用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构。本实用新型的目的是提供一种结构简单、施工方便、成本较低的用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，以为桩和套筒提供可靠连接。本实用新型的技术方案是：一种用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，具有打入海床的钢管桩和套于其上的套筒，其特征在于：所述钢管桩外围制有一圈环形牛腿，所述套筒套于钢管桩外并搁置于环形牛腿上，套筒与钢管桩之间留有间隙，间隙底部置有圆环形土工布袋，所述套筒下端设置有两个分别用于向土工布袋和间隙内灌浆的灌浆接口，套筒与钢管桩之间间隙内和土工布袋内填充高强灌浆材料。本实用新型适用于海上风力发电领域。
【专利说明】用于海上风电的粧与套筒灌浆连接结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构。适用于海上风力发 电领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国风力发电行业的迅速发展，海上风力发电开始快速起步，近几年涌现了 大批在建、拟建的海上风电场。海上风电场的风电机组基础、海上升压站基础一般有高桩承 台基础、导管架基础、单桩基础等，本实用新型主要用于导管架基础。
[0003] 导管架基础分为钢管桩、导管架两部分。钢管桩的数量可以是3根或3根以上，钢 管桩首先施工，由海上打桩设备将钢管桩打入海床中。导管架整体在钢结构加工厂制造，整 体运输至现场，由起重船吊装后安装在已打好的桩上。导管架与桩连接的部件为套筒，套筒 直径较桩稍大，套筒套在桩端外面，套筒与桩之间留有施工安装的间隙。因为桩与导管架最 终需共同受力，套筒将上部结构传来的拉力、压力、水平力传递给桩，因此桩和套筒之间需 要可靠的连接。本实用新型解决桩与套筒之间连接的问题。
【发明内容】
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、施工 方便、成本较低的用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，以为桩和套筒提供可靠连接。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案是：一种用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构， 具有打入海床的钢管桩和套于其上的套筒，其特征在于：所述钢管桩外围制有一圈环形牛 腿，所述套筒套于钢管桩外并搁置于环形牛腿上，套筒与钢管桩之间留有间隙，间隙底部置 有圆环形土工布袋，所述套筒下端设置有两个分别用于向土工布袋和间隙内灌浆的灌浆接 口，套筒与钢管桩之间间隙内和土工布袋内填充高强灌浆材料。
[0006] 在钢管桩与套管重合段，钢管桩的外侧和套筒的内侧均设置若干圈剪力键；所述 钢管桩与套筒上的剪力键在立面位置错开布置。
[0007] 所述剪力键采用螺纹钢筋，水平焊接固定于钢管桩和套管上。
[0008] 所述环形牛腿由固定于钢管桩外围的环形板和连接环形牛腿与钢管桩的锥形板 组成。
[0009] 土工布袋所对应的灌浆接口内设有与土工布袋连通的土工布管。
[0010] 所述套筒上端设有观察孔，该观察孔距套筒下端面的距离略小于环形牛腿距钢管 桩上端面的距离；所述观察孔共三个，互成120度均匀分布在套筒上。
[0011] 所述套管内侧设置三个用于套管安装导向的导向限位板，导向限位板互成120度 均匀布置。
[0012] 本实用新型的有益效果是：
[0013] 1、在钢管桩外侧设置了环形牛腿，解决了套筒安装时搁置的问题，并用于承担上 部结构传来的坚向荷载，由于环形牛腿的设置使应力路径更加流畅，减缓应力集中现象，减 缓材料疲劳。
[0014] 2、在套筒内侧设置有导向限位板，导向限位板用于套筒安装时，限定套筒的位置 用，可以避免套筒在安装过程中与钢管桩碰撞，并避免套筒和钢管桩之间的间隙过大或过 小。
[0015] 3、在钢管桩外侧、套筒内侧设置水平剪力键，钢管桩和套筒之间的间隙灌注高强 灌浆材料，设置剪力键之后的灌浆体能够很好的承担上部结构传来的各种荷载，包括动力 荷载。
[0016] 4、在套筒底部设置土工布袋，土工布袋在安装前折叠固定在套筒底部，折叠固定 方式为采用棉线弱固定，仅保证安装时土工布袋的处于套筒内侧的位置，在向土工布袋内 高压灌浆后，土工布袋受压力作用膨胀并拉断棉线，在套筒的底部形成封堵，防止漏浆；土 工布袋在灌浆段底部形成了对灌浆材料的包裹，减缓灌浆材料的应力集中现象，减缓材料 疲劳。
