用于海上风电的复合桩基础及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于海上风电的复合桩基础，包括至少三根复合桩（10）、多脚架（19），每根复合桩（10）分为上段桩（11）和下段桩（12），上段桩（11）为钢管桩或至少部分外包钢管的预应力砼管桩，下段桩（12）为预应力砼管桩，多脚架（19）上设置有与上段桩（11）数量相对应的钢脚筒（20），每根上段桩（11）穿过一个钢脚筒并与钢脚筒相固定。本发明还公开了一种用于海上风电的复合桩基础的施工方法。本发明与普通大直径钢管桩相比，结构更合理，桩基的可选择性更大，能充分发挥钢管桩和预应力砼管桩各自的优点，节约钢材，同时桩基的施工设备要求低、可选择性更广，海上施工的难度小，总体经济性更好。
【专利说明】用于海上风电的复合粧基础及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋工程基础的【技术领域】，具体涉及一种用于海上风电的复合桩基础及其施工方法。
【背景技术】
[0002]海上工程因在海上施工，工况较恶劣，具有可施工时间短，施工难度大，受天气海况等自然条件影响巨大等特点。
[0003]目前，钢管桩是海洋工程特别是海上风电工程中常用的基础结构类型之一，具有结构简单、受力明确、制作方便、抗压、抗拉、抗弯性能好、沉桩施工速度快等优点，适用于软土层较厚的工程区域。但钢管桩存在以下不足之处:钢材用量多，造价高，单根桩的直径大，重量大，施工设备要求高，施工费用高；此外由于桩基在泥面以下所受弯矩逐渐减小，在一定深度以后钢管桩的抗弯富余量逐渐增大，因此采用整根钢管桩基础显得比较浪费。预应力砼管桩在港口工程应用广泛，可工厂加工，成桩质量高，抗压性能好，造价低，但因其最大直径目前只能达到1.5米，其抗拉、抗施打、抗弯能力稍差而暂时未能用于海上风电工程中。
[0004]上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种用于海上风电的复合桩基础及其施工方法，其钢材用量少、对施工设备要求低、施工便利、总体经济性好。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案实现:
提供一种用于海上风电的复合桩基础，包括至少三根复合桩、多脚架，每根复合桩分为上段桩和下段桩，所述上段桩为钢管桩或至少部分外包钢管的预应力砼管桩，下段桩为预应力砼管桩，所述多脚架上设置有与上段桩数量相对应的钢脚筒，每根上段桩穿过一个钢脚筒并与钢脚筒相固定。
[0007]其中，所述钢脚筒与上段桩之间形成环形空间，在环形空间内灌注砂浆。
[0008]其中，所述上段桩为钢管桩，钢管桩外壁上设置有与砂浆配合的剪力键。
[0009]其中，所述上段桩为钢管桩，所述上段桩的下端和下段桩的上端通过法兰盘固定连接。
[0010]其中，所述上段桩为全段外包钢管的预应力砼管桩，所述上段桩中的预应力砼管桩和下段桩为一体结构。
[0011]其中，所述上段桩的外包钢管上设置有与砂浆配合的剪力键。
[0012]其中，所述每根复合桩由成组的两根以上的子桩构成。
[0013]其中，所述预应力砼管桩的内腔全部或部分设有预埋内镶钢管。
[0014]一种用于海上风电的复合桩基础的施工方法，包括如下步骤:
51、在工厂加工制作复合桩和带有钢脚筒的多脚架，每根复合桩自桩顶至泥面以下一定范围以上为上段桩，其下的为下段桩，所述上段桩为钢管桩或至少部分外包钢管的预应力砼管桩，下段桩为预应力砼管桩；
52、对海底进行整平，利用起重船沉放多脚架，采取措施预防下沉，并使多脚架的顶层高出施工水位；
53、利用多脚架的顶层作为桩基施工平台，并利用钢脚筒作为定位和导向装置进行复合桩的沉桩施工；
54、利用复合桩为支点，调平多脚架的位置并把复合桩与多脚架临时固定；
55、在钢脚筒和复合桩之间形成的环形空间灌注砂浆，使复合桩和多脚架固定连接；
56、在多脚架的顶部安装海上风电基础的上部结构。
[0015]其中，在S3步骤后，还对复合桩进行质量检测，若复合桩身质量检测有缺陷，在复合桩内腔进行灌注桩施工加强或补救。
