桩基重力式海上风机高桩多腿导管架基础结构的制作方法

本实用新型涉及桩基-重力式海上风机高桩多腿导管架基础结构，属于海上风电工程技术领域。

背景技术：

随着海上风电由浅水区域向更深海域发展，多桩导管架基础型式的应用更为广泛。目前，在国外20~50m中等水深海域的风电场已开始应用多桩导管架作为海上风机的支撑基础，通过钢管桩与海床相连，提供足够的桩基承载力以抵抗外部荷载。但对于地基较为坚硬的砂土等情况，大直径管桩难以施打。虽然，重力式基础是一种适用于这类具有坚硬的砂土地基的海上风机基础型式，其依靠自身的自重使风机垂直立于海面上。但是，这种传统的重力式基础型式的适用水深范围有限，一般仅为浅水区域，随着水深增加，成本会大幅增加。并且，由于传统重力式基础尺寸庞大，会产生很大的波浪力，影响基础结构的安全性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种桩基重力式海上风机高桩多腿导管架基础结构，通过将具有桩基系统的空腔重力式基础与高桩多腿导管架结构结合，形成桩基-重力式海上风机高桩多腿导管架基础结构，能够有效地增加基础的抗倾覆力矩，所受波浪力减小、安装简便、节约钢材等优点，能适用更深水深、地基坚硬的海域。为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种桩基重力式海上风机高桩多腿导管架基础，其特征在于：由具有桩基系统的空腔重力式基础与高桩多腿导管架结构结合而成；含有多个预埋高桩的中部混凝土墩台与外围混凝土空腔体组成空腔重力式混凝土基础；所述外围混凝土空腔体设置有若干局部空腔体，所述外围混凝土空腔体的底部及混凝土墩台外侧分别均匀设置多个预埋钢桩套管，在预埋钢桩套管内向海床打桩形成钢管桩，通过灌浆材料将桩与套管连接而与空腔重力式混凝土基础连为一体，其中桩为短桩；桩套管外插到预埋高桩顶部，通过灌浆材料与预埋高桩连接；桩套管通过连接钢管结构及焊接连接与主筒体连接为一个整体，预埋高桩、桩套管、连接钢管结构与主筒体组成高桩多腿导管架结构，并通过预埋高桩将有桩基系统的重力式基础与高桩多腿导管架结构连为一个整体，作为海上风机基础，支撑上部风机结构，其中，主筒体处在中心位置，预埋高桩处在同一圆周上。

进一步地，所述连接钢管结构包括斜撑和水平撑，各桩套管通过斜撑和水平撑与主筒体连接为一体。

进一步地，预埋高桩为等直径钢管，直径小于桩套管直径，长度较长以使其上端露出水面。

进一步地，预埋高桩具有3~4个，与桩套管数量对应。

进一步地，预埋高桩之间用撑杆进行加固处理。

进一步地，混凝土墩台为钢筋混凝土结构，呈圆柱或圆锥形状；混凝土墩台外径四周与混凝土空腔体加固连接；混凝土墩台外侧凸起位置均匀设置至少4个预埋钢桩套管，预埋钢桩套管相对于混凝土墩台的中心处于同一圆周上。

进一步地，混凝土空腔体为钢筋混凝土结构，包括外侧挡板、中间加固挡板、底部，由外侧挡板、中间加固挡板、底部与混凝土墩台外壁围成若干局部空腔；围成的若干个局部空腔呈辐射状均匀分布在混凝土墩台四周；底部均匀设置至少4个预埋钢桩套管，用于打桩固定混凝土基础。

进一步地，桩为等直径钢管，直径小于预埋钢桩套管直径；长度较短，仅沉桩至较易打桩的前几个土层；若干个钢管短桩沉至海床底，组成桩基系统，固定重力式混凝土基础。

进一步地，桩套管为等直径钢管，斜撑、水平撑、主筒体为变径钢管。

进一步地，主筒体处在混凝土墩台的正上方。

本实用新型专利的有益效果是：

1、采用桩基-重力式基础与高桩多腿导管架结构组合成桩基-重力式海上风机高桩多腿导管架基础，兼具三种结构的优点，适用于20~50m中等水深，并适用于坚硬地基条件的海域。

2、与传统重力式基础型式相比，新型桩基-重力式海上风机高桩多腿导管架基础通过桩基系统利用较易打桩土层为重力式基础提供有效的作用力，极大地提高重力式基础的抗倾覆能力；其上部结构刚度大、尺寸小、用钢量少，所受波浪力小，能支撑更大容量的风机、适用更深的海域。

3、与传统多桩导管架基础型式相比，新型桩基-重力式海上风机高桩多腿导管架基础能够适用地基为坚硬的砂土等打桩难度高的地质条件，可以通过桩基-重力式基础提供足够的抗倾覆力矩。由于预埋高桩，导管架定位调平更为简便；同时，导管架安装在水面以上位置，为水上灌浆，安装操作简便。

