螺旋锚-防沉板-导管架复合基础及其施工方法技术

一种螺旋锚‑防沉板‑导管架复合基础及其施工方法，它包括防沉板、法兰、螺旋锚和连接块，通过在锚杆中下段设置螺旋片组成螺旋锚，法兰与锚杆上端连接，防沉板下侧设置连接孔与法兰上的安装孔相互对应，多个防沉板阵列布设，每个防沉板下侧面阵列布设多个法兰，每个法兰与螺旋锚连接，螺旋锚上的螺旋片分为左旋和右旋，导管架与防沉板内的连接块连接。本发明专利技术克服了原传统导管架必须采用嵌岩施工才能达到的承载能力，施工周期长成本高的问题，具有便于组装和运输，有利于回收，抗拔抗压性能好，强度高，结构稳定，抗倾覆性能好，施工效率高，操作简单方便。

【技术实现步骤摘要】
螺旋锚-防沉板-导管架复合基础及其施工方法
本专利技术属于海上风电基础
，涉及一种螺旋锚-防沉板-导管架复合基础及其施工方法。
技术介绍
在能源利用中，陆上油气资源已无法满足社会发展进步的需求，燃烧化石能源的过程中排出的含有二氧化碳及二氧化硫等气体在产生温室效应的同时污染环境。因此，我国逐渐将能源开发的目标转移到了海洋清洁能源，海上风能是一种产能稳定、利用效率高又环保无污染的清洁能源，导管架是海上风电工程中的一种常用平台支撑，导管架由腿柱和连接腿柱的纵横杆组成，其上搭接风机塔筒。导管架型平台由钢管桩通过导管架固定于海底的结构物，导管架本身具有足够的刚性，以保证平台结构的完整性，从而提高了平台抵抗自然荷载的能力。导管架作为传力支撑结构，将海底桩基同上部风机塔筒连接，为风机结构提供稳定的工作条件。为了确保各个结构之间的紧密连接，在打桩完毕后，桩和圆管之间通过水泥或者焊接进行固定连接，加强了平台工作的整体性，且使平台的各种荷载能均匀的传递到底部各桩基上。目前，传统的导管架底部连接的多个单桩基础在浅覆盖层地质条件下的海域需要通过嵌岩施工才能提供足够的抗拔、抗水平和抗倾覆等复合承载能力，然而嵌岩施工极大的增加了施工成本、难度以及周期；另外，随着海上结构物如海上风电机组的大型化，对底部基础的承载能力提出了更高的要求，这会导致底部单桩基础用钢量的增加进而增加建设成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种螺旋锚-防沉板-导管架复合基础及其施工方法，结构简单，在锚杆中下段设置螺旋片组成螺旋锚，法兰与锚杆上端连接，防沉板下侧设置连接孔与法兰上的安装孔相互对应，多个防沉板阵列布设，每个防沉板下侧面阵列布设多个法兰，每个法兰与螺旋锚连接，螺旋锚上的螺旋片分为左旋和右旋，导管架与防沉板内的连接块连接，便于组装和运输，有利于回收，抗拔抗压性能好，强度高，结构稳定，抗倾覆性能好，施工效率高，操作简单方便。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，它包括防沉板、法兰、螺旋锚和连接块；所述螺旋锚的上端与法兰的下侧连接，法兰与防沉板连接，连接块与防沉板连接；多个防沉板阵列布设，每个防沉板下侧面阵列布设多个法兰，每个法兰至少与一个螺旋锚连接。所述防沉板为中空的箱型结构，多个连接孔贯穿箱底；箱体内部设置填充物。所述法兰的上侧面呈环形分布多个安装孔，螺栓与安装孔和防沉板连接。所述螺旋锚的螺旋片位于锚杆的中下段。每个所述的防沉板下部的多个螺旋锚，其中部分螺旋片的螺旋方向为左旋，另一部分螺旋片的螺旋方向为右旋。所述连接块为平板，其上设置多个固定孔。如上所述的螺旋锚-防沉板-导管架复合基础的施工方法，它包如下步骤：S1,锚固，采用钻机将螺旋锚贯入指定位置的海床中；贯入时，部分螺旋锚左旋贯入，部分螺旋锚右旋交替布设贯入；依次完成其余螺旋锚的锚固，形成多组呈阵列的结构；S2,安装防沉板，采用起吊设备将防沉板吊入指定的一组螺旋锚上，防沉板底部的连接孔与法兰上的安装孔相互对应，螺栓穿过连接孔和安装孔将法兰和防沉板连接成一个整体；S3,依次完成其余的螺旋锚和防沉板的连接，形成螺旋锚和防沉板组合结构的基础；S4,将落石、砂砾或工业废料的填充物灌注到防沉板内。螺旋锚相对于其他基础型式来说有具有安装快速、抗压、抗拔、抗水平、抗倾覆承载性能高，便于回收反复利用的优势；在相同用钢量的条件下，能提供更大的抗拔承载力。普通的锚杆贯入土体需要施加较大的扭矩，但将螺旋锚逆向旋转出土面所需的扭矩只有贯入时的几十分之一甚至更小，若将单个螺旋锚作为导管架底部的固定基础，则在复杂海洋荷载作用下极有可能反方向旋转出地基，造成基础松动，至使基础承载力大幅下降，导致上部结构倾覆、损坏等工程事故。然而，这一缺点通过增加防沉板来解决，将多个螺旋锚组合在一起时，将螺旋锚交替采用相反的旋转方向安装贯入地基，比如一个左旋贯入、一个右旋贯入，一方面可以保证在受到不同方向扭转作用时，依靠防沉板的约束作用，螺旋锚相互约束，不会轻易从地基中旋转脱离，仍然保持基础的稳定性能和较强承载性能；另一方面可以减少施工平台或船舶受到的扭矩荷载，便于施工。