一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础及施工方法技术

本发明专利技术为一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础及施工方法，包括单桩、摩擦盘、多个吸力筒，该施工方法包括以下过程：1)漂浮拖运：使摩擦盘承载初装在其上的多个吸力筒通过漂浮方式托运到大概位置；2)下锚定位和释放浮力下沉：采用小船锚定大概位置设置定位锚，收放绳索，托运船拖动摩擦盘定位释放浮力下沉；3)负压沉筒：抽取吸力筒内的水，实现负压下沉吸力筒至设置位置，并固定；4)安装平台就位定位打桩：由海上安装平台将单桩沉桩至设计位置，将单桩穿过摩擦盘进入淤泥质土，进而插入下部持力砂土层，顶在基岩位置；打桩到位后，将单桩和摩擦盘固定。该基础更加经济承载能力更好，尤其适用于针对上覆层薄弱且基岩较浅的地质条件。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础及施工方法
本专利技术涉及海洋岩土
，具体为一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础及施工方法。
技术介绍
本专利技术是在海上风机单桩的设计基础上，充分优化改进，达到更加经济承载能力更好的目的。海上风机单桩基础施工简单，适用水深范围大是现在使用范围最广的风电基础形式之一。但其刚度较小，受到外力基础变形较大。为了达到设计规范变形要求往往使用大直径单桩增加基础刚度，但是工程造价和施工难度也随之增加。通过复合单桩基础达到增加基础刚度和承载力是一条新思路，复合单桩基础可以有效的增加基础刚度和承载力。但是，目前的复合基础形式增加的基础刚度和承载力有限，不能有效地减少桩身长度，在广州、福建近海地区分布大面积的浅覆盖层使用单桩基础和目前的复合单桩基础经常不可避免嵌岩施工，使安装难度和安装成本大幅度提高。
技术实现思路
：本专利技术的目的是，提供一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础及施工方法，在海上风机单桩的设计基础上，充分优化改进，达到更加经济承载能力更好的目的。广泛适用于多种复杂地质工况，尤其针对上覆层薄弱且基岩较浅的地质条件。这种新型基础也适用于传统水平轴发动机和新型垂直轴风力发电机。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础的施工方法，包括单桩、摩擦盘、多个吸力筒，其特征在于，该施工方法包括以下过程：1)漂浮拖运：使摩擦盘承载初装在其上的多个吸力筒通过漂浮方式托运到大概位置；2)下锚定位和释放浮力下沉：采用小船锚定大概位置设置定位锚，收放绳索，托运船拖动摩擦盘定位释放浮力下沉；3)负压沉筒：抽取吸力筒内的水，实现负压下沉吸力筒至设置位置，并固定；4)安装平台就位定位打桩：由海上安装平台将单桩沉桩至设计位置，将单桩穿过摩擦盘进入淤泥质土，进而插入下部持力砂土层，顶在基岩位置；打桩到位后，将单桩和摩擦盘固定。在单桩和摩擦盘固定好后，在摩擦盘顶面上铺设防冲刷砾石；然后通过向吸力筒内部注入混凝土，使吸力筒内部由混凝土和淤泥密实填充。为了保证漂浮托运的安全性在摩擦盘周围外设托运气囊保证托运安全，以抵抗突发情况，如海上风浪等未知情况。本专利技术还保护一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础，该基础包括单桩2、摩擦盘1和多个吸力筒3；所述摩擦盘上设置有中心筒，以中心筒为中心呈圆周均匀分布多个吸力筒套筒；中心筒和吸力筒套筒之间、环形钢板与中心筒和吸力筒套筒三者之间均通过刚性构件固定在一起；中心筒内固定安装单桩，吸力筒套筒内安装吸力筒3，在安装过程中吸力筒与吸力筒套筒没使用连接构件连接吸力筒能在外力作用下沿吸力筒套筒的轴向运动。所述吸力筒上部封闭，并在上部顶端留设吸水孔，由电磁阀控制吸水孔的开闭，吸力筒的顶部侧面设置有定位螺孔3-3，通过定位螺栓将吸力筒与吸力筒套筒固定在一起，吸力筒的下部设有定位销3-1，用于未沉筒时将吸力筒初步顶紧在吸力筒中，在受到较大外力时吸力筒能克服定位销的顶紧力，沿轴向向下运动。所述摩擦盘整体呈圆台型，包括环形钢板1-6，中心筒位于环形钢板的中心，在环形钢板上避开中心筒和吸力筒套筒的区域浇筑混凝土层，环形钢板包裹在混凝土中，使其整体形成圆台状，摩擦盘的下沿设置有包角扁铁，摩擦盘的中心断面呈梯形与矩形拼接的形状，梯形的下底与矩形的长边相等，在梯形上端变截面处离心方向45°冲剪破坏面上设置吸力筒套筒。