一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础及其施工方法，所述筒型基础包括筒型基础和螺旋桩，本发明专利技术中在筒型基础中央部分植入螺旋桩，通过控制螺旋叶片在泥面内旋转，产生向下的贯入力，该贯入力通过肋板和圆形钢板传递至筒型基础，从而带动筒型基础向下贯入，沉放至设计深度，解决了桩筒复合基础的协同沉放问题；在沉放完成后，通过预制在结构内部的灌浆管将水硬性混凝土灌注入螺旋桩和筒型基础灌浆套管的连接处，使筒型基础和螺旋桩结合为一体，使螺旋桩基础和筒型基础在服役过程中协同作用，充分发挥各自的承载优势，提高结构整体的复合承载能力。

A spiral pile composite tubular foundation for offshore fan and its construction method

The invention discloses a spiral pile composite cylinder foundation and a construction method thereof for an offshore fan. The cylinder foundation comprises a cylinder foundation and a spiral pile. In the invention, a spiral pile is implanted in the central part of the cylinder foundation, and the downward penetration force is generated by controlling the rotation of the spiral blade in the mud surface. The penetration force is transmitted to the cylinder foundation through a rib plate and a circular steel plate, so as to drive the cylinder foundation After the sinking, the hydraulic concrete is poured into the joint of the spiral pile and the tubular foundation grouting casing through the pre cast grouting pipe inside the structure, so that the tubular foundation and the spiral pile are integrated, and the spiral pile foundation and the tubular foundation work together in the service process With, give full play to their own bearing advantages, improve the overall composite bearing capacity of the structure.

【技术实现步骤摘要】
一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础及其施工方法
本专利技术涉及一种海洋工程的基础结构，特别是涉及一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础及其施工方法。
技术介绍
随着石化能源的大量使用与过度开发，能源危机和温室效应成为现在人们面对的两大发展难题，海上风能作为一种可再生的清洁能源，具有节省土地资源、风速高而且持续，不用考虑复杂地形对气流的影响，对周围环境的影响小等优点，成为缓解全球能源紧张形势的新方向。传统筒型基础作为一种新型的海洋平台基础形式，实质上是一种带裙板的圆板基础，由于其具有减少工程量、节省投资、缩短施工时间、可重复使用等优点，正逐步应用于海上风电的基础工程中。但海上风机作为一种高耸结构物，其地基基础除了承受结构自重以及波浪荷载、风荷载等循环荷载的作用外，水平向作用力与塔顶传来巨大的倾覆力矩是其承受的主要作用力，尤其是面对我国近海海岸的软弱土质时，极易造成风机的倾覆。面对这一问题，现在普遍采用的方法是加深筒型基础的裙板深度，但是这种措施必定会造成风机施工成本的提高与施工难度的增加。