本发明涉及工程运输领域，尤其涉及一种海上风电单桩基础机构及其施工方法。
背景技术：
如今海上风电能源开发工程正在不断地扩大规模，海上风电作为一种清洁能源受到了世界各地的欢迎。目前我国海上风电开发也快速铺开渐入佳境。当前已核准的海上风电项目有6个，总计1582mw；开工项目8个，总计1920mw。海洋风电是一个技术复杂程度较高的领域,而且加之海上风电环境的复杂性使得其技术难度进一步提高。从其环境来讲，海洋风电的环境影响因素主要是指风、浪、流等气象水文条件因素。
在风电场建成后，浪、流等水动力作用会对风机单桩基础产生严重的局部冲刷，从而影响风机单桩基础的稳定性，因此，海上风电超大直径单桩为目前最为常用单桩，现海上风电超大直径单桩基础以现场浇施工方式为主，从而导致了施工工期长，海上作业难度大，成本较高的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种海上风电单桩基础机构及其施工方法，解决了目前海上风电超大直径单桩基础以现场浇施工方式为主，导致的施工工期长，海上作业难度大，成本较高的技术问题。
本发明提供了一种海上风电单桩基础机构，包括：
中柱、n个扇环形棱柱、n个第一插销和n个第二插销，所述n≥2；
所述中柱圆周区域设置有至少一个第一箍筋，所述扇环形棱柱内环设置有至少一个第二箍筋，所述第一插销垂直穿过所述第一箍筋的箍环和所述第二箍筋的箍环，使得所述中柱与所述扇环形棱柱固定连接；
所述扇环形棱柱的两侧面均设置有至少一个第三箍筋，n个所述扇环形棱柱两两之间通过所述第二插销垂直穿过第三箍筋的箍环固定连接。
可选的，所述扇环形棱柱有6个，其中，1个无隔水板扇环形棱柱、4个单侧隔水板扇环形棱柱和1个双侧隔水板扇环形棱柱；
1个无隔水板扇环形棱柱、4个单侧隔水板扇环形棱柱和1个双侧隔水板扇环形棱柱依次两两通过第二插销垂直穿过第三箍筋的箍环固定连接形成圆环形状。
可选的，所述扇环形棱柱还设置有贯穿其棱柱体的至少3个棱柱纵筋。
可选的，海上风电单桩基础机构还包括：底座，其中心点垂直固定所述中柱底端。
可选的，海上风电单桩基础机构还包括：顶盖，其中心点垂直固定所述中柱顶端，且所述顶盖底部设置有顶盖隔水圈。
可选的，所述底座和所述顶盖均设置有至少3个用于配合所述棱柱纵筋突出于所述扇环形棱柱的螺纹凸头螺纹连接的螺母。
可选的，当所述第一箍筋、所述第二箍筋和所述第三箍筋的数量均大于1时，则至少两个所述第一箍筋、所述第二箍筋和所述第三箍筋均为爬梯式排列。
可选的，所述单侧隔水板扇环形棱柱和所述双侧隔水板扇环形棱柱板边缘处设置有隔水圈。
本发明提供了一种用于本发明提供的任意一种海上风电单桩基础机构的施工方法，包括：
步骤一，将无隔水板扇环形棱柱、单侧隔水板扇环形棱柱、双侧隔水板扇环形棱柱依次吊装至第二箍筋与中柱的第一箍筋空间交错重合，并将第一插销插入所述第二箍筋与所述第一箍筋形成的第一箍环；
步骤二，将第二插销插入两两扇环形棱柱的至少一对第三箍筋形成的第二箍环。
可选的，步骤二之后还包括：
步骤三，将顶盖吊装至无隔水板扇环形棱柱、单侧隔水板扇环形棱柱、双侧隔水板扇环形棱柱和中柱形成的单桩顶部，通过贯穿且突出所述扇环形棱柱的棱柱纵筋的螺纹凸头与所诉顶盖底部螺母螺纹连接。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种海上风电单桩基础机构及其施工方法，其中，海上风电单桩基础机构包括：中柱、n个扇环形棱柱、n个第一插销和n个第二插销，n≥2；中柱圆周区域设置有至少一个第一箍筋，扇环形棱柱内环设置有至少一个第二箍筋，第一插销垂直穿过第一箍筋的箍环和第二箍筋的箍环，使得中柱与扇环形棱柱固定连接；扇环形棱柱的两侧面均设置有至少一个第三箍筋，n个扇环形棱柱两两之间通过第二插销垂直穿过第三箍筋的箍环固定连接。