[0017] 5、在套筒下端设置灌浆接口，浆液从底部向上灌注，逐步向上排水，保证灌浆的质 量，也保证了此连接方法可用于水下施工。
[0018] 6、连接部位的附属部件全部在工厂内制作，随套筒一起安装，现场仅需要灌注高 强灌浆材料，现场作业工序少、时间短，既保证的连接的可靠性，也具有较好的经济性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是实施例中钢管桩和套筒连接的横剖面图。
[0020] 图2是实施例中环形牛腿放大后的横剖面图。
[0021] 图3是实施例中剪力键布置的平剖面图。
[0022] 图4是实施例中灌浆接口的详图。
[0023] 图5是实施例中土工布袋的详图。
[0024] 图6是实施例中土工布管在灌浆接口内的安装图。
[0025] 图7是实施例中土工布袋在未灌浆前的安装图（横剖面）。
[0026] 图8是实施例中土工布袋在未灌浆前的安装图（平剖面）。
【具体实施方式】
[0027] 如图1所示，本实施例为一个海上风电场的钢管桩1和套筒2之间的连接结构。钢 管桩1外径1219mm壁厚28mm，钢管桩1首先施工，由海上打桩设备打至设计标高。钢管桩 1上外围设置有环形牛腿4,环形牛腿4在钢管桩1制造时就已安装在钢管桩1上。导管架 在钢管桩1施打完成后再安装，套筒2连接在导管架上，导管架安装时将套筒2套在钢管桩 1的外侧，套筒2外径1524mm壁厚36_。钢管桩1和套筒2之间留有116. 5_的间隙，此 间隙用来适应安装误差，也用于充填高强灌浆材料3,间隙底部置有圆环形土工布袋7。本 实施例中连接长度共2500mm，即钢管桩1的上端伸入套筒2内的长度共2500mm。在套筒2 的上端设有观察孔9 (观察孔9距套筒2下端面约2500mm)，观察孔9为直径50mm的圆孔， 共3个，互成120度均匀分布在套筒2上。
[0028] 套筒2安装时搁置在钢管桩1外侧的环形牛腿4上。如图2所示，环形牛腿4由 环形板41和锥形板42组成，固定于钢管桩1外围，锥形板42连接钢管桩1和环形板41外 边缘，支撑环形板41，其中环形板41和锥形板42的尺寸由安装时套筒2传递给牛腿4的坚 向力决定。本实施例环形板41外径1639mm、内径1219mm、厚30mm，锥形板42展开后外径 3848mm、内径 2970mm、厚 28mm。
[0029] 如图3所示，在钢管桩1与套筒2重合段，钢管桩1的外侧、套筒2的内侧均设置 有若干圈剪力键5。剪力键5采用直径20_的螺纹钢筋，用双侧焊缝水平焊接在钢管桩1、 套筒2上。每段剪力键5长度200mm，在套筒2内侧间隔174mm设置，一周共12个；在钢管 桩1外侧间隔123mm设置，一周共12个。如图2所示，钢管桩1和套筒2上的剪力键5在 立面位置错开设置，钢管桩1上的剪力键5间距250mm，套筒2上的剪力键5最下端的位置 分别为 50mm、200mm、325mm，之上也是 250mm。
[0030] 本实施例中在套筒2内侧设置有导向限位板8,导向限位板8共3块，互成120度 均匀布置在套筒2的内侧。导向限位板8由宽80mm、厚16mm的钢板弯折而成，弯折后距套 筒2内壁最大距离80mm，上端留间隙40mm。导向限位板8用于套筒2安装时，限定套筒2 的位置用，避免套筒2在安装过程中与钢管桩1碰撞，并避免套筒2和钢管桩1之间的间隙 过大或过小。
[0031] 本例中在套筒2的下端设置有两个灌浆接口 6 (见图1)，分别距套筒2下端150mm、 700mm。下方的灌浆接口 6用于向土工布袋7灌浆，上方的灌浆接口 6用于向套筒2和钢 管桩1之间的间隙灌浆。如图4所示，灌浆接口 6由钢管61和接于钢管外端的法兰62组 成，钢管61长200mm、外径120mm、内径100mm、厚10mm ;法兰62外径300mm、内径100mm、厚 20mm，法兰上预钻8个20mm的螺栓孔。
[0032] 如图5所示，本实施例中土工布袋7为圆环形，外径1452mm，在灌浆接口 6的内设 有土工布管71。其中土工布袋7宽500_，用厚质土工布缝制而成；土工布管71直径100_， 长360_，同样由厚质土工布缝制而成，土工布管71与土工布袋7之间同样采用缝制的方式 连接。如图6所示，土工布管71安装在灌浆接口 6的内侧，其长于灌浆接口的部分剪开成 8份，弯折后用AB胶粘贴在法兰面62上，在法兰面62有螺栓孔的位置也相应的开孔。
[0033] 本实施例的具体施工方法如下：
[0034] 1、在现场操作中，首先施打钢管桩1，然后安装套筒2,套筒2在导向限位板8的作 用下，将套筒2限定在设计的位置，套筒2搁置于环形牛腿4上；
