【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海上风电工程，具体涉及一种海上风电的单桶复合基础及其施工方法。
技术介绍
1、桶形基础结构是一种短粗的底端开口、顶端封闭的薄壁圆筒结构。桶形基础利用渗流理论和负压沉贯原理，在基础和上部结构自重和负压作用下，下沉至泥面以下设计深度，不需要大型海上施工船舶和装备，海上施工、运输和安装方便，能大大减少海上风电基础的建造和施工成本，适用于近海区域的水深和地质条件。
2、现有的桶形基础在应用过程中常存在如下问题：
3、(1)在浅海较硬地基处进行桶形基础安装时其初始贯入比较困难，难以形成有效的密封状态，不利于基础的顺利沉贯；沉贯后期由于桶周土体侧摩阻力增大，使得桶基无法沉贯到位；
4、(2)受到海洋复杂环境的影响及复杂合力的作用，桶形基础的稳定性较差，基础抵抗水平荷载和倾覆荷载的能力较弱；
5、(3)桶形基础承载能力主要依靠受浅层土体抗力，不能有效利用下部土体，而增加桶长会增加沉贯难度，难以到达设计标高，为了满足设计寿命内的抗倾覆力矩等要求，桶径和桶长等结构参数较大，钢材耗费大，成本高，且过大的桶基尺寸反过来影响了桶基的沉贯；
6、对于覆盖层较浅的地基，往往存在坚硬的砂土及岩石地基，如沿海地区，难以打桩，桩基础型式难以应用。桶形基础适用性较差，阻碍了其进一步推广，制约了桶形基础型式的应用。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于，提供一种单桶基础与预应力锚杆(索)结构结合的复合基础。为此，本专利技术采用以下技术方案：
2、一种海上风电的单桶复合基础，包括单桶基础与预应力拉锚结构，所述单桶基础在其上部的过渡段与下部的桶体之间设置底板结构，所述底板结构内设置有分隔过渡段与桶体的底板，所述底板内沿沉贯方向贯通开设有预埋孔，底板内设置与预埋孔配合的拉锚辅助管，所述拉锚辅助管的底端延伸至桶体内部，桶体底部设有开口；所述预应力拉锚结构设置在拉锚辅助管内，且其两端延伸至拉锚辅助管外分别设置上锁定端和下锁定端，所述上锁定端与底板连接，所述下锁定端越过单桶基础基底的弹性楔形滑动区域土体与海床地基连接，以通过预应力拉锚结构及其上、下锁定端对单桶基础形成海上抗倾覆状态。
3、进一步地：所述底板上方设置有加强梁，所述加强梁内设置与底板上的预埋孔同轴配合的延伸孔，以使得拉锚辅助管设置于预埋孔与延伸孔内，同时上锁定端设置在加强梁上。
4、进一步地：所述底板结构在底板的外围部分与中间部分分别设置环形梁和底板核心，所述环形梁的顶端和底端分别与过渡段和桶体连接，所述环形梁与底板核心的标高高于底板上表面；所述加强梁的两端分别连接环形梁和底板核心。
5、进一步地：所述拉锚辅助管的底端伸入海床面以下。
6、进一步地：所述预应力拉锚结构对应下锁定端埋深至坚硬土层的地基情况，设置为锚杆结构；所述预应力拉锚结构对应下锁定端埋深至坚硬岩层的地基情况，设置为锚索结构。
7、进一步地：所述锚杆结构包括沿拉锚辅助管轴向方向设置的螺旋锚杆，上下相邻的所述螺旋锚杆之间首、尾部连接设置有锚杆连接器，所述加强梁顶部设置承压垫板，所述承压垫板内部设有供螺旋锚杆穿过的第一连接孔，承压垫板上方设置有与螺旋锚杆连接配合的紧固器。
8、所述锚索结构包括沿拉锚辅助管轴向方向设置的无粘结钢绞线，所述加强梁顶部设置锚枕，所述锚枕内部设有供无粘结钢绞线穿过的第二连接孔，锚枕上方设置有与无粘结钢绞线连接配合的夹具。
9、本专利技术的第二目的在于，提供一种使单桶基础有效沉贯的施工方法。为此，本专利技术采用以下技术方案：
10、一种海上风电的单桶复合基础的施工方法，具体方法包括以下内容：
11、首先，将预制完成的单桶基础从码头以整体运输的方式至预定位置，并进行自重沉贯施工，同时在沉贯前对拉锚辅助管顶部进行临时密封封堵；
12、其次，对于在自重作用下顺利沉贯形成有效密封且后续能依靠负压作用的顺利沉贯到设计深度的工况，在完成常规沉贯操作后，解除预埋的拉锚辅助管上的临时密封封堵，通过拉锚辅助管将预应力拉锚结构的下锁定端送入海床地基设计深度，并进行预拉张和最终拉张，最后通过上锁定端将预应力拉锚结构锁定在加强梁上部，并对预应力拉锚结构头部封闭保护；