[0016]本发明的有益效果:通过用钢管桩代替部分预应力砼管桩，或在部分预应力砼管桩外侧包裹钢管，增强桩基的局部抗拉及抗弯性能，能充分发挥预应力砼管桩抗压性能好，同时克服其抗拉、抗弯性较差的缺点，从而提高预应力砼管桩的应用范围。使用该复合桩基，当上段桩采用钢管桩、下段桩采用预应力砼管桩方案时，可充分发挥钢管桩和预应力砼管桩各自的优点，节约钢材，节省投资；当上段桩采用带钢管外包裹的预应力砼管桩的复合结构时，可增大局部预应力砼管桩的抗拉和抗弯性能，更能节省钢材。本发明与普通大直径钢管桩相比，结构更合理，桩基的可选择性更大，能充分发挥钢管桩和预应力砼管桩各自的优点，节约钢材，同时桩基的施工设备要求低、可选择性更广，海上施工的难度小，总体经济性更好，在海洋工程中具有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0018]图1是用于海上风电的复合桩基础的结构示意图。
[0019]图2为图1中A-A截面示意图。
[0020]图3为图1中B-B截面示意图。
[0021]图4是采用一组双桩的复合桩的结构示意图。
[0022]图5为上段桩为钢管桩时图4中的C-C截面示意图。
[0023]图6为图4中D-D截面示意图。
[0024]图7为上段桩为钢管桩的结构示意图。
[0025]图8为上段桩为钢管桩时与下段桩的连接结构示意图。
[0026]图9为上段桩为外包钢管的预应力砼管桩时图4中的C-C截面示意图。
[0027]图10为上段桩为外包钢管的预应力砼管桩的结构示意图。
[0028]图11为上段桩为外包钢管的预应力砼管桩时与下段桩的连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0030]本发明的核心在于提供一种用于海上风电的复合桩基础及其施工方法，其结构合理、选材更广、施工设备要求低、总体经济性好。
[0031]如图1至图11所示，用于海上风电的复合桩基础，包括至少三根复合桩10、多脚架19，图中的复合桩10数量为四根，多脚架19上层用于固定风机塔筒。每根复合桩10自桩顶至泥面以下一定范围以上为上段桩11，其下的为下段桩12。所述多脚架19上设置有与上段桩11数量相对应的钢脚筒20，每根上段桩11穿过一个钢脚筒20并与钢脚筒20相固定。
[0032]作为优选的实施方式，所述钢脚筒20与上段桩11之间形成环形空间，在环形空间内灌注高强度砂浆18，钢脚筒20与上段桩11之间通过砂浆18固定连接。通过砂浆18进行复合桩10和多脚架19的连接，施工方便，连接牢固。
[0033]作为优选的实施方式，所述预应力砼管桩的内腔全部或部分设有预埋内镶钢管，这样，可增大预应力砼管桩的抗拉和抗弯性能。
[0034]作为优选的实施方式，所述每根复合桩10由成组的两根以上的子桩构成，两根以上较小直径的子桩组成一根复合桩10，其加工制造较为简单，可节省成本。
[0035]作为一种实施方式，如图4至8所示，所述上段桩11为钢管桩，下段桩12为预应力砼管桩。所述上段桩11外壁上设置有与砂浆18配合的剪力键17，这样可使复合桩10、砂浆18、钢脚筒20的连接更牢固。所述上段桩11的下端和下段桩12的上端通过法兰盘21固定连接。上段桩11和下段桩12通过法兰盘21连接，其装配方便，连接稳固。本实施例的上段桩采用钢管桩、下段桩采用预应力砼管桩，可充分发挥钢管桩和预应力砼管桩各自的优点，节约钢材，节省投资。
[0036]作为另一种实施方式，如图4、9至11所示，所述上段桩11为外包钢管Ila的预应力砼管桩11b，预应力砼管桩和下段桩为一体结构。预应力砼管桩Ilb优选为全段外包钢管Ila,当然也可以部分段外包钢管11a，例如仅与钢脚筒20连接的部位外包钢管11a，这样可增加与钢脚筒20连接部位的抗拉和抗弯性能。在制作时，上段桩11和下段桩12预应力砼管桩一体浇筑成型，浇筑的同时在上段套上外包钢管即可。与上一实施方式相似的是，外包钢管I Ia外壁上设置有与砂浆18配合的剪力键17，这样可使复合桩10、砂浆18、钢脚筒20的连接更牢固。本实施例的上段桩采用带钢管外包裹的预应力砼管桩的复合结构，可增大局部预应力砼管桩的抗拉和抗弯性能，更能节省钢材。
[0037]综上，本发明与普通大直径钢管桩相比，结构更合理，桩基的可选择性更大，能充分发挥钢管桩和预应力砼管桩各自的优点，节约钢材，同时桩基的施工设备要求低、可选择性更广，海上施工的难度小，总体经济性更好，在海洋工程中具有广泛的应用前景。
[0038]为了实施如图1至11所示的用于海上风电的复合桩基础，本发明实施例还提供了一种施工方法，包括如下步骤:
S1、在工厂加工制作复合桩10和带有钢脚筒20的多脚架19，每根复合桩10自桩顶至泥面以下一定范围以上为上段桩11，其下的为下段桩12，所述上段桩11为钢管桩或至少部分外包钢管的预应力砼管桩，下段桩12为预应力砼管桩；
52、对海底进行整平，利用起重船沉放多脚架19，采取措施预防下沉，并使多脚架19的顶层高出施工水位；
53、利用多脚架19的顶层作为桩基施工平台，并利用钢脚筒20作为定位和导向装置进行复合桩10的沉桩施工；
54、利用复合桩10为支点，精确调平多脚架19的位置并把复合桩10与多脚架19临时固定；
55、在钢脚筒20和复合桩10之间形成的环形空间灌注砂浆18，使复合桩10和多脚架19固定连接；
56、在多脚架19的顶部安装海上风电基础的上部结构。
[0039]其中，在S3步骤后，还可以对复合桩进行质量检测，若复合桩身质量检测有缺陷，在复合桩10内腔进行灌注桩施工加强或补救。
[0040]上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0041]总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于海上风电的复合桩基础，其特征在于:包括至少三根复合桩(10)、多脚架(19)，每根复合桩(10)分为上段桩(11)和下段桩(12)，所述上段桩(11)为钢管桩或至少部分外包钢管的预应力砼管桩，下段桩(12)为预应力砼管桩，所述多脚架(19)上设置有与上段桩(11)数量相对应的钢脚筒(20 )，每根上段桩(11)穿过一个钢脚筒(20 )并与钢脚筒(20)相固定。
2.根据权利要求1所述的用于海上风电的复合桩基础，其特征在于:所述钢脚筒(20)与上段桩(11)之间形成环形空间，在环形空间内灌注砂浆(18)。
3.根据权利要求2所述的用于海上风电的复合桩基础，其特征在于:所述上段桩(11)为钢管桩，钢管桩外壁上设置有与砂浆(18)配合的剪力键(17)。
4.根据权利要求1所述的用于海上风电的复合桩基础，其特征在于:所述上段桩(11)为钢管桩，所述上段桩(11)的下端和下段桩(12)的上端通过法兰盘(21)固定连接。
5.根据权利要求2所述的用于海上风电的复合桩基础，其特征在于:所述上段桩(11)为全段外包钢管的预应力砼管桩，所述上段桩(11)中的预应力砼管桩和下段桩(12)为一体结构。
6.根据权利要求5所述的用于海上风电的复合桩基础，其特征在于:所述上段桩(11)的外包钢管上设置有与砂浆(18)配合的剪力键(17)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于海上风电的复合桩基础，其特征在于:所述每根复合桩(10)由成组的两根以上的子桩构成。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的用于海上风电的复合桩基础，其特征在于:所述预应力砼管桩的内腔全部或部分设有预埋内镶钢管。
9.一种用于海上风电的复合桩基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、在工厂加工制作复合桩(10)和带有钢脚筒(20)的多脚架(19)，每根复合桩(10)分为上段桩(11)和下段桩(12)，所述上段桩(11)为钢管桩或至少部分外包钢管的预应力砼管桩，下段桩(12)为预应力砼管桩； 52、对海底进行整平，利用起重船沉放多脚架(19)，采取措施预防下沉，并使多脚架(19)的顶层高出施工水位； 53、利用多脚架(19)的顶层作为桩基施工平台，并利用钢脚筒(20)作为定位和导向装置进行复合桩(10)的沉桩施工； 54、利用复合桩(10)为支点，调平多脚架(19)的位置并把复合桩(10)与多脚架(19)临时固定； 55、在钢脚筒(20)和复合桩(10)之间形成的环形空间灌注砂浆(18)，使复合桩(10)和多脚架(19)固定连接； 56、在多脚架(19)的顶部安装海上风电基础的上部结构。
10.根据权利要求9所述的用于海上风电的复合桩基的施工方法，其特征在于:在S3步骤后，还对复合桩进行质量检测，若复合桩身质量检测有缺陷，在复合桩(10)内腔进行灌注桩施工加强或补救。
【文档编号】E02D27/52GK104179190SQ201410449787
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】熊翱, 张锐, 温文峰, 尤毅 申请人:熊翱