[发明专利]海上风机大直径钢管桩基础的装配式翼板套筒及施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上风机大直径钢管桩基础的装配式翼板套筒及施工方法，属于海上风电基础技术领域。

背景技术

随着经济的增长以及环境污染日益加剧，全球对清洁能源的需求不断增加。海上风能具有风速高、风力持久稳定、风切变小，而且无视觉、噪音污染及不占用陆地等优点，成为世界各国能源开发的重点。随着我国海上风电产业大力发展，超大直径单桩基础由于其承载力大、安全度高、经济性好、施工便利等优点，已成为海上风机最常用基础型式。

目前，超大直径钢管单桩基础桩径高达5.0-6.5m。海上风电单桩基础主要承受风、浪、流等水平荷载作用，在设计中需要重点考虑其水平承载性能。然而，随着桩径的增加，相应的计算冲刷坑深度和半径也在增加，设计时从偏于安全的角度出发完全忽略掉冲刷范围内覆土的水平抗力作用；更重要的是，实际工程中为了防止冲刷，一般采用防冲刷垫覆盖在泥面表层，使得超大直径风电桩基不存在冲刷情况，换言之，真实泥面至真实水平承载力计算起始位置范围内的土体是完好存在的，传统设计和施工方法忽略该软弱土体的水平抗力作用使得工程造价成本较高，造成了不必要的浪费。

发明内容

目的：在于针对上层软弱土体强度低、抗水平承载能力差等原因，提出一种用于提高海上风机大直径钢管桩基础水平承载力的装配式翼板套筒及其施工方法，通过装配式翼板套筒增加桩身土抗力受力面积以解决软弱土体抗水平承载力低的问题，同时还可以储备较高的安全富裕度以应对不可抗力因素(如台风等)造成的海上风电单桩基础倾斜等问题，具有效果显著、工艺简单、应用方便、经济实惠等优点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种海上风机大直径钢管桩基础的装配式翼板套筒，包括：钢套筒、钢箱-混凝土翼板、翼板贯入靴、施工顶板、定位板，所述多块钢箱-混凝土翼板分别嵌入钢套筒外侧均匀分布的定位板沟槽内，钢箱-混凝土翼板与定位板通过两列螺栓进行锚固；所述钢箱-混凝土翼板底端设置有等腰三角形结构的翼板贯入靴；所述钢套筒顶部设置有圆环结构的施工顶板。

作为优选方案，所述钢箱-混凝土翼板的数量设置为两块或四块。

作为优选方案，所述的钢套筒壁厚2～3cm，钢套筒高度与冲刷坑计算深度一致。

作为优选方案，所述钢箱-混凝土翼板由钢箱和内部填充的混凝土组成；所述钢箱由壁厚1～2cm的钢板拼接而成；所述混凝土设置为C30及其以上强度的碎石混凝土。

作为优选方案，所述钢箱-混凝土翼板近钢套筒一侧预留两列螺栓孔位，第1列螺栓孔位距钢箱-混凝土翼板外侧边缘25cm，第1列第1个螺栓孔位距离钢箱-混凝土翼板顶部边缘为10cm，第2列螺栓孔位与第1列螺