高，容易出现安全事故。因此，水下清桩一直是工程人员难以解决的难题。

另有一种施工工艺是采用在泥面以上灌浆的方案，即钢管桩在加工制造的时候多造一段长度，打入后在泥面以上预留可用于灌浆连接的长度，放入导管架后在泥面以上完成灌浆工艺，如附图3所示。此技术方案避免了水下清桩施工。但是这种施工工艺的缺点在于：(1)制作钢管桩的长度较长，增加了钢管桩的制造成本；(2)钢管桩伸出泥面的长度较长，对主体结构安全不利，并增加海缆安装难度和运行风险；(3)经过计算表明，采用此技术方案，钢管桩和导管架的构件强度均需显著加强，导管架构件截面需加大，钢管桩壁厚需加大，用钢量需增加20％以上，增加了结构成本。

因此，需要设计一种新的钢管桩结构及导管架基础施工工艺以解决导管架基础的施工难问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钢管桩结构及导管架基础施工工艺，能降低海上导管架基础的施工风险，保证结构安全，降低工程造价。

为实现上述目的，本发明所提供的一种钢管桩结构，其包括钢管桩本体，所述钢管桩本体的内部设有隔离板，所述隔离板垂直于所述钢管桩本体的轴向设置，所述隔离板将所述钢管桩本体分隔成彼此隔绝的灌浆段和入泥段；所述钢管桩本体的侧壁于所述灌浆段处开设有若干个桩体开孔。

优选地，所述桩体开孔沿所述钢管桩本体的径向均匀分布。

优选地，所述桩体开孔靠近所述隔离板设置。

优选地，所述桩体开孔沿所述钢管桩本体的径向和轴向均匀分布。

优选地，所述隔离板与所述钢管桩本体之间设有加劲肋板。

优选地，所述加劲肋板设置于所述灌浆段内、所述隔离板之上，所述加劲肋板的底部与所述隔离板的上表面固定连接，所述加劲肋板的侧部与所述钢管桩本体的内侧壁固定连接。

优选地，所述加劲肋板呈格栅状。

优选地，所述加劲肋板呈中心对称结构。

优选地，所述钢管桩本体与所述隔离板之间为焊接连接，所述加劲肋板与所述钢管桩本体、所述隔离板之间均为焊接连接。

本发明还公开了一种上述钢管桩结构的导管架基础施工工艺，其步骤包括：

(1)施打所述钢管桩本体至预设的桩顶标高，使所述钢管桩本体的灌浆段处于泥面线之下；

(2)利用起吊设备吊起导管架并下放，使导管架支腿伸入至所述钢管桩本体的灌浆段直至所述导管架支腿抵在所述隔离板上；

(3)向所述钢管桩本体的灌浆段内浇注混凝土。

上述技术方案所提供的一种钢管桩结构及导管架基础施工工艺，与现有技术相比，其有益技术效果包括：本发明的钢管桩结构施工时可在桩顶根据需要预留出供灌浆连接的空心灌浆段，避免了水下清桩施工，解决了传统海上钢管桩施工需要利用潜水员或水下机器人水下清桩的难题，能够在一定程度上节省工程造价和缩短工期，减少了施工工序，降低了海上施工的风险；同时保障了灌浆段位于泥面以下，与泥面上灌浆的技术方案相比，有利于结构安全，降低了工程造价，减少了钢材的用钢量。本发明的结构型式适用于需要进行水下灌浆的钢管桩工程，在海上风电工程中具有较好的适用性。

附图说明

图1是现有导管架基础的结构示意图；

图2是现有技术的一种钢管桩结构的应用示意图；

图3是现有技术的另一种钢管桩结构的应用示意图；

图4是本发明实施例的钢管桩结构的结构示意图；

图5是本发明实施例的钢管桩结构的俯视图。

其中，1-导管架，2-钢管桩本体，3-灌浆段，4-导管架支腿，5-泥面线，6-隔离板，7-入泥段，8-桩体开孔，9-加劲肋板，10-桩顶标高。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参阅附图4，本发明所提供的一种钢管桩结构，其包括钢管桩本体2，所述钢管桩本体2的内部设有隔离板6，所述隔离板6垂直于所述钢管桩本体2的轴向设置，所述隔离板6将所述钢管桩本体2分隔成彼此隔绝的灌浆段3和入泥段7；所述钢管桩本体2的侧壁于所述灌浆段3处开设有若干个桩体开孔8。