13、与上述内容不同的是，对于无法在自重作用下顺利沉贯形成有效密封或者后续仅依靠负压作用无法顺利沉贯到设计深度的工况，在自重或负压沉贯至极限后，解除预埋的拉锚辅助管上的临时密封封堵，将预应力拉锚结构的下锁定端送入海床地基设计深度，通过拉拔预应力拉锚结构施加反力，辅助单桶基础贯入，在形成效密封后，沉贯到预定部位，放松预应力拉锚结构再次进行上述内容的后续施工即可。
14、进一步地：对于下部所述坚硬土层的地基情况，通过锚索结构进行配合施工：在自重作用下可顺利沉贯时，将螺旋锚杆通过预先设置的拉锚辅助管贯入海床坚硬土体中，经由锚杆连接器不断接长，通过专业多功能钻机进行对螺旋锚杆施工，直到底部的螺旋锚杆进入设计深度后，通过注浆管可内置在螺旋锚杆内部对锚杆预定部位进行灌浆；待锚固体达到设计强度后，对螺旋锚杆分别进行预拉张和最终拉张，最后通过承压垫板、紧固器将锚杆锁定在加强梁上部；
15、在无法通过自重作用下顺利沉贯时，重复上述内容至螺旋锚杆进入设计深度后，通过拉拔螺旋锚杆以施加反力来辅助沉贯后，放松螺旋锚杆再次钻入施工，并继续上述内容的后续施工。
16、进一步地：对于下部所述坚硬岩层的地基情况，通过锚杆结构进行配合施工：在自重作用下可顺利沉贯时，先用专业钻机通过拉锚辅助管进行成孔，完成扩后，将无粘结钢绞线连带自锁头放入孔道中，待自锁头到设计深度后，扩大自锁头，并进行预拉张，完成后进行注浆和养护，再次进行最终拉张；最后通过锚枕、夹具将锚索锁定在加强梁上部；
17、在无法通过自重作用下顺利沉贯时，重复上述内容至无粘结钢绞线进入设计深度后，通过拉拔无粘结钢绞线以施加反力来辅助沉贯后，继续上述内容的后续施工。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
19、本专利技术通过预应力拉锚结构与单桶基础组合，能够有效将上部结构荷载传递至深层地基中，有效利用了下部地基抗力，同时锚杆(索)直接越过单桶基础基底下部潜在的弹性楔形滑动区域土体，能够有效增强单桶基础的抗倾覆能力；并且能够将桶基嵌固在地基上，来承受较大的倾覆弯矩，尤其适合于覆盖层较为浅的海床地基。同时本专利技术利用锚杆(索)可以进入相应坚硬地基的特点，可以增强吸力桶基础在不同海床地基中的适用性；特别有利于其在坚硬海床地基中顺利沉贯，提高桶形基础沉贯的施工效率。同时，由于预应力拉锚结构的存在，使得吸力桶基础可以进一步降低主体结构尺寸，从而进一步节约施工成本，节约基础结构造价。
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1.一种海上风电的单桶复合基础，其特征在于：包括单桶基础与预应力拉锚结构，所述单桶基础在其上部的过渡段(2)与下部的桶体(5)之间设置底板结构(3)，所述底板结构(3)内设置有分隔过渡段(2)与桶体(5)的底板(31)，所述底板(31)内沿沉贯方向贯通开设有预埋孔，底板(31)内设置与预埋孔配合的拉锚辅助管(10)，所述拉锚辅助管(10)的底端延伸至桶体(5)内部，桶体(5)底部设有开口；
2.根据权利要求1所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述底板(31)上方设置有加强梁(4)，所述加强梁(4)内设置与底板(31)上的预埋孔同轴配合的延伸孔，以使得拉锚辅助管(10)设置于预埋孔与延伸孔内，同时上锁定端设置在加强梁(4)上。
3.根据权利要求2所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述底板结构(3)在底板(31)的外围部分与中间部分分别设置环形梁(32)和底板核心(32)，所述环形梁(32)的顶端和底端分别与过渡段(2)和桶体(5)连接，所述环形梁(32)与底板核心(32)的标高高于底板(31)上表面；所述加强梁(4)的两端分别连接环形梁(32
