带扁担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，特别是涉及一种带扁担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位移的关系。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加载抗力，从而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扁担结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构，突破传统轴向承载力试验和水平承载力试验的限制，可以实现对风机基础施加大倾覆弯矩。

为实现上述目的，本实用新型提供一种带扁担结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构，包括竖直插入海底的试验桩、第一支撑桩和第二支撑桩，所述第一支撑桩和第二支撑桩分别位于所述试验桩的左右两侧；所述第一支撑桩的上方固设有第一纵梁，所述第二支撑桩的上方固设有第二纵梁；所述试验桩的上方固设有一扁担梁，所述扁担梁的第一端位于所述第一纵梁下方，所述扁担梁的第二端位于所述第二纵梁的上方，所述扁担梁上设有第一顶升装置，所述第一顶升装置位于所述扁担梁和所述第一纵梁之间，所述第二纵梁上设有第二顶升装置，所述第二顶升装置位于所述扁担梁和所述第二纵梁之间。

优选地，所述第一支撑桩设有两根或多根，对称分布在所述扁担梁的两侧。

优选地，所述第二支撑桩设有两根或多根，所有的所述第二支撑桩并排排列，并分别与所述第二纵梁连接。

优选地，所述第一顶升装置和第二顶升装置均为千斤顶。

优选地，所述扁担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扁担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，利用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水平位移与水平土抗力的关系，使单桩基础试桩更贴合单桩基础的承载性状。采用扁担结构并在扁担梁两头分别施加上推力和下推力尤其实用于厚覆盖层地区试桩，由于第二支撑桩处于受压状态，第一支撑桩处于受拉状态，通过第一支撑桩和第二支撑桩提供的反力在扁担梁的两端分别提供压力和拔力，从而为单桩提供试验弯矩。本实用新型还解决了水平承载力试验反力较小不能提供较大弯矩的缺陷，使试桩更符合单桩基础的工作性状。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

元件标号说明

10 试验桩

20 第一支撑桩

21 第一纵梁

22 第一顶升装置

30 第二支撑桩

31 第二纵梁

32 第二顶升装置

40 扁担梁

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。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种带扁担结构的海上风电场风机单桩基础试桩支撑结构，包括竖直插入海底的试验桩10、第一支撑桩20和第二支撑桩30，所述第一支撑桩20和第二支撑桩30分别位于所述试验桩10的左右两侧。所述第一支撑桩20的上方固设有第一纵梁21，所述第二支撑桩30的上方固设有第二纵梁31。所述试验桩10的上方固设有一扁担梁40，所述扁担梁40的第一端41位于所述第一纵梁21下方，所述扁担梁40的第二端42位于所述第二纵梁31的上方。所述扁担梁40上设有第一顶升装置22，所述第一顶升装置22位于所述扁担梁40和所述第一纵梁21之间，所述第一顶升装置22给所述扁担梁40施加向下的推力，所述第一纵梁21受到所述第一顶升装置22提供向上的反作用力，使得所述第一支撑桩20处于受拉状态；所述第二纵梁31上设有第二顶升装置32，所述第二顶升装置32位于所述扁担梁40和所述第二纵梁31之间，所述第二顶升装置32给所述扁担梁40提供向上的推力，所述第二纵梁31受到所述第二顶升装置32提供向下的反作用力，使得所述第二支撑桩30处于受压状态。本实用新型通过第一支撑桩20和第二支撑桩30提供的反力在扁担梁40的两端分别提供压力和拔力，从而为试验桩10提供试验弯矩。

如图1和图2所示，优选地，所述第一支撑桩20设有一根、两根或多根，对称分布在所述扁担梁40的两侧，例如所述第一支撑桩20设有两根时，两根所述第一支撑桩20对称分布在所述扁担梁40的两侧。优选地，所述第二支撑桩30设有一根、两根或者多根，当所述第二支撑桩30设有一根时，所述第二支撑桩30位于所述扁担梁40的第二端42的正下方，当第二支撑桩30设有偶数根，对称分布在所述扁担梁40的两侧；当第二支撑桩30设有奇数根时，其中一根所述第二支撑桩30位于所述扁担梁40的第二端42的正下方，其余所有的第二支撑桩30对称分布在所述扁担梁40的两侧。优选地，所述第一顶升装置22和第二顶升装置32均为千斤顶。优选地，所述扁担梁40通过焊接或法兰连接在所述试验桩10的顶部，使所述扁担梁40和所述试验桩10的连接更可靠。

如图1和图2所示，本实用新型还提供一种带扁担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，包括以下步骤：

S1、使用打桩锤进行试验桩10沉桩施工，使得所述试验桩10竖直插入海底；

S2、使用打桩锤进行第一支撑桩20沉桩施工，使得所述第一支撑桩20竖直插入海底；使用打桩锤进行第二支撑桩30沉桩施工，使得所述第二支撑桩30竖直插入海底；

S3、在第一支撑桩20的上方架设第一纵梁21，使得第一支撑桩20和第一纵梁21相连接；在第二支撑桩30的上方架设第二纵梁31，使得第二支撑桩30和第二纵梁31相连接；

S4、架设扁担梁40，使得扁担梁40固定连接在所述试验桩的顶部，第一端位于所述第一纵梁21的下方，第二端位于所述第二纵梁31的上方；

S5、在所述扁担梁40和所述第一纵梁21之间放置第一顶升装置22，在所述扁担梁40和所述第二纵梁31之间放置第二顶升装置32。

优选地，步骤S2中，依次对不同的第一支撑桩20进行沉桩施工，并使其对称分布在所述扁担梁40的两侧；依次对不同的第二支撑桩30进行沉桩施工，并使其并排排列，直至所有的第二支撑桩30完成沉桩施工。

优选地，步骤S2中，依次将不同的第一支撑桩20和第一纵梁21相连接，直至所有的第一支撑桩20与第一纵梁21相连接；依次将不同的第二支撑桩30和第二纵梁31相连接，直至所有的第二支撑桩30与第二纵梁31相连接。

以下提供一种本实用新型试桩方法的实施例：

S1、启动第一顶升装置22和第二顶升装置32，对所述扁担梁40进行多次同步加载，第一顶升装置22和第二顶升装置32分别对扁担梁40提供压力和拔力，确保每次压力和拔力的总和相等，同时记录每次加载过程中试验桩10的桩身转角和桩身应变量，直至到达试验桩10的极限弯矩，维持第一顶升装置22和第二顶升装置32的油压。以试验桩10上部传来的极限弯矩为160000kN·m为例，通过16m扁担梁40对试验桩10进行加载，则需要提供10000kN的竖向力，在本实施例中可以将第一顶升装置22和第二顶升装置32对扁担梁的加载力平均分为10次同步加载，每次压力和拔力的加载力总和为1000kN。

S2、对第一顶升装置22和第二顶升装置32卸载，将第一顶升装置22和第二顶升装置32对扁担梁40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10的桩身转角和桩身应变量，直至第一顶升装置22和第二顶升装置32对扁担梁40的加载力完全卸载，关闭启动第一顶升装置22和第二顶升装置32，在本实施例中可以对第一顶升装置22和第二顶升装置32对扁担梁的加载力平均分为5次卸载，每步卸载2000kN。

S3、根据加载过程试验桩10的桩身转角与桩身应变量计算试验桩10的桩身变位与土对试验桩10的反作用力的关系；根据卸载过程试验桩10的桩身转角与桩身应变量计算试验桩10的桩身变位与土对试验桩10的反作用力的关系。

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。