本发明中，通过第一插销垂直穿过第一箍筋的箍环和第二箍筋的箍环，使得中柱与扇环形棱柱固定连接；扇环形棱柱的两侧面均设置有至少一个第三箍筋，n个扇环形棱柱两两之间通过第二插销垂直穿过第三箍筋的箍环固定连接，实现了单桩的模块化结构，可以提前制作对应的模块，于现场直接安装，解决了目前海上风电超大直径单桩基础以现场浇施工方式为主，导致的施工工期长，海上作业难度大，成本较高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明海上风电单桩基础机构的无隔水板扇环形棱柱结构示意图；
图2为本发明海上风电单桩基础机构的单侧隔水板扇环形棱柱结构示意图；
图3为本发明海上风电单桩基础机构的双侧隔水板扇环形棱柱结构示意图
图4为本发明海上风电单桩基础机构的中柱结构示意图；
图5为本发明海上风电单桩基础机构的顶盖一结构示意图；
图6为本发明海上风电单桩基础机构的顶盖另一结构示意图；
图7为本发明海上风电单桩基础机构的第一插销结构示意图；
图8为本发明海上风电单桩基础机构的第二插销结构示意图
图9为本发明海上风电单桩基础机构的施工方法后形成的初步拼装剖面图；
附图说明：1：扇环形棱柱；2、3：第三箍筋；4：第二箍筋；5：棱柱纵筋(带螺纹槽)；6：隔水板；7:扇环形棱柱底部；8：预制钢筋混凝土底座中柱；9：第一箍筋；10：预制钢筋混凝土底座；11：底座外插销区凹槽；12：底座内插销区凹槽；13：顶盖隔水圈；14：顶盖预留孔洞；15：顶盖外插销区凹槽；16：顶盖内插销区凹槽；17：顶盖预留孔洞；18：预制钢筋混凝土顶盖；19：螺母；20：内环插销钢管混凝土杆件(第一插销)；21：外环插销钢管混凝土杆件(第二插销)。
具体实施方式
本发明提供了一种海上风电单桩基础机构及其施工方法，解决了目前海上风电超大直径单桩基础以现场浇施工方式为主，导致的施工工期长，海上作业难度大，成本较高的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种海上风电单桩基础机构实施例包括：
中柱8、n个扇环形棱柱1、n个第一插销20和n个第二插销21，n≥2；
中柱8圆周区域设置有至少一个第一箍筋9，扇环形棱柱1内环设置有至少一个第二箍筋4，第一插销20(图7所示)垂直穿过第一箍筋9的箍环和第二箍筋4的箍环，使得中柱8与扇环形棱柱1固定连接；
扇环形棱柱1的两侧面均设置有至少一个第三箍筋2、3，n个扇环形棱柱1两两之间通过第二插销21(图8所示)垂直穿过第三箍筋2、3的箍环固定连接。
进一步地，扇环形棱柱1有6个，其中，1个无隔水板扇环形棱柱1、4个单侧隔水板扇环形棱柱1和1个双侧隔水板扇环形棱柱1；
1个无隔水板扇环形棱柱1、4个单侧隔水板扇环形棱柱1和1个双侧隔水板扇环形棱柱1依次两两通过第二插销21垂直穿过第三箍筋2、3的第二箍环固定连接形成圆环形状。
进一步地，扇环形棱柱1还设置有贯穿其棱柱体的至少3个棱柱纵筋5。
进一步地，海上风电单桩基础机构还包括：底座，具体为预制钢筋混凝土底座10，其中心点垂直固定中柱8底端。
进一步地，海上风电单桩基础机构还包括：顶盖，具体为预制钢筋混凝土顶盖18，其中心点垂直固定中柱8顶端，且顶盖底部设置有顶盖隔水圈13。
进一步地，底座和顶盖均设置有至少3个用于配合棱柱纵筋5突出于扇环形棱柱1的螺纹凸头螺纹连接的螺母19。
进一步地，当第一箍筋9、第二箍筋4和第三箍筋2、3的数量均大于1时，则至少两个第一箍筋9、第二箍筋4和第三箍筋2、3均为爬梯式排列。
进一步地，单侧隔水板扇环形棱柱1和双侧隔水板扇环形棱柱1板边缘处设置有隔水圈。
如图1到图9，本发明具体的实施方式进行说明：
