【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海上风电领域，具体涉及一种海上风机抗拔桩。
技术介绍
1、海上风机倒钩式抗拔桩技术是专门为应对海洋环境中风力发电设施的特殊需求而开发的一种地基处理方法。由于海上风电场通常位于水深较大的海域，且面临着复杂的地质条件和极端的环境负荷(如海流、波浪、风暴等)，传统的抗拔桩技术可能无法满足其对稳定性和耐久性的要求。因此，倒钩式抗拔桩作为一种增强型的地基解决方案，在海上风电领域得到了广泛应用。
2、抗拔桩是液化场地中常用的抗液化措施，在地下结构设计中也常作为抗浮措施应用；现有技术中常见的抗拔桩多为螺旋挤土灌注桩，其主要是依靠桩身与土层的摩擦力来抵抗轴向拉力；现有的抗拔桩在使用过程中存在诸多不足，在轴向受压时抗拔桩横向膨胀，受拉时横向收缩这导致传统抗拔桩不仅需要在较大的压力下插入地面，并且只受到垂直方向的摩擦阻力而没有水平方向的联动作用，不仅在压入地面时费时费力并且抗拔稳定性较差；目前常用的措施包括增加基础压重、采用抗拔锚杆等，但普通的抗拔桩主要通过桩的侧摩阻力提供抗拔力，抗拔能力有限，或是过于复杂不易实现。以海洋风电的单桩基础为例，随着荷载的增加，桩身直径大、长度大、埋置深。但是常规桩基础调动周围岩土体抗力的费效比较低，使得其在材料消耗、施工难度和综合成本方面均不够理想。
3、经检索发现公开号为cn220318512u的中国专利，该抗拔桩为间隔螺旋肋高强预应力桩，多列螺旋肋按照预设数量的螺旋齿，按照预定的间距。该桩主要是依靠桩身与土层的摩擦力来抵抗轴向拉力，虽然可以依靠螺旋齿减小旋入土层的摩阻力，但对
4、经检索发现公开号为cn118653503a的中国专利,该海上风电多桩基础平台下连接有，多个桩基础插杆，多个桩基础插杆呈倾斜状，依靠限位机构控制底端挂杆和弹簧作用，增强抗拔力，但底部控制装置构造复杂，且向上受拉时，挂杆展开角度有限，与土体接触面积较小，提升抗拔能力有限，且在土体中依靠弹簧弹力将挂杆旋转展开，实现难度较大，费效比较低，结构中构件较多，整体性较弱。
5、因此需研发一种能较容易打入土体，且较大提升抗拔能力的海上风机倒钩式抗拔桩。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的不足而提出的一种海上风机抗拔桩。所采用的技术方案如下：
2、一种抗拔桩，其特征在于，所述抗拔桩包括两层式的筒体结构、内部抗拔件、外部抗拔件和连接件，其中，
3、所述两层式的筒体结构包括外侧筒、内侧筒，外侧筒和内侧筒均为上下贯通的中空管状结构，外侧筒套设在内侧筒的外侧；内侧筒和外侧筒固定连接；
4、所述内部抗拔件包括抗拔角和内侧转轴；内侧转轴固定安装于内侧筒的内壁上；抗拔角为三角结构，三角结构的一侧边连接在内侧转轴上从而使得抗拔角能够围绕内侧转轴与内侧筒的连接点向上方转动至抗拔角接触到内侧筒的内壁，抗拔角在起抗拔作用时会受到土体的作用力而向下方展开，所述上方和下方均由抗拔桩在工作状态时沿着外侧筒筒壁的方向判定上方和下方，抗拔角的展开长度由公式(1)确定：
5、
6、式中：l0为抗拔角斜截面长度，θ为抗拔角旋转角度，r为转轴半径；
7、所述外部抗拔件包括伸缩件、弹簧、发射筒和挡板；发射筒底部与内侧筒的外壁相连接，发射筒洞口与外侧筒相连接；外侧筒的筒壁在与发射筒洞口重合的位置处开设有贯通外侧筒筒壁的开口；
8、在所述抗拔桩打入土体的过程中，挡板通过遮挡发射筒洞口从而将伸缩件阻挡在发射筒内，此时弹簧位于发射筒内的底部并处于压缩状态；
9、所述连接件包括外侧转轴、连接杆件、连接结构一和连接结构二，内侧转轴、外侧转轴、连接结构一、连接杆件、和连接结构二、挡板顺次连接；其中内侧转轴和外侧转轴同步旋转且旋转方向相反、旋转角度相同；连接结构二位于连接结构一的下方；
10、当抗拔桩受到拔起的作用力时，抗拔角受到土体的作用力而向下方展开，带动内侧转轴向下方转动，进而带动外侧转轴向上方转动，进而依次通过连接结构一、连接杆件、连接结构二带动挡板向上方移动，向土体中释放发射筒内的伸缩件。
11、优选的，弹簧提供的弹力由公式(2)确定，发射筒的容纳体积由公式(3)确定，档板与外侧筒外壁紧密贴合，伸缩件为大体积钢针，其体积由公式(4)确定；挡板位移大小由公式(5)确定；
12、
13、l＝l1×cosθ1 (5)
14、式中：k为弹簧的弹性系数，x是弹簧的形变量，r为内侧筒半径，r1是发射筒的截面半径，r2是伸缩件的截面半径，h2是伸缩件圆柱部分的长度，h3是伸缩件圆锥部分的长度；l1为连接件的杆件的长度，θ1为连接杆件的旋转角度。
15、优选的，所述外部抗拔件和内部抗拔件组成为一组联动结构，抗拔桩设施有多组所述联动结构，围绕抗拔桩的中轴线对称排布。
16、优选的，弹簧的压缩程度可保证产生足够的弹力将伸缩件推出，并且抗拔件上装有限位装置以保证伸缩件会留有一部分保留在发射筒中。
17、优选的，外侧筒体上留有空洞可使挡板上下移动。
18、优选的，所述外侧筒外表面与挡板贴合。
19、优选的，抗拔桩与土体的摩擦力、插入土层中的抗拔件所带来的粘结力以及土体对抗拔角所产生的压力共同组成土体抗拔作用效果，极限抗拔力可由公式(6)计算得到：