基于上述技术特征的钢管桩结构可应用于海上工程。所述隔离板6位于所述灌浆段3的底部，所述隔离板6的面积与钢管桩本体2的管内面积相同，将钢管桩本体2隔离成上下两个部分，保证钢管桩打入过程中，上部的所述灌浆段3没有泥沙进入。所述桩体开孔8用于在钢管桩打入过程中排出被所述隔离板6挤压的水体和土体。通过上述结构，可在钢管桩桩顶根据需要预留出供灌浆连接的空心灌浆段，避免了水下清桩施工，解决了传统海上钢管桩施工需要利用潜水员或水下机器人水下清桩的难题，能够在一定程度上节省工程造价和缩短工期，减少了施工工序，降低了海上施工的风险；同时保障了灌浆段位于泥面线以下，与泥面线上灌浆的技术方案相比，更有利于结构安全，降低了工程造价，减少了钢材的用钢量。本发明的结构型式适用于需要进行水下灌浆的钢管桩工程，在海上风电工程中具有较好的适用性。

在本实施例中，所述钢管桩本体2为开口型打入钢管桩，其长度、壁厚等根据设计要求确定。所述灌浆段3位于所述钢管桩本体2的上部，所述入泥段7位于所述钢管桩本体2的下部。所述灌浆段3的长度需满足灌浆需要。

所述隔离板6可采用钢板。

所述桩体开孔8用于在钢管桩打入过程中排出被所述隔离板6挤压的水体和土体，以防止所述入泥段7内的压力过大，使得钢管桩能够顺利打入。桩体开孔的数量和位置可根据设计要求采用等距布置或不等距布置。

在本发明的一种实施例中，所述桩体开孔8沿所述钢管桩本体2的径向均匀分布。所述桩体开孔8设于所述隔离板6下方且靠近所述隔离板6设置，以减少入泥段7内的水和泥沙对所述隔离板6的挤压。

在本发明的另一种实施例中，所述桩体开孔8沿所述钢管桩本体2的径向和轴向均匀分布。

进一步地，所述隔离板6与所述钢管桩本体2之间设有用于加强所述隔离板6的强度的加强结构，以避免在打入钢管桩过程中所述隔离板6被破坏。优选地，所述加强结构可为加劲肋板9。所述加强结构还可采用其他增强所述隔离板6强度的结构型式。

进一步地，所述加劲肋板9设置于所述灌浆段3内、所述隔离板6之上，所述加劲肋板9的底部与所述隔离板6的上表面固定连接，所述加劲肋板9的侧部与所述钢管桩本体2的内侧壁固定连接，从而增强所述隔离板6与所述钢管桩本体2之间的连接。

请参阅附图5，所述加劲肋板9呈格栅状。为了所述加劲肋板9的受力均匀，所述加劲肋板9呈中心对称结构。

进一步地，所述钢管桩本体2与所述隔离板6之间为焊接连接，所述加劲肋板9与所述钢管桩本体2、所述隔离板6之间均为焊接连接。

本发明还公开了一种上述钢管桩结构的导管架基础施工工艺，其步骤包括：

(1)施打所述钢管桩本体2至预设的桩顶标高10，使所述钢管桩本体2的灌浆段3处于泥面线5之下；

(2)利用起吊设备吊起导管架1并下放，使所述导管架支腿4伸入至所述钢管桩本体2的灌浆段3直至所述导管架支腿抵在所述隔离板6上；

(3)向所述钢管桩本体2的灌浆段3内浇注混凝土，使所述导管架支腿4的外壁与所述钢管桩本体2的内壁之间浇注混凝土连接。

本发明的导管架基础施工工艺可应用于海上工程，避免了水下清桩施工，解决了传统海上钢管桩施工需要利用潜水员或水下机器人水下清桩的难题，节省了施工成本和缩短工期，减少了施工工序，降低了海上施工的风险；同时保障了灌浆段位于泥面线以下，与泥面线上灌浆的技术方案相比，更有利于结构安全，降低了工程造价，减少了钢材的用钢量。本发明的导管架基础施工工艺适用于需要进行水下灌浆的钢管桩工程，在海上风电工程中具有较好的适用性。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。