所述吸力筒内部安装有反滤装置，所述反滤装置包括土工布过滤层；吸力筒的数量优选为3-6个。在摩擦盘内还加设有抗弯钢筋、抗裂钢筋，摩擦盘及单桩、吸力筒中全浸区采用涂层保护、涂层保护联合阴极保护，涂层保护为热喷涂金属。吸力筒的下端与吸力筒套筒下端夹紧，在吸力筒未开放筒内空间时，多个吸力筒和摩擦盘的总重力等于摩擦盘负载吸力筒后所产生的浮力；在吸力筒完全开放筒内空间时，所产生的最大浮力大于多个吸力筒和摩擦盘的总重力，保证施工安全；在浮力不足时加设气囊增加浮力。所述环形钢板底部混凝土保护层厚度环形钢板上均匀开孔1-5，开孔半径100mm≤r≤200mm,开孔避开焊接区250毫米范围；中心筒到单桩距离l1≤350mm。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：本专利技术的显著进步是：海上风力发电基础建设成本中运维、安装成本占总成本30％左右，特别是安装工程中的运杂费和施工机具使用费成本占比非常高。由于大型运输船和安装平台市场资源有限，在工程抢工期大型船只、施工机械紧俏常常造成停工，影响工程进度的同时消耗了建设投资使投资风险增大，严重时会造成资金链断裂引发严重后果。本专利技术的运维方法简单而且可节约大量经费，其使用的施工机械普遍，不会发生因施工机具问题造成停工，大大降低施工风险。从以往的风电基础形式对比中看，吸力筒基础比其他基础例如：单桩基础、导管架基础、水上三桩和水下三桩基础的增量投资收益率高。本专利技术节约大量运维、安装成本其会增量投资收益率更高。相比与其他的基础形式在基础可适用的范围内可行性更高。尤其对于存在浅覆盖层的海洋施工环境，相比于其他基础形式本专利技术的适用性更好。本专利技术的实质性特点是：1、吸力筒可以控制圆台摩擦盘沉放，易于控制调平。2、单桩、圆台摩擦盘与吸力筒共同作用，提供了较大的抗弯能力和抗扭能力，使基础适用于水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。3、吸力筒可以为混凝土圆台摩擦盘提供预压力，摩擦盘盘顶产生负弯矩，可以有效地平衡底部正弯矩，减少底部裂缝。4、圆台摩擦盘下部沉入淤泥质土中，减少海水的冲刷作用。4、本专利技术通过吸力筒，贯穿软弱上覆淤泥质土层至下部良好土层，有效的减小了单桩埋深，降低了施工难度，节约成本。5、圆台摩擦盘预压淤泥质土，加速淤泥质土的固结。6、吸力筒负压抽吸过程加速单桩周围土体固结。7、本专利技术施工方法简单，只需托运船便可以完成基础的运输和定位，普通打桩船便可以完成施工可以大幅度节约安装成本，同时也降低了施工风险。具体流程在具体实施方式有详细描述。本专利技术在海床处安放一个圆台摩擦盘为单桩提供一个抗倾覆力矩，以达到减小桩长的目的，但是对于海床地质复杂的区域，软弱上覆层多为淤泥质土，使圆台摩擦盘无法达到最优作用效果，因此，本专利技术在摩擦盘上又设计了多个吸力筒，穿过软弱上覆层，达到土质条件较好的土层，为桩-盘的作用效果提供进一步支持。吸力筒同时能够优化施工方法，每个吸力筒分别进行负压沉罐，分别控制在基础沉放时起到调平作用。同时减小沉桩深度，降低沉桩的难度，也有效的节约建造成本。附图说明图1为本专利技术海上风机多筒加固的复合式单桩基础的立体结构示意图；图2为本专利技术环形钢板透视图；图3为本专利技术俯视图；图4为本专利技术漂浮拖运的施工示意图；图5为下锚定位时的施工示意图；图6为释放浮力下沉时的施工示意图；图7为负压沉筒的施工示意图；图8为安装平台就位等待安装单桩时的施工示意图；图9为定位打桩时的施工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础的施工方法，包括单桩、摩擦盘、多个吸力筒，其特征在于，该施工方法包括以下过程：/n1)漂浮拖运：使摩擦盘承载初装在其上的多个吸力筒通过漂浮方式托运到大概位置；/n2)下锚定位和释放浮力下沉：采用小船锚定大概位置设置定位锚，收放绳索，托运船拖动摩擦盘定位释放浮力下沉；/n3)负压沉筒：抽取吸力筒内的水，实现负压下沉吸力筒至设置位置，并固定；/n4)安装平台就位定位打桩：由海上安装平台将单桩沉桩至设计位置，将单桩穿过摩擦盘进入淤泥质土，进而插入下部持力砂土层，顶在基岩位置；/n打桩到位后，将单桩和摩擦盘固定。/n