防沉板由于板面积较大，具有承担一定竖向荷载、水平和倾覆荷载的能力；当防沉板安装于软黏土地基上时，土体的粘聚力会为防沉板提供一定的抗拔承载力，一旦超过临界点抗拔承载力会急剧下降，防沉板和黏土快速脱离，在此状态下风险显著提升；当防沉板基础安装于砂土地基上时，由于砂土无黏性，除防沉板自身重量外，土体不能为其提供抗拔承载力，所以在砂土地基上防沉板的抗拔承载力欠缺。通过将防沉板和螺旋锚连接的复合基础，不仅能拥有高抗拔承载能力，也能拥有高抗压、高抗滑、高抗倾覆和高抗冲刷能力。本专利技术设计了一种螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，将一定数量的螺旋锚和防沉板组装，很大程度地提升防沉板的抗拔承载力，螺旋锚也承担一部分抗滑抗倾覆的功能，在同样的承载性能要求下，螺旋桩和防沉板的尺寸均显著降低，使得整个运输和安装过程更为便捷灵活。该复合基础为装配体，螺旋锚、基础本体和导管架连接块根据实际环境和地质条件调节尺寸、材料和位置，螺旋锚、基础和导管架连接块的安装主要通过打孔和螺栓来相互固定，便于调节、灵活度高、安装成本低、使用方便。对螺旋锚和防沉板的材料要求低，加工难度低。运输方便，固定大型海洋结构物时，可批量生产、运输和安装。因此本专利技术是生产模块化、生产费用低廉、运输灵活、承载能力优越的新型螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，该复合基础是一种更为稳定优越的基础形式。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术法兰与螺旋锚连接的结构示意图。图3为本专利技术螺旋锚连接的结构示意图。图4为本专利技术防沉板的内部结构示意图。图5为本专利技术连接块的结构示意图。图6为本专利技术的使用状态图。图中：防沉板1，法兰2，螺栓21，螺旋锚3，螺旋片31，锚杆32，连接块4。具体实施方式如图1~图6中，一种螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，它包括防沉板1、法兰2、螺旋锚3和连接块4；所述螺旋锚3的上端与法兰2的下侧连接，法兰2与防沉板1连接，连接块4与防沉板1连接；多个防沉板1阵列布设，每个防沉板1下侧面阵列布设多个法兰2，每个法兰2至少与一个螺旋锚3连接。优选地，螺旋锚、防沉板、导管架连接块的尺寸根据实际情况进行选择，材料采用钢材。优选的方案中，所述防沉板1为中空的箱型结构，多个连接孔贯穿箱底；箱体内部设置填充物。优选地，防沉板内部填充物为落石、碎砂以及工业废料，满足防沉板的重力需求。优选地，连接孔数量根据需求设置。优选的方案中，所述法兰2的上侧面呈环形分布多个安装孔，螺栓21与安装孔和防沉板1连接。优选地，螺旋锚顶部法兰呈圆形，打有环形分布的六个孔以便和防沉板进行组装；优选的方案中，所述螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，其特征是：它包括防沉板（1）、法兰（2）、螺旋锚（3）和连接块（4）；所述螺旋锚（3）的上端与法兰（2）的下侧连接，法兰（2）与防沉板（1）连接，连接块（4）与防沉板（1）连接；多个防沉板（1）阵列布设，每个防沉板（1）下侧面阵列布设多个法兰（2），每个法兰（2）至少与一个螺旋锚（3）连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，其特征是：它包括防沉板（1）、法兰（2）、螺旋锚（3）和连接块（4）；所述螺旋锚（3）的上端与法兰（2）的下侧连接，法兰（2）与防沉板（1）连接，连接块（4）与防沉板（1）连接；多个防沉板（1）阵列布设，每个防沉板（1）下侧面阵列布设多个法兰（2），每个法兰（2）至少与一个螺旋锚（3）连接。


2.根据权利要求1所述的螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，其特征是：所述防沉板（1）为中空的箱型结构，多个连接孔贯穿箱底；箱体内部设置填充物。


3.根据权利要求1所述的螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，其特征是：所述法兰（2）的上侧面呈环形分布多个安装孔，螺栓（21）与安装孔和防沉板（1）连接。


4.根据权利要求1所述的螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，其特征是：所述螺旋锚（3）的螺旋片（31）位于锚杆（32）的中下段。


5.根据权利要求1所述的螺旋锚-防沉板-导管架复合基础，其特征是：每个所述的防沉板（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗仑博，张炜，代加林，徐海滨，王卫，张泽超，田英辉，王乐，岳洋，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：北京;11