一种海上风电打桩水下灌浆连接结构的制作方法

1.本实用新型涉及海上风电打桩技术领域，尤其涉及一种海上风电打桩水下灌浆连接结构。


背景技术：

2.近年来，陆上风电日趋饱和，海上风电快速发展。随着海上风电场技术的发展成熟，风电必将会成为我国东部沿海地区可持续发展的重要能源来源。
3.在海上风电的施工工程中，风电机组基础的安装是一个重要的环节。风机基础主要包括钢管桩和导管架两大主要部分，先将钢管桩打入海床，再吊装导管架并将其桩腿插入已打入海床的钢管桩中。
4.为保证钢管桩和导管架之间连接的稳定性，需要用灌浆料将导管架与钢管桩连接部之间的空间灌满，灌浆料凝固后可保证导管架与钢管桩牢固连接。风电机组、波浪及其他载荷通过导管架经灌浆料混凝土传递至钢管桩，钢管桩再把载荷传递到海床。
5.实践中，灌浆空间基本处于水下密封的空间内，灌浆施工通过灌浆空间中部的进料管口进料，填充钢管桩和导管架之间的环形灌浆空间。
6.但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
7.1、导管架的支撑腿插入钢管桩时，容易产生轴心偏离，造成单边压力过大，应力不均匀，易导致结构损坏；
8.2、灌浆时，灌浆腔内的海水与水泥浆混合，水泥浆会被稀释，产生空洞，影响灌浆施工质量；
9.3、灌浆到一半以后，上半段的灌浆会因机械压力不足而引起注浆口堵塞；一旦注浆口堵塞，灌浆施工必须停止，只能等注浆口疏通后再继续进行，大大影响了施工效率和施工质量；
10.4、导管架的支撑腿端部与钢管桩的密封性不够，混凝土浆料会溢出，造成浪费。


技术实现要素：

11.本申请实施例通过提供一种海上风电打桩水下灌浆连接结构，解决了现有技术中导管架的支撑腿插入钢管桩时，容易产生轴心偏离，且灌浆时水泥浆会被海水稀释、注浆口易被堵塞、浆料会溢出的技术问题，通过优化的灌浆连接结构设计，可确保导管架上的支撑腿均匀插入海底的钢管桩，导管架与钢管桩同轴设置，且可避免水泥砂浆被海水稀释，同时避免了注浆口被堵塞、浆料溢出等问题，大大提高了施工效率和施工质量。
12.本申请实施例提供了一种海上风电打桩水下灌浆连接结构，包括钢管桩和导管架，所述导管架的支撑腿插于所述钢管桩内的顶部空腔内，所述支撑腿和所述钢管桩之间形成环形的灌浆腔；
13.其特征在于：
14.所述钢管桩的内壁与所述导管架的支撑腿外壁通过密封圈密封连接；
15.所述导管架的支撑腿的外周沿径向设有导向肋片；
16.所述导管架的支撑腿与灌浆导管连接，所述灌浆导管末端分成两根分叉管，所述两根分叉管分别为上部灌浆管和下部灌浆管；所述上部灌浆管和下部灌浆管均设于所述支撑腿内的空腔内，且所述上部灌浆管穿过所述支撑腿的外壁与所述灌浆腔上部贯通连接，所述下部灌浆管穿过所述支撑腿的外壁与所述灌浆腔下部贯通连接。
17.优选地，所述钢管桩的内壁设有支撑连接板，所述密封圈固定于所述支撑连接板上。
18.优选地，所述密封圈为环形结构。
19.更优选地，所述密封圈内壁与所述支撑腿外壁过盈配合连接，所述密封圈外壁与所述钢管桩内壁过盈配合连接。
20.优选地，所述导管架的支撑腿的下端为锥台形结构。
21.优选地，所述导向肋片至少两片，各所述导向肋片沿所述支撑腿的外周均匀布置。
22.优选地，所述导向肋片为直角梯形结构，所述直角梯形结构的较长的一条底边与所述导管架的支撑腿贴合固定，所述直角梯形结构的斜边向下，且所述斜边处由上至下宽度递减。
23.优选地，所述导向肋片为直角三角形结构，所述直角三角形结构的一条直角边与所述导管架的支撑腿贴合固定，所述直角三角形结构的斜边向下，且所述斜边处由上至下宽度递减。