20、
21、式中：qult为桩身的极限抗拔承载力；ap为桩的端面积；as为桩的侧面积；f为土体的抗拔强度；α为桩的长度效应修正系数，取决于桩的长径比和地层类型；β为土体的加速度系数，取决于地震作用；p为土压力；a1为伸缩件的受力面积；a2为抗拔角的受力面积。
22、与现有技术相比，本专利技术具有如下效益：
23、(1)本专利技术的抗拔桩在打入时与普通桩基础打入的方式一致，无特殊施工要求。在打入后起抗拔作用时，内部抗拔件在插入土中时，抗拔件的抗拔角可以向上转动，减少插入时的受力面积；当起抗拔作用时，抗拔角会通过土的作用效应使抗拔角向下转动，起抗拔作用，并通过连接件使挡板向上移动，使外部抗拔件的伸缩件向外伸出，起双重抗拔作用，通过联动机构节省了人力对机械的操作。
24、(2)本专利技术的内侧筒和外侧筒围成的中空环状结构在打入土体过程中具有更小的受力表面积，更易于打入，同时可以节省材料，所述内侧筒的内表面上固定着内部抗拔件，内部为上下贯通，内部抗拔件可以在内部的土体力起抗拔作用，同时在打入时又可减少阻力，有利于施工的简便进行。
25、(3)本专利技术抗拔桩的抗拔结构通过利用土的作用效应实现自动展开，无需任何人工外力，其良好的整体性也极大增强了实用性。
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1.一种抗拔桩，其特征在于，所述抗拔桩包括两层式的筒体结构、内部抗拔件、外部抗拔件和连接件，其中，
2.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，抗拔角(9)为三角结构，抗拔角(9)的展开长度由公式(1)确定：
3.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，所述连接件包括外侧转轴(7)、连接杆件(5)、连接结构一(6)和连接结构二(4)，内侧转轴(8)、外侧转轴(7)、连接结构一(6)、连接杆件(5)、和连接结构二(4)、挡板(3)顺次连接；其中内侧转轴(8)和外侧转轴(7)同步旋转且旋转方向相反、旋转角度相同；连接结构二(4)位于连接结构一(6)的下方；
4.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，弹簧提供的弹力由公式(2)确定，发射筒的容纳体积由公式(3)确定，档板与外侧筒外壁紧密贴合，伸缩件为大体积钢针，其体积由公式(4)确定；挡板(3)位移大小由公式(5)确定；
5.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，所述外部抗拔件和内部抗拔件组成为一组联动结构，抗拔桩设施有多组所述联动结构，围绕抗拔桩的中轴线对称排布。
6.根
7.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，外侧筒体上留有空洞可使挡板(3)上下移动。
8.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，所述外侧筒(2)外表面与挡板(3)贴合。
9.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，抗拔桩与土体的摩擦力、插入土层中的抗拔件所带来的粘结力以及土体对抗拔角(9)所产生的压力共同组成土体抗拔作用效果，极限抗拔力可由公式(6)计算得到：
10.权利要求1-9任一项所述的抗拔桩在土体抗拔中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种抗拔桩，其特征在于，所述抗拔桩包括两层式的筒体结构、内部抗拔件、外部抗拔件和连接件，其中，
2.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，抗拔角(9)为三角结构，抗拔角(9)的展开长度由公式(1)确定：
3.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，所述连接件包括外侧转轴(7)、连接杆件(5)、连接结构一(6)和连接结构二(4)，内侧转轴(8)、外侧转轴(7)、连接结构一(6)、连接杆件(5)、和连接结构二(4)、挡板(3)顺次连接；其中内侧转轴(8)和外侧转轴(7)同步旋转且旋转方向相反、旋转角度相同；连接结构二(4)位于连接结构一(6)的下方；
4.根据权利要求1所述的抗拔桩，其特征在于，弹簧提供的弹力由公式(2)确定，发射筒的容纳体积由公式(3)确定，档板与外侧筒外壁紧密贴合，伸缩件为大体积钢针，其体积由公式(4)确定；挡板(3)位移大小由公式(5)确定；
<...【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝印，曹宏健，周杭茗，夏鹏，吴勇信，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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