[0035] 2、将灌浆管与下部的灌浆接口 6的法兰连接，向土工布袋7灌注高强灌浆材料，土 工布袋7在压力作用下膨胀，在套筒2的底部形成封堵，防止漏浆，然后关闭下部灌浆接口 6的灌浆管的阀门；
[0036] 3、将灌浆管与上部的灌浆接口 6的法兰连接，向套筒2与钢管桩1之间的间隙灌 注高强灌浆材料，水泥浆在压力作用下，由底部向上部灌注，逐步向上排水，最后浆液在观 察孔9处溢出，当3个观察孔9都有稳定的浆液溢出时，停止灌浆，关闭灌浆管的阀门；
[0037] 4、将观察孔9用环氧砂浆封堵，整个钢管桩1与套筒2的连接完成，待高强灌浆材 料达到设计强度后，钢管桩1与套筒2的连接就可以承受上部结构传来的压力、拉力和水平 力。
[0038] 如图7、图8所示，本实施例中土工布袋7先于套筒2和钢管桩1安装前就折叠固 定在套筒2的内侧。套筒2的最下端两圈剪力键5为固定土工布袋7做了特别设计，此处 剪力键5采用直径20_的螺纹钢筋，螺纹钢筋按照套筒2的内径弯折，并与套筒内壁预留 1?2mm的间隙，剪力键5与套筒2之间采用间断焊，每90mm焊缝52预留10mm间隙53。用 棉线72穿过间隙53将土工布袋7固定在套筒2的内侧，每个间隙53位置绕3圈棉线72。 土工布袋7在安装前的折叠固定方式为弱固定，仅保证安装时土工布袋7的处于套筒2内 侧的位置，在向土工布袋7内高压灌浆后，土工布袋7受压力作用膨胀，拉断棉线72。
[0039] 本实施例中高强灌浆材料3为高强度、高流态的细石混凝土材料，由高强水泥、细 骨料、粗骨料、减水剂、引气剂、早强剂和水组成。其中水泥为高强水泥，标号52. 5 ;细骨料 为砂；粗骨料为碎石，粗骨料最大粒径< 15mm ;粗、细骨料的原料应为硬岩；减水剂用多环 芳香族磺酸盐类高效减水剂；早强剂用三乙醇胺。
【权利要求】
1. 一种用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，具有打入海床的钢管桩（1)和套于其 上的套筒（2)，其特征在于：所述钢管桩（1)外围制有一圈环形牛腿（4)，所述套筒（2)套于 钢管桩（1)外并搁置于环形牛腿（4)上，套筒（2)与钢管桩（1)之间留有间隙，间隙底部置 有圆环形土工布袋（7)，所述套筒（2)下端设置有两个分别用于向土工布袋（7)和间隙内灌 浆的灌浆接口 ￠)，套筒（2)与钢管桩（1)之间间隙内和土工布袋（7)内填充高强灌浆材料 ⑶。
2. 根据权利要求1所述的用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：在钢 管桩（1)与套管（2)重合段，钢管桩（1)的外侧和套筒（2)的内侧均设置若干圈剪力键（5); 所述钢管桩（1)与套筒（2)上的剪力键（5)在立面位置错开布置。
3. 根据权利要求2所述的用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：所述 剪力键（5)采用螺纹钢筋，水平焊接固定于钢管桩（1)和套管（2)上。
4. 根据权利要求3所述的用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：所述 环形牛腿（4)由固定于钢管桩（1)外围的环形板（41)和连接环形牛腿（4)与钢管桩（1) 的锥形板（42)组成。
5. 根据权利要求4所述的用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：土工 布袋（7)所对应的灌浆接口（6)内设有与土工布袋（7)连通的土工布管（71)。
6. 根据权利要求5所述的用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：所述 套筒（2)上端设有观察孔（9)，该观察孔距套筒（2)下端面的距离略小于环形牛腿（4)距钢 管桩⑴上端面的距离；所述观察孔（9)共三个，互成120度均匀分布在套筒⑵上。
7. 根据权利要求6所述的用于海上风电的桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：所述 套管⑵内侧设置三个用于套管⑵安装导向的导向限位板（8)，导向限位板⑶互成120 度均匀布置。
【文档编号】E02D27/44GK203866853SQ201420230235
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】赵生校, 孙杏建, 黄春林, 俞华锋, 贾献林, 汤群益, 冯卫江, 吴芳和, 吕国儿 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院有限公司