图1、图2、图3分别为无隔水板扇环形棱柱1、单侧隔水板扇环形棱柱1、双侧隔水板扇环形棱柱1，其主要区别在于在与预制构件时，无隔水板扇环形棱柱1不设隔水板6，单侧隔水板扇环形棱柱1在其右或左侧设有隔水板6，双侧隔水板扇环形棱柱1在其两侧均设有隔水板6；其共同点在于在预制时均以同样的方式配置第三箍筋2、第三箍筋3、第二箍筋4、棱柱纵筋(带螺纹槽)5。隔水板6接触截面处以及扇环形棱柱底部7边缘处设有隔水圈。
如图4所示，预制钢筋混凝土底座10与预制钢筋混凝土底座中柱8为一体预制制作，预制钢筋混凝土底座中柱8外侧配置第一箍筋9，预制钢筋混凝土底座10上设有底座外插销区凹槽11和底座内插销区凹槽12。
如图5所示，预制钢筋混凝土顶盖18底部设有顶盖隔水圈13，顶盖预留孔洞14，顶盖预留孔洞17，顶盖外插销区凹槽15，顶盖内插销区凹槽16。
此发明包含的所有构件，预制时裸露在外的金属部分全部作裹环氧树脂处理。
本发明提供了一种用于本发明提供的任意一种海上风电单桩基础机构的施工方法，包括：
步骤一，将无隔水板扇环形棱柱1、单侧隔水板扇环形棱柱1、双侧隔水板扇环形棱柱1依次吊装至第二箍筋4与中柱8的第一箍筋9空间交错重合，并将第一插销20插入第二箍筋4与第一箍筋9形成的第一箍环；
步骤二，将第二插销21插入两两扇环形棱柱1的至少一对第三箍筋2、3形成的第二箍环。
进一步地，步骤二之后还包括：
步骤三，将顶盖吊装至无隔水板扇环形棱柱1、单侧隔水板扇环形棱柱1、双侧隔水板扇环形棱柱1和中柱8形成的单桩顶部，通过贯穿且突出扇环形棱柱1的棱柱纵筋5的螺纹凸头与所诉顶盖底部螺母19螺纹连接。
具体的施工方法如下：
先将图4所示一体预制件吊装至基底，然后将无隔水板扇环形棱柱1(图9的a处)吊装至预制钢筋混凝土底座10的底座上平面时，再向预制钢筋混凝土底座中柱8的中心平移，至第二箍筋4与第一箍筋9对齐如图9所示，随后同理顺时针吊装4个单侧隔水板扇环形棱柱1(图9的b处)，最后吊装1个双侧隔水板扇环形棱柱1(图9的c处)。初步拼装完成后俯视图如图9所示。
随后，放置水管至每个底座外插销区凹槽11底部与底座内插销区凹槽12底部进行排水、灌水冲淡、清洗、再排水步骤。清洗完毕后，将6个内环插销钢管混凝土杆件20以及6个外环插销钢管混凝土杆件21吊装至相应位置插进相应的底座外插销区凹槽11以及底座内插销区凹槽12。完成后往插销区缝隙内加入温和干燥剂。随后吊装预制钢筋混凝土顶盖18调整位置，使顶盖外插销区凹槽15与顶盖内插销区凹槽16与各个内环插销钢管混凝土杆件20和外环插销钢管混凝土杆件21对接，最终用螺母19将预制钢筋混凝土顶盖18固定封装如图6所示。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种海上风电单桩基础机构的施工方法，其中，海上风电单桩基础机构包括：中柱8、n个扇环形棱柱1、n个第一插销20和n个第二插销21，n≥2；中柱8圆周区域设置有至少一个第一箍筋9，扇环形棱柱1内环设置有至少一个第二箍筋4，第一插销20垂直穿过第一箍筋9的箍环和第二箍筋4的箍环，使得中柱8与扇环形棱柱1固定连接；扇环形棱柱1的两侧面均设置有至少一个第三箍筋2、3，n个扇环形棱柱1两两之间通过第二插销21垂直穿过第三箍筋2、3的箍环固定连接。本发明，通过第一插销20垂直穿过第一箍筋9的箍环和第二箍筋4的箍环，使得中柱8与扇环形棱柱1固定连接；扇环形棱柱1的两侧面均设置有至少一个第三箍筋2、3，n个扇环形棱柱1两两之间通过第二插销21垂直穿过第三箍筋2、3的箍环固定连接，实现了单桩的模块化结构，可以提前制作对应的模块，于现场直接安装，解决了目前海上风电超大直径单桩基础以现场浇施工方式为主，导致的施工工期长，海上作业难度大，成本较高的技术问题。进一步，可以在工厂内完成大部分工作，减小了海上作业难度，能有效地缩短工期，降低成本。而且可以进行拆卸回收，有着环保，容错率高。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。