24.优选地，所述结构还包括：
25.设于所述灌浆腔内上部的上浆料感应器；
26.设于所述灌浆腔内下部的下浆料感应器；
27.所述上浆料感应器和下浆料感应器均与控制单元连接。
28.更优选地，还包括：
29.用于驱动所述上部灌浆管执行灌浆作业的上灌浆驱动单元；
30.用于驱动所述下部灌浆管执行灌浆作业的下灌浆驱动单元；
31.所述上灌浆驱动单元、下灌浆驱动单元均与所述控制单元连接。
32.灌浆时，先使用下部灌浆管进行灌浆作业，使水泥砂浆不会被稀释，待灌浆到一定高度后，采用上部灌浆管灌浆，可以避免灌浆机械压力不足而引起的灌浆管堵塞。两根灌浆管的配置，还可防止一根损坏时，不至于整个工程停止进程。
33.灌浆作业采用自动化控制。当下浆料感应器被触发时，控制单元通知下灌浆驱动单元停止下部灌浆管作业，同时，触发上灌浆驱动单元，启动上部灌浆管作业。当上浆料感应器被触发时，控制单元通知上灌浆驱动单元停止上部灌浆管作业。全流程自动化检测控制，大大提高了施工效率。
34.本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
35.1、将导管架的支撑腿的外周与钢管桩壁通过环形的密封圈过盈配合，密封连接，可防止混凝土浆料溢出，避免浪费，节约了施工成本；
36.2、在导管架的支撑腿的外周沿径向设置导向肋片，可确保支撑腿均匀插入钢管桩上端的空腔内，保证导管架的支撑腿与钢管桩之间的同轴度，防止在安装过程中支撑腿与
钢管桩的轴心偏离过大时，造成单边压力过大而损坏，也有利于灌浆腔内载荷的合理分布。
37.3、将灌浆导管末端分成两根分叉管，一根与灌浆腔上部连接；另一根与灌浆腔下部连接，两根分叉管分时施工，可保证灌浆料不会被稀释，还可避免灌浆机械压力不足而引起的灌浆管堵塞，提高了施工效率。
38.4、在灌浆腔内上、下部分别设置感应器，用于检测灌浆腔内的浆料位置，根据检测结果，自动控制上部灌浆管和下部灌浆管的作业，实现了自动化作业控制，大大提高了灌浆施工的效率。
附图说明
39.图1为本申请实施例一中提供的海上风电打桩水下灌浆连接结构整体示意图；
40.图2为本申请实施例一中导管架的支撑腿与钢管桩连接处的局部放大图；
41.图3为本申请实施例二中导管架的支撑腿与钢管桩连接处的局部放大图；
42.图4为本申请实施例二中控制系统结构框图。
具体实施方式
43.本申请实施例通过提供一种海上风电打桩水下灌浆连接结构，解决了现有技术中导管架的支撑腿插入钢管桩时，容易产生轴心偏离，且灌浆时水泥浆会被海水稀释、注浆口易被堵塞、浆料会溢出的技术问题，通过优化的灌浆连接结构设计，可确保导管架上的支撑腿均匀插入海底的钢管桩，导管架与钢管桩同轴设置，且可避免水泥砂浆被海水稀释，同时避免了注浆口被堵塞、浆料溢出等问题。
44.本申请实施例中的技术方案为解决上述串扰的问题，总体思路如下：
45.对导管架的支撑腿与钢管桩之间的连接结构进行优化设计，支撑腿的外周与钢管桩壁通过环形的密封圈过盈配合，密封连接，可防止混凝土浆液溢出，避免浪费。
46.在支撑腿外周沿径向设置导向肋片，通过导向肋片可确保支撑腿均匀插入钢管桩上端的空腔内，同时，导向肋片还能保证导管架的支撑腿与钢管桩之间的同轴度，有利于载荷的合理分布。
47.将灌浆导管末端分成两根分叉管，一根与灌浆腔上部连接；另一根与灌浆腔下部连接，灌浆时，先使用下部灌浆管进行灌浆作业，使水泥砂浆不会被稀释，待灌浆到一定高度后，采用上部灌浆管灌浆，可以避免灌浆机械压力不足而引起的灌浆管堵塞。两根灌浆管的配置，还可防止一根损坏时，不至于整个工程停止进程。
