带悬臂结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构的制作方法

本实用新型涉及一种风电场风机单桩基础试桩支撑结构，特别是涉及一种带悬臂结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构。

背景技术：

如今全球的能源危机越来越严重，尤其是作为主要能源的煤和石油，不仅资源有限，不可再生，而且还会对环境造成严重污染。近年来温室效应、全球变暖已成为全球瞩目的环境危机，因此，清洁绿色能源必然成为未来趋势，而风能就是其中之一。我国幅员辽阔，海岸线长，海上风能资源十分丰富。海上风电场具有风速大、有效发电时间长、不占用陆地、距离负荷中心近等优点，具有很好的可开发前景。

单桩基础是海上风电的最主要的基础型式。在欧洲单桩基础占比达70％以上。在国内单桩基础所占比例也不断提升。单桩基础的钢管桩直径通常在4～7m之间。单桩基础由单个钢管桩构成，钢管桩安装在海床下30～60m的地方。单桩基础因为成本低、施工方便而在国外获得了广泛应用。

然而，对于单桩基础，实践远远走在了理论的前边。大直径单桩的理论与传统桩基存在较大差异。迫切需要更新桩基理论以适应大直径单桩基础的发展。而理论的发展需要实测数据的支持。目前国内外尚未见直接使用大直径单桩试桩的实例。另外传统的试桩方法有竖向承载力试验和水平承载力试验。竖向承载力试验主要承受竖向压力或拔力作用，测试桩基承载力或桩基分层侧阻力。水平承载力主要承受水平力作用，主要测试桩身位移与桩侧土抗力的关系。水平试桩虽然也产生一定的弯矩，但是由于海上作业难以提供较大的水平抗力，提供的弯矩数值有限。而风机基础尤其是大直径单桩基础主要承受大倾覆弯矩作用，其弯矩数值远大于通常的水平试桩产生的弯矩。这两种试验方法的桩基承载性状同单桩基础承受的大倾覆弯矩承载性状存在较大差异。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种带悬臂结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构，能够实现对单桩基础加载大倾覆弯矩进行试桩。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种带悬臂结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构，包括分别竖直插入海底的试验桩和支撑桩，所述支撑桩设有至少一根，所述支撑桩上方设有一纵梁；还包括一悬臂梁，所述悬臂梁的第一端与所述试验桩的顶部相连接，第二端位于所述纵梁的上方，所述纵梁上设有顶升装置，所述顶升装置位于所述悬臂梁和所述纵梁之间。

优选地，所述支撑桩设有两根或多根，所有的所述支撑桩并排排列，并分别与所述纵梁相连接。

优选地，所述顶升装置为千斤顶。

优选地，所述悬臂梁通过焊接或法兰连接在所述试验桩的顶部。

如上所述，本实用新型涉及的带悬臂结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构，具有以下有益效果：使用本实用新型方法进行单桩基础试桩，可以克服传统试桩方法的局限，通过在悬臂梁的一端竖向加载，实现了施加大倾覆弯矩对单桩基础进行试桩并量测桩基水平位移和土抗力的关系，使单桩基础试桩更贴合单桩基础的承载性状。本实用新型尤其适用于浅覆盖层地区试桩。由于支撑桩处于受压状态，支撑桩底部支撑在基岩顶面可以提供远远大于常规水平试桩的反力，从而在悬臂梁的另一侧提供与风机基础类似的大倾覆弯矩。

