[发明专利]海上风机大直径单桩基础及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上风机大直径单桩基础及其施工方法，主要适用于海上风力发电行业。

背景技术

单立柱单桩基础（以下称单桩基础）通常由单根大直径（4m以上）钢管构成，下部深入土中，提供承载力；中部浸于水中承受波浪、海流、潮汐等长期循环作用；上部通过连接段或直接法焊接法兰与风机塔筒相连。作为构造最为简单的一种海上风机基础型式，单桩基础目前是欧洲海上风电场的主导基础结构型式。随着国内制桩工艺、打桩设备、沉桩能力的提高，单桩基础在我国近海风电场建设中的应用也将日趋广泛。

海上风机基础结构主要承受风、浪、流等复杂环境荷载的联合作用，且以水平受荷为主，对于大直径单桩基础而言，由于其“自由段”较长、结构整体“较柔”（刚度相对较小），在设计中提高其水平受荷性能成为保证基础结构整体稳定性的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种结构简单的海上风机大直径单桩基础及其施工方法，旨在提高对于近地表浅层土桩周土抗力的利用率，改善大直径单桩的水平承载性能，提高基础结构整体稳定性。

本发明所采用的技术方案是：海上风机大直径单桩基础，包括基桩，其特征在于：所述基桩外同轴套有一沉贯于海床上的筒形结构；所述筒形结构包括一圆环形顶封板，该顶封板的内外圆上分别连接有内筒裙和外筒裙，所述内筒裙和外筒裙均位于顶封板下方，且两者轴线重合并垂直于顶封板所在平面，所述顶封板上开设有通气孔。

所述顶封板、内筒裙和外筒裙合围形成一横截面呈圆环形的舱体，该舱体内沿径向均匀布置一组肋板，将该舱体分隔成若干横截面呈扇环状的分舱。

所述通气孔与各分舱一一对应，根据实际设计中分舱的大小及沉贯所需确定通气孔直径、位置及数量。

所述外筒裙的外侧沿径向均匀设置一组翼板。

所述内筒裙上端或下端一体加工有用于施工导向的延伸段。

所述内筒裙的内径比基桩外径大100-500mm（具体根据场区及机位海床体质条件及设计构造要求等确定）。

单桩基础的施工方法，其特征在于步骤如下：

a、将筒形结构敞口端向下（顶封板在上），封闭通气孔，浮运至指定位置，通过各分舱通气孔抽出桶内空气造成桶内外形成负压，使筒体下沉；继续从通气孔抽出分舱内涌入的海水，使其继续在负压作用下下沉至海床泥面；继续从通气孔抽出分舱内涌入的海水、泥浆等，使其沉贯入泥至设计深度。全过程注意各分舱通气孔抽气、水、泥时的筒体整体平衡和稳定。

b、将基桩底端插入内筒裙内，并进行沉桩作业至设计深度。

单桩基础的施工方法，其特征在于步骤如下：

a、进行基桩沉桩作业至设计深度；

b、将筒形结构敞口端向下（顶封板在上），封闭通气孔，浮运至指定位置，将其吊起后从基桩顶部套入，通过各分舱通气孔抽出桶内空气造成桶内外形成负压，使筒体下沉；继续从通气孔抽出分舱内涌入的海水，使其继续在负压作用下下沉至海床泥面；继续从通气孔抽出分舱内涌入的海水、泥浆等，使其沉贯入泥至设计深度。全过程注意各分舱通气孔抽气、水、泥时的筒体整体平衡和稳定。

本发明的有益效果是：本发明在基桩外同轴套有筒形结构，该筒形结构沉贯于近地表浅层土范围内，能够充分利用浅层桩周土抗力，从而大大提高了大直径单桩的水平承载性能和结构整体的稳定性。

附图说明

图1是实施例1的结构图。

图2是图1的横截面图。

图3是图1中筒形结构的立体图。

图4是实施例2的结构图。

图5是图4的横截面图。

图6是图4中筒形结构的立体图。

具体实施方式

实施例1：如图1、图2所示，本实施例包括基桩1（钢管式大直径单桩），以及同轴外套于该基桩外的筒形结构2（形状参数根据设计需要进行优化取值），所述筒形结构2沉贯于海床泥面（或考虑冲刷后的计算泥面）以下近地表浅层土范围内，以提高对于近地表浅层桩周土抗力的利用率。

如图3所示，所述筒形结构2为钢材质或钢筋混凝土材质，它包括一圆环形顶封板2-1，该顶封板的内外圆上分别连接有内筒裙2-2和外筒裙2-3，所述内筒裙2-2和外筒裙2-3均位于顶封板2-1下方，且两者轴线重合并垂直于顶封板2-1所在平面，所述顶封板2-1上开设有通气孔2-4。本例中，内筒裙2-2的内径比基桩1外径大100-500mm（具体根据场区及机位海床体质条件及设计构造要求等确定）。