48.进一步地，在灌浆腔内的上部和下部分别设置浆料感应器。当下部的浆料感应器被触发时，则停止下部灌浆管作业，改用上部灌浆管作业。当上部的浆料感应器被触发时，上部灌浆管也停止作业。如此实现自动化作业控制。
49.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
50.实施例一
51.图1为本实施例中提供的海上风电打桩水下灌浆连接结构整体示意图，所述的海上风电打桩水下灌浆连接结构包括钢管桩100和导管架200，导管架200的支撑腿插于钢管桩100内顶部，插入连接处，导管架200的支撑腿与钢管桩100之间的环形的灌浆腔300内通
过水泥砂浆连接固定。
52.图2为本实施例中导管架的支撑腿与钢管桩连接处的局部放大图，在钢管桩100的内壁固定支撑连接板101，环形的密封圈102设于支撑连接板101上，密封圈102与支撑连接板101通过螺栓103连接固定。
53.在一可选的实施方式中，支撑连接板101为沿周向均匀布置的多个，环形的密封圈102通过多个螺栓103分别与各支撑连接板101连接固定。
54.在另一可选的实施方式中，支撑连接板101为环形结构，环形的密封圈102通过螺栓103与支撑连接板101连接固定。
55.在一可选的实施方式中，密封圈102为环形的橡胶密封圈。
56.当导管架200的支撑腿201插入钢管桩100到设定深度时，支撑腿201的外周与钢管桩100内的环形的密封圈102过盈配合连接，使导管架200的支撑腿201固定不再下沉。
57.密封圈102两侧分别与钢管桩100和支撑腿201紧密贴合，通过环形密封实现支撑腿201端部对钢管桩100的密封，防止混凝土浆液溢出，避免浪费，同时保证灌浆施工质量。
58.在一可选的实施方式中，导管架200的支撑腿201的下端为锥台形结构，便于穿过钢管桩100内的环形的密封圈102。
59.导管架200的支撑腿201的外周沿径向设置导向肋片202，导向肋片202至少两片，沿支撑腿201的外周均匀布置。导向肋片202的宽度略小于导管架200的支撑腿与钢管桩100之间的环形的灌浆腔300的宽度。
60.当导管架200的支撑腿201插入钢管桩100时，由于导向肋片202的存在，可确保支撑腿201均匀插入钢管桩100上端的空腔内，防止在安装过程中支撑腿201与钢管桩100的轴心偏离过大时，造成单边压力过大而损坏。
61.此外，导向肋片202还能保证导管架的支撑腿201与钢管桩100之间的同轴度，让导管架的支撑腿201与钢管桩100之间的环形的灌浆腔内的水泥砂浆的体积圆周更均匀，有利于载荷的合理分布。
62.在一可选的实施方式中，导向肋片202为直角梯形结构，直角梯形结构的较长的一条底边与导管架的支撑腿201贴合固定，直角梯形结构的斜边位于下端，且斜边处由上至下宽度递减。
63.在另一可选的实施方式中，导向肋片202为直角三角形结构，直角三角形结构的一条直角边与导管架的支撑腿201贴合固定，直角三角形结构的斜边向下，且所述斜边处由上至下宽度递减。
64.支撑腿201与灌浆导管连接，灌浆导管用于输入灌浆料将导管架200的支撑腿201与钢管桩100连接部之间的环形的灌浆腔300灌满，实现导管架200与钢管桩100进一步的加强固定。
65.将灌浆导管末端分成两根分叉管，一根为上部灌浆管203，另一根为下部灌浆管204，上部灌浆管203和下部灌浆管204均设置于支撑腿201内的空腔内，且均穿过支撑腿201的外壁，与支撑腿201和钢管桩100之间的环形的灌浆腔300贯通连接。