附图说明

图1是本实用新型实施例的剖视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是图1的B-B剖视图。

图4为桩套管与预埋高桩之间的灌浆局部视图。

图5为预埋钢桩套管与桩之间的灌浆局部视图。

具体实施方式

参照附图。本实用新型所提供的一种桩基重力式海上风机高桩多腿导管架基础，由具有桩基系统的空腔重力式基础与高桩多腿导管架结构结合而成。

含有多个预埋高桩1的中部混凝土墩台2与外围混凝土空腔体3组成空腔重力式混凝土基础；中部混凝土墩台2处在空腔重力式混凝土基础的中心位置，外围混凝土空腔体3围绕中部混凝土墩台2。混凝土墩台2为钢筋混凝土结构，一般呈圆柱或圆锥形状；混凝土墩台2外径四周与混凝土空腔体3通过中间加固挡板3-2加固连接；混凝土墩台2外侧凸起位置均匀设置至少4个预埋钢桩套管4，预埋钢桩套管4相对于混凝土墩台2的中心处于同一圆周上。混凝土空腔体3为钢筋混凝土结构，包括外侧挡板3-1、中间加固挡板3-2、底部3-3以及由外侧挡板3-1、中间加固挡板3-2、底部3-3与混凝土墩台外壁3-4围成若干局部空腔3-5；围成的若干个局部空腔呈辐射状均匀分布在混凝土墩台2四周；底部均匀设置至少4个预埋钢桩套管4，用于打钢管桩61固定混凝土基础。

在预埋钢桩套管4内向海床打桩6、61形成钢管桩，通过灌浆材料5将桩6与套管4连接而与空腔重力式混凝土基础连为一体，其中桩6为短桩；桩6、61为等直径钢管，直径小于预埋钢桩套管4直径；长度较短，仅沉桩至较易打桩的前几个土层；若干个钢管短桩沉至海床底，组成桩基系统，固定重力式混凝土基础。

桩套管7-1外插到预埋高桩1顶部，通过灌浆材料5与预埋高桩1连接；桩套管7-1通过连接钢管结构及焊接连接与主筒体7-4连接为一个整体，预埋高桩1、桩套管7-1、连接钢管结构与主筒体7-4组成高桩多腿导管架结构，并通过预埋高桩1将有桩基系统的重力式基础与高桩多腿导管架结构连为一个整体，作为海上风机基础，支撑上部风机结构。

主筒体7-4处在中心位置，预埋高桩1处在同一圆周上。主筒体7-4处在混凝土墩台2的正上方，处在同一中心线上。

所述连接钢管结构优选包括斜撑7-2和水平撑7-3，各桩套管7-1通过斜撑7-2和水平撑7-3与主筒体7-4连接为一体，结构强，安装方便、重量相对更轻。连接钢管结构其它结构形式将主筒体7-4和桩套管7-1组合在一起。

预埋高桩1为等直径钢管，直径小于桩套管7-1直径，长度较长以使其上端露出水面；预埋高桩1具有3~4个预埋高桩1。

桩套管7-1为等直径钢管，斜撑7-2、水平撑7-3、主筒体7-1为变径钢管。

预埋高桩1、预埋钢桩套管4、桩套管7-1，斜撑7-2、水平撑7-3、主筒体7-4在工厂内加工制作，如需要可用撑杆对预埋高桩1进行加固处理以适用更深水深，将制作好的钢构件通过焊接成为一个多腿导管架结构。根据重力式基础的尺寸布置，在陆地上轧制混凝土墩台2、空腔体3中间加固挡板3-2、外挡板3-1及底部3-3的钢筋，将加工制作好的预埋高桩1构件放入混凝土墩台2相应的位置，将预埋钢桩套管4构件放入混凝土墩台2外侧及混凝土空腔体底部3-3的相应位置，然后浇筑混凝土，形成空腔重力式混凝土基础并进行养护。对风电场风机机位海床进行整理，用碎石100整平，将养护好的重力式混凝土基础放入海里，依靠空腔体自浮，用拖船将重力式基础拖运至风电场相应机位，进行沉底操作使重力式基础沉至海床。再将钢管桩6放入预埋钢桩套管，进行沉桩操作，沉桩至较易打桩的土层中，然后进行灌浆操作，将钢管桩6与预埋钢桩套管4连接，形成桩基-重力式基础；接着进行抛石操作，将重力式基础的空腔体3填满石块31。再将多腿导管架结构7吊装，与预埋高桩1的顶部一端进行对接，进行水上灌浆操作，将多腿导管架结构与重力式基础进行连接形成整体。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的保护范围之中。