【技术特征摘要】
1.一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础的施工方法，包括单桩、摩擦盘、多个吸力筒，其特征在于，该施工方法包括以下过程：
1)漂浮拖运：使摩擦盘承载初装在其上的多个吸力筒通过漂浮方式托运到大概位置；
2)下锚定位和释放浮力下沉：采用小船锚定大概位置设置定位锚，收放绳索，托运船拖动摩擦盘定位释放浮力下沉；
3)负压沉筒：抽取吸力筒内的水，实现负压下沉吸力筒至设置位置，并固定；
4)安装平台就位定位打桩：由海上安装平台将单桩沉桩至设计位置，将单桩穿过摩擦盘进入淤泥质土，进而插入下部持力砂土层，顶在基岩位置；
打桩到位后，将单桩和摩擦盘固定。


2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在单桩和摩擦盘固定好后，在摩擦盘顶面上铺设防冲刷砾石；然后通过向吸力筒内部注入混凝土，使吸力筒内部由混凝土和淤泥填充。


3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，为了保证漂浮托运的安全性在摩擦盘周围外设托运气囊保证托运安全，以抵抗突发情况。


4.一种海上风机多筒加固的复合式单桩基础，包括单桩，其特征在于，该基础还包括摩擦盘和多个吸力筒；
所述摩擦盘上设置有中心筒，以中心筒为中心呈圆周均匀分布多个吸力筒套筒；中心筒和吸力筒套筒之间、环形钢板与中心筒和吸力筒套筒三者之间均通过刚性构件固定在一起；中心筒内固定安装单桩，吸力筒套筒内安装吸力筒，吸力筒与吸力筒套筒没使用连接构件连接时吸力筒能在外力作用下沿吸力筒套筒的轴向运动。


5.根据权利要求4所述的基础，其特征在于，所述吸力筒上部封闭，并在上部顶端留设吸水孔，由电磁阀控制吸水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪菲，李家乐，李德明，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12