刘润、祁越、汪嘉钰等人在文献《复合加载模式下单桩复合筒型基础地基承载力包络线研究》和《桩筒复合风电基础H-M荷载空间的承载力包络线研究》中曾提出过一种单桩复合筒型基础，该基础有效地结合了基桩能够承受竖向荷载与筒型基础能够抵抗水平向变形的特点，使桩筒能够协同作用，减少桩顶变位，充分发挥各自的承载能力。但筒型基础在沉放过程中需要负压沉放工艺，桩基础需要利用打入的方法进行施工，无法同步施工，且在施工过程中也存在筒型基础内部负压维持和桩筒协调定位的相关问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础及其施工方法，该基础形式在筒型基础中央部分植入螺旋桩，通过控制螺旋叶片在泥面内旋转，产生向下的贯入力，该贯入力传递至筒型基础，从而带动筒型基础向下贯入，沉放至设计深度。在服役过程中本基础可使桩筒协同作用，充分发挥各自的承载优势，提高结构整体的复合承载能力。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础，包括筒型基础和螺旋桩；所述筒型基础的筒顶面(工作状态下为位于顶部)的中心处形成有向上隆起的灌浆套管；所述螺旋桩包括螺旋桩上部结构和螺旋桩下部结构；所述螺旋桩上部结构包括螺旋桩上部结构本体、肋板、上法兰以及圆形钢板，所述螺旋桩上部结构本体呈柱状，所述上法兰设置于螺旋桩上部结构的下端，所述肋板环绕设置于螺旋桩上部结构本体的四周，所述圆形钢板设置于肋板的下方，使整个螺旋桩上部结构可以在筒顶面沿中轴线进行自由转动；所述螺旋桩下部结构包括螺旋桩下部结构本体、螺旋叶片和下法兰，所述螺旋桩下部结构本体上端形成有下法兰，所述下法兰与所述螺旋桩上部结构的上法兰相连接固定，并安装在灌浆套管的上端面，所述螺旋桩下部结构本体下端形成有螺旋叶片；所述灌浆套管内(法兰结构的下方)填充有混凝土填充物，用于在筒型基础的下沉安装完成后使螺旋桩和筒型基础结合为一体。在上述技术方案中，所述筒顶面的表面外周处形成有限位环形壁。在上述技术方案中，所述圆形钢板安装于所述限位环形壁内，所述限位环形壁的内径与圆形钢板的外径相适应，限位环形壁对整个螺旋桩上部结构起到限位的作用。在上述技术方案中，所述螺旋桩上部结构本体的内部设置有灌浆管，用于向灌浆套管内灌入混凝土填充物。在上述技术方案中，所述灌浆管的下端开口位于螺旋桩下部结构本体的外壁上(位于灌浆套管内)。在上述技术方案中，所述筒型基础还包括用于将螺旋桩旋入土体内的外接动力机构，外接动力机构通过在螺旋桩顶端施加扭力。在上述技术方案中，所述肋板的数量为4，相邻呈90度分布在螺旋桩上部结构本体的四周。在上述技术方案中，所述筒顶面上放置有用于产生下沉力的外置配重。在上述技术方案中，所述筒型基础上设置有用于吊运的吊环。一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础的施工方法，按照下述步骤进行：步骤一、在陆上对螺旋桩通过法兰进行组装：先将螺旋桩下部结构由上部插入灌浆套管内，使下法兰位于灌浆套管的上端面，再通过法兰结构将螺旋桩上部结构安装在筒型基础的筒顶面上；步骤二、将筒型基础连同螺旋桩吊运至目标放置水域，通过自重或者外置配重作用使螺旋桩部分贯入泥面以下；步骤三、在外部动力装置的驱动下，使螺旋桩产生围绕其旋转轴的转动，贯入泥面部分的螺旋叶片在转动作用下产生向下的贯入力，筒型基础在该贯入力和自重的联合作用下贯入至预定深度；步骤四、利用灌浆管将水硬性混凝土灌注至筒型基础上的灌浆套管，待混凝土产生足够的强度后，使筒型基础和螺旋桩形成整体、协同受荷。本专利技术的优点和有益效果为：本专利技术中的基础形式在筒型基础中央部分植入螺旋桩，通过控制螺旋叶片在泥面内旋转，产生向下的贯入力，该贯入力通过肋板和圆形钢板传递至筒型基础，从而带动筒型基础向下贯入，沉放至设计深度，解决了桩筒复合基础的协同沉放问题；在沉放完成后，通过预制在结构内部的灌浆管将水硬性混凝土灌注入螺旋桩和筒型基础灌浆套管的连接处，使筒型基础和螺旋桩结合为一体，使螺旋桩基础和筒型基础在服役过程中协同作用，充分发挥各自的承载优势，提高结构整体的复合承载能力。附图说明图1是本专利技术一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础的正视图；图2是本专利技术一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础的俯视图；图3是图1中A-A’的截面图；图4是图2中B-B’的截面图；图5是筒型基础的正视图；图6是筒型基础的俯视图；图7是图6中C-C’的截面图；图8是螺旋桩上部结构的正视图；图9是螺旋桩上部结构的俯视图；图10是螺旋桩下部结构的正视图；图11是螺旋桩下部结构的俯视图；图12是法兰连接处的局部结构正视图；图13是法兰结构俯视图；图14是本专利技术装置在灌浆作业完成后，灌浆套管处局部结构示意图。