一种岩基海床海上风机嵌岩单桩基础及其施工方法与流程

本发明涉及一种岩基海床海上风机嵌岩单桩基础及其施工方法。

背景技术：

当前阶段，国内外用于海上风电场的风电机组基础型式主要有桩基础（包括单桩基础、导管架基础、三脚架基础等）、重力式基础、吸力筒式基础和悬浮型基础等四种。其中，单桩基础受力分析明确，结构型式简单，施工速度快。国外风电场已经将单桩基础应用于 0~40m 水深海域，风力发电机组单机容量高达 8MW；国内风电场也已具备丰富的单桩基础软基海床建设经验。据统计，目前 全球 75%以上的海上风机基础均采用单桩基础型式。

由于国内台湾海峡等海域为岩基海床，部分机位处岩层埋藏深度较浅，钢管桩可打入深度较短，钢管桩桩端需要嵌入弱风化基岩才能满足基础结构设计的相关要求。根据国内岩基海床施工经验，在现有施工水平和能力下，钢管桩无法直接沉入弱风化基岩，即无法一次性沉桩到位，需要进行钻孔施工。根据现有地质勘察资料，台湾海峡等海域地质条件变化较大，岩面起伏较大。可能存在同一平面内存在不同风化程度的岩层即一侧是较硬岩层，另一侧是较软岩层的情况，实际沉桩和钻孔施工时，两侧的不同阻力或不均匀沉降均可能造成单桩基础的垂直度不满足规范和设计要求，施工过程中不可控因素相对较多，钻孔垂直度和孔径精确度的控制难度较大，钻孔岩面的不平整使得钢管桩嵌岩段局部可能存在应力集中问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种岩基海床海上风机嵌岩单桩基础及其施工方法，保证单桩基础在岩基海床中应用可靠稳定。

本发明采用以下方案实现：一种岩基海床海上风机嵌岩单桩基础，包括插入弱风化岩基层中的钢管桩，岩基中开设有位于钢管桩下端部外围的环形槽，钢管桩下端内部套设有内护筒，内护筒与钢管桩内壁之间留有间隙，环形槽内以及内护筒与钢管桩内壁之间的间隙内均灌注有初凝时间不少于8h的高强灌浆体。

进一步的，钢管桩上端安装有钢管连接段，位于钢管连接段顶端安装有风机塔筒。

进一步的，钢管连接段与钢管桩之间的内部连接部位灌注有连接段高强灌浆体，钢管桩侧壁具有用以支撑钢管连接段的牛腿。

本发明另一技术方案是：一种岩基海床海上风机嵌岩单桩基础的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）进行钢管桩沉桩可打入性分析，分析钢管桩可打入的深度和沉桩停锤标准；（2）预制钢管桩、内护筒和钢管连接段，运输至指定地点；（3）采用振动锤配合高能量液压冲击锤沉桩至一定深度；（4）采用抱桩器或者稳桩平台固定钢管桩，在钢管桩顶部架设嵌岩钻机，沿钢管桩中间向下钻孔，钻至钢管桩下端面后即可开始扩孔至设计钻孔底高程；（5）扩孔完成后，取出钻机，清孔达到要求后，沿钢管桩内壁将内护筒下放至所钻孔底部，并保证内护筒中轴线与钢管桩中轴线重合；（6）向钢管桩内部灌注初凝时间不少于8h的高强灌浆体，高强灌浆体沿钢管桩内壁进入与内护筒的空隙后进一步灌浆，直至内护筒与基岩之间的空隙被全部填满；（7）在高强灌浆体初凝前，再将钢管桩打至钻孔底部，使钢管桩沉入高强灌浆体中，待高强灌浆体凝结后形成紧密结合；（8）安装钢管连接段，调整钢管连接段顶部法兰的平整度并灌注连接段高强灌浆体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明岩基海床海上风机嵌岩单桩基础稳定可靠，保证单桩基础能够与周围的基岩紧密结合，并可靠的嵌固在弱风化岩基层中；减小大直径钻孔孔径及钻孔垂直度误差对单桩基础倾斜率的影响和钻孔岩面的不平整使得钢管桩嵌岩段局部存在的应力集中问题；同时能够减少嵌岩段回填砼的方量，降低基础投资，有效解决了单桩基础在岩基海床中应用的关键性技术难题。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例构造示意图；

图2是本发明实施例施工过程步骤（3）示意图；

图3是本发明实施例施工过程步骤（4）示意图；

图4是本发明实施例施工过程步骤（5）示意图；

图5是本发明实施例施工过程步骤（6）示意图；

图6是本发明实施例施工过程步骤（7）示意图；

图中标号说明：1-钢管连接段、2-连接段高强灌浆体、3-牛腿、4-钢管桩、5-内护筒、6-高强灌浆体、7-环形槽。

具体实施方式

如图1所示，一种岩基海床海上风机嵌岩单桩基础，包括插入弱风化岩基层中的钢管桩4，岩基中开设有位于钢管桩4下端部外围的环形槽7，钢管桩下端内部套设有内护筒5，内护筒5与钢管桩4内壁之间留有间隙，环形槽7内以及内护筒与钢管桩内壁之间的间隙内均灌注有初凝时间不少于8h的高强灌浆体6，高强灌浆体6保证钢管桩外壁与岩体紧密结合，通过在单桩基础下端内部增加薄壁内护筒，并进行实现桩端的可靠灌浆，保证单桩基础能够与周围的基岩紧密结合，并可靠的嵌固在弱风化岩基层中；减小大直径钻孔孔径及钻孔垂直度误差对单桩基础倾斜率的影响和钻孔岩面的不平整使得钢管桩嵌岩段局部存在的应力集中问题；同时能够减少嵌岩段回填砼的方量。有效解决了单桩基础在岩基海床中应用的关键性技术难题。

在本实施例中，钢管桩4上端安装有钢管连接段1，位于钢管连接段1顶端安装有风机塔筒。

在本实施例中，钢管连接段1与钢管桩4之间的内部连接部位灌注有连接段高强灌浆体2，钢管桩4侧壁具有用以支撑钢管连接段的牛腿3。

一种岩基海床海上风机嵌岩单桩基础的施工方法，包括以下步骤：（1）进行钢管桩沉桩可打入性分析，分析钢管桩可打入的深度和沉桩停锤标准；（2）预制钢管桩、内护筒和钢管连接段，运输至指定地点；（3）采用振动锤配合高能量液压冲击锤沉桩至一定深度，如图2所示；（4）采用抱桩器或者稳桩平台固定钢管桩，在钢管桩顶部架设嵌岩钻机，沿钢管桩中间向下钻孔，钻至钢管桩下端面后即可开始扩孔至设计钻孔底高程，如图3所示；（5）扩孔完成后，取出钻机，清孔达到要求后，沿钢管桩内壁将内护筒下放至所钻孔底部，并保证内护筒中轴线与钢管桩中轴线重合，如图4所示；（6）向钢管桩内部灌注初凝时间不少于8h的高强灌浆体，高强灌浆体沿钢管桩内壁进入与内护筒的空隙后进一步灌浆，直至内护筒与基岩之间的空隙被全部填满，如图5所示；（7）在高强灌浆体初凝前，再将钢管桩打至钻孔底部，使钢管桩沉入高强灌浆体中，待高强灌浆体凝结后形成紧密结合，如图6所示；（8）安装钢管连接段，调整钢管连接段顶部法兰的平整度并灌注连接段高强灌浆体，如图1所示。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。