66.其中，上部灌浆管203与灌浆腔300上部连接，用于从灌浆腔300上部进行灌浆。下部灌浆管204与灌浆腔300下部连接，用于从灌浆腔300下部进行灌浆。
67.灌浆时，先使用下部灌浆管204进行灌浆作业，从底部开始灌浆。由于水泥砂浆的
密度比海水大，水泥砂浆会下沉，灌浆腔300内的海水逐渐从钢管桩100顶端管口排出，如此，水泥砂浆不会被稀释，不容易产生空洞，从而保证了灌浆施工质量。待灌浆到一定高度后，采用上部灌浆管203灌浆，这样可以避免灌浆机械压力不足而引起的灌浆管堵塞，耽误灌浆施工的进程。
68.此外，当其中一根灌浆管出现堵塞或损坏等问题时，还可通过另外一根灌浆管进行灌浆，从而确保灌浆施工的顺利进行。
69.必要时，还可以同时使用两根灌浆管，将导管架的支撑腿201与钢管桩100之间的环形的灌浆腔300快速填满，提高紧急工况下的灌浆施工的工作效率。
70.上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
71.1、将导管架的支撑腿的外周与钢管桩壁通过环形的密封圈过盈配合，密封连接，可防止混凝土浆料溢出，避免浪费，节约了施工成本；
72.2、在导管架的支撑腿的外周沿径向设置导向肋片，可确保支撑腿均匀插入钢管桩上端的空腔内，保证导管架的支撑腿与钢管桩之间的同轴度，防止在安装过程中支撑腿与钢管桩的轴心偏离过大时，造成单边压力过大而损坏，也有利于灌浆腔内载荷的合理分布。
73.3、将灌浆导管末端分成两根分叉管，一根与灌浆腔上部连接；另一根与灌浆腔下部连接，两根分叉管分时施工，可保证灌浆料不会被稀释，还可避免灌浆机械压力不足而引起的灌浆管堵塞，提高了施工效率。
74.实施例二
75.本实施例与实施例一基本相同，其区别仅在于：
76.如图3所示，在支撑腿201和钢管桩100之间的环形的灌浆腔300内的上部设置上浆料感应器402，在支撑腿201和钢管桩100之间的环形的灌浆腔300内的下部设置下浆料感应器401。
77.设置上灌浆驱动单元和下灌浆驱动单元，上灌浆驱动单元用于执行上部灌浆管203的灌浆作业，下灌浆驱动单元用于执行下部灌浆管204的灌浆作业。
78.如图4所示，上浆料感应器402、下浆料感应器401、上灌浆驱动单元、下灌浆驱动单元均与控制单元连接。工作时，通过控制器协调上灌浆驱动单元和下灌浆驱动单元的自动运行。
79.上浆料感应器402和下浆料感应器401用于检测灌浆腔300内的浆料位置，当下浆料感应器401被触发时，控制单元通知下灌浆驱动单元停止下部灌浆管作业，同时，触发上灌浆驱动单元，启动上部灌浆管作业。当上浆料感应器402被触发时，控制单元通知上灌浆驱动单元停止上部灌浆管作业。
80.如此，实现自动化作业控制，大大提高了灌浆施工的效率。
81.上述本申请实施例中的技术方案，除了实施例一的技术效果外，至少还具有如下的技术效果或优点：
82.在灌浆腔内上、下部分别设置感应器，用于检测灌浆腔内的浆料位置，根据检测结果，自动控制上部灌浆管和下部灌浆管的作业，实现了自动化作业控制，大大提高了灌浆施工的效率。
83.应当理解的是，在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，
因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
84.以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并非对本申请任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本申请的技术方案的范围内。