上述图中：1为筒型基础；1-1为筒型基础本体；1-2为限位环形壁；1-3为灌浆套管；2为螺旋桩上部结构；2-1为螺旋桩上部结构本体；2-2为肋板；2-3为上法兰；2-4为圆形钢板；3为螺旋桩下部结构；3-1为螺旋桩下部结构本体；3-2为螺旋叶片；3-3为下法兰；4为法兰；5为灌浆管；6为螺栓；7为螺帽，8为混凝土填充物。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础，包括筒型基础1、螺旋桩基础上部结构2、螺旋桩基础下部结构3和外置动力装置，其特征在于筒型基础本体1-1的顶盖处预制了限位环形壁1-2，中央位置预制了灌浆套管1-3；在螺旋桩上部结构本体2-1上预先焊接了若干肋板2-2，肋板2-2下沿与圆形钢板2-4焊接，螺旋桩上部结构本体2-1下沿焊接了一个上法兰2-3；在螺旋桩下部结构本体3-1的下部焊接了螺旋叶片3-2，螺旋桩下部结构本体3-1上沿焊接了一个下法兰3-3。上法兰2-3和下法兰3-3利用配套的螺栓6和螺母7共同组成了一对法兰4，将螺旋桩的上部结构2和螺旋桩的下部结构3连接为一体，法兰4的直径应小于筒型基础灌浆套管1-3的直径，以保证螺旋桩在转动时不会带动筒型基础1转动，降低了安装过程中所需施加的扭矩；螺旋桩安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础，其特征在于：包括筒型基础和螺旋桩；所述筒型基础的筒顶面的中心处形成有向上隆起的灌浆套管；所述螺旋桩包括螺旋桩上部结构和螺旋桩下部结构；所述螺旋桩上部结构包括螺旋桩上部结构本体、肋板、上法兰以及圆形钢板，所述螺旋桩上部结构本体呈柱状，所述上法兰设置于螺旋桩上部结构的下端，所述肋板环绕设置于螺旋桩上部结构本体的四周，所述圆形钢板设置于肋板的下方，整个螺旋桩上部结构可以在筒顶面沿中轴线进行自由转动；所述螺旋桩下部结构包括螺旋桩下部结构本体、螺旋叶片和下法兰，所述螺旋桩下部结构本体上端形成有下法兰，所述下法兰与所述螺旋桩上部结构的上法兰相连接固定，并安装在灌浆套管的上端面，所述螺旋桩下部结构本体下端形成有螺旋叶片；所述灌浆套管内填充有混凝土填充物，用于在筒型基础的下沉安装完成后使螺旋桩和筒型基础结合为一体。

【技术特征摘要】
1.一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础，其特征在于：包括筒型基础和螺旋桩；所述筒型基础的筒顶面的中心处形成有向上隆起的灌浆套管；所述螺旋桩包括螺旋桩上部结构和螺旋桩下部结构；所述螺旋桩上部结构包括螺旋桩上部结构本体、肋板、上法兰以及圆形钢板，所述螺旋桩上部结构本体呈柱状，所述上法兰设置于螺旋桩上部结构的下端，所述肋板环绕设置于螺旋桩上部结构本体的四周，所述圆形钢板设置于肋板的下方，整个螺旋桩上部结构可以在筒顶面沿中轴线进行自由转动；所述螺旋桩下部结构包括螺旋桩下部结构本体、螺旋叶片和下法兰，所述螺旋桩下部结构本体上端形成有下法兰，所述下法兰与所述螺旋桩上部结构的上法兰相连接固定，并安装在灌浆套管的上端面，所述螺旋桩下部结构本体下端形成有螺旋叶片；所述灌浆套管内填充有混凝土填充物，用于在筒型基础的下沉安装完成后使螺旋桩和筒型基础结合为一体。2.根据权利要求1所述的一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础，其特征在于：所述筒顶面的表面外周处形成有限位环形壁。3.根据权利要求1所述的一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础，其特征在于：所述圆形钢板安装于所述限位环形壁内，所述限位环形壁的内径与圆形钢板的外径相适应，限位环形壁对整个螺旋桩上部结构起到限位的作用。4.根据权利要求1所述的一种用于海上风机的螺旋桩复合筒型基础，其特征在于：所述螺旋桩上部结构本体的内部设置有灌浆管，用于向灌浆套管内灌入混凝土填充物。5.根据权利要求1所述的一种用于海上风机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润，汪嘉钰，练继建，付登锋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12