4.根据权利要求1所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述拉锚辅助管(10)的底端可伸入海床面(6)以下。
5.根据权利要求2所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述预应力拉锚结构对应下锁定端埋深至坚硬土层(71)的地基情况，设置为锚杆结构(8)；所述预应力拉锚结构对应下锁定端埋深至坚硬岩层(72)的地基情况，设置为锚索结构(9)。
6.根据权利要求5所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述锚杆结构(8)包括沿拉锚辅助管(10)轴向方向设置的螺旋锚杆(84)，上下相邻的所述螺旋锚杆(84)之间首、尾部连接设置有锚杆连接器(85)，所述加强梁(4)顶部设置承压垫板(82)，所述承压垫板(82)内部设有供螺旋锚杆(84)穿过的第一连接孔，承压垫板(82)上方设置有与螺旋锚杆(84)连接配合的紧固器(81)。
7.根据权利要求5所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述锚索结构(9)包括沿拉锚辅助管(10)轴向方向设置的无粘结钢绞线(94)，所述加强梁(4)顶部设置锚枕(92)，所述锚枕(92)内部设有供无粘结钢绞线(94)穿过的第二连接孔，锚枕(92)上方设置有与无粘结钢绞线(94)连接配合的夹具(91)。
8.一种海上风电的单桶复合基础的施工方法，其特征在于：对如权利要求1-7任一所述的海上风电的单桶复合基础进行海上施工，具体方法包括以下内容：
9.根据权利要求8所述的一种海上风电的单桶复合基础的施工方法，其特征在于：对于下部所述坚硬土层(71)的地基情况，通过锚索结构(9)进行配合施工：
10.根据权利要求8所述的一种海上风电的单桶复合基础的施工方法，其特征在于：对于下部所述坚硬岩层(72)的地基情况，通过锚杆结构(8)进行配合施工：
...【技术特征摘要】
1.一种海上风电的单桶复合基础，其特征在于：包括单桶基础与预应力拉锚结构，所述单桶基础在其上部的过渡段(2)与下部的桶体(5)之间设置底板结构(3)，所述底板结构(3)内设置有分隔过渡段(2)与桶体(5)的底板(31)，所述底板(31)内沿沉贯方向贯通开设有预埋孔，底板(31)内设置与预埋孔配合的拉锚辅助管(10)，所述拉锚辅助管(10)的底端延伸至桶体(5)内部，桶体(5)底部设有开口；
2.根据权利要求1所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述底板(31)上方设置有加强梁(4)，所述加强梁(4)内设置与底板(31)上的预埋孔同轴配合的延伸孔，以使得拉锚辅助管(10)设置于预埋孔与延伸孔内，同时上锁定端设置在加强梁(4)上。
3.根据权利要求2所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述底板结构(3)在底板(31)的外围部分与中间部分分别设置环形梁(32)和底板核心(32)，所述环形梁(32)的顶端和底端分别与过渡段(2)和桶体(5)连接，所述环形梁(32)与底板核心(32)的标高高于底板(31)上表面；所述加强梁(4)的两端分别连接环形梁(32)和底板核心(32)。
4.根据权利要求1所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述拉锚辅助管(10)的底端可伸入海床面(6)以下。
5.根据权利要求2所述的海上风电的单桶复合基础，其特征在于：所述预应力拉锚结构对应下锁定端埋深至坚硬土层(71)的地基情况，设置为锚杆结...
【专利技术属性】
技术研发人员：祝周杰，刘清泉，王刚，赵小毅，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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