附图说明

图1本实用新型带悬臂结构的海上风电场风机单桩基础的试桩支撑结构示意图。

图2为图1的俯视图。

元件标号说明

1 试验桩

2 支撑桩

3 纵梁

4 悬臂梁

5 顶升装置

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

传统单桩一般都采用打桩锤沉入土层，对于沿海存在大面积浅覆盖层地基，传统的单桩基础试桩施工方法受到较大限制。如图1和图2所示，本实用新型提供一种带悬臂结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构，尤其适用于浅覆盖层地区试桩，包括分别竖直插入海底的试验桩1和支撑桩2，所述支撑桩2设有一根、两根或者多根，所述支撑桩2上方设有一纵梁3；还包括一悬臂梁4，所述悬臂梁4为横向布置的梁，所述悬臂梁4的第一端41与所述试验桩1的顶部相连接，第二端42位于所述纵梁3的上方，所述纵梁3上设有顶升装置5，所述顶升装置5位于所述悬臂梁4和所述纵梁3之间，所述顶升装置5给悬臂梁4提供向上的推力，所述支撑桩2给悬臂梁4提供竖向的反作用力，使支撑桩2试验时处于受压状态。本实用新型中通过顶升装置5向上提供推力，所述悬臂梁4受到向上的作用力，由于悬臂梁4的一端固定连接在所述试验桩1的顶部，从而实现了顶升装置5通过悬臂梁4对试验桩1提供弯矩。本实用新型通过竖向加载的方法实现了水平承载力试验的功能，实现了对单桩基础施加大倾覆弯矩。

如图1和图2所示，当所述支撑桩2设有一根时，所述支撑桩2位于所述悬臂梁4的第二端42正下方，当所述支撑桩2设有偶数根时，所述支撑桩2对称分布在所述悬臂梁4的两侧，当所述支撑桩2设有奇数根时，其中一根支撑桩2位于所述悬臂梁4的第二端42正下方，其余所有的所述支撑桩2对称分布在所述悬臂梁4的两侧，所述支撑桩2设有多根时可根据实际情况进行布置，所述支撑桩2设有超过一根时，所有的所述支撑桩2并排排列，并分别与所述纵梁3相连接，采用两根或多根支撑桩2可以使试桩更贴合单桩基础的工作性状。优选地，所述悬臂梁4的另一端位于所述纵梁3中间位置的正上方。优选地，所述顶升装置5为千斤顶。优选地，所述悬臂梁4通过焊接或法兰连接在所述试验桩1的顶部，使所述悬臂梁4和所述试验桩1连接更可靠。

如图1和图2所示，本实用新型还提供带悬臂结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构的施工方法，包括如下步骤：

S1、使用打桩锤进行试验桩1沉桩施工，使得所述试验桩1竖直插入海底；

S2、使用打桩锤进行支撑桩2沉桩施工，使得所述支撑桩2竖直插入海底；

S3、在支撑桩2的上方架设纵梁3，使得支撑桩2和纵梁3相连接；

S4、架设悬臂梁4，使得悬臂梁4的一端固定连接在所述试验桩1的顶部，另一端位于所述纵梁3的上方；

S5、在所述悬臂梁4和所述纵梁3之间放置顶升装置5。

优选地，步骤S2中，当支撑桩2设有两个或多个时，依次对不同的支撑桩2进行沉桩施工，并使其并排排列，直至所有的支撑桩2完成沉桩施工。优选地，步骤S3中，依次将不同的支撑桩2和纵梁3相连接，直至所有的支撑桩2与纵梁3相连接。

以下提供一种本实用新型试桩方法的实施例：

S1、启动顶升装置5，对悬臂梁4进行多次加载，每次加载力相同，同时记录每次加载过程中试验桩1的桩身转角和桩身应变量，直至到达试验桩1的极限弯矩，维持顶升装置5油压。以试验桩1上部传来的极限弯矩为160000kN·m为例，通过16m悬臂梁4对试验桩1进行加载，则需要提供10000kN的竖向力，在本实施例中可以将顶升装置5对悬臂梁的加载力平均分为10次加载，每步加载1000kN。

S2、对顶升装置5卸载，将顶升装置5对悬臂梁的加载力平均分为多次进行卸载，同时记录每次卸载过程中试验桩1的桩身转角和桩身应变量，直至顶升装置5对悬臂梁的加载力完全卸载，关闭顶升装置5，在本实施例中可以将顶升装置5对悬臂梁的加载力平均分为5次卸载，每步加载2000kN。

S3、根据加载过程试验桩1的桩身转角与桩身应变量计算试验桩1的桩身变位与土对试验桩1的反作用力的关系；根据卸载过程试验桩1的桩身转角与桩身应变量计算试验桩1的桩身变位与土对试验桩1的反作用力的关系。

综上所述，本实用新型带悬臂结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构，突破了传统桩基轴向承载力和水平承载力的限制，通过竖向加载实现了对风机基础施加大倾覆弯矩，能准确反映单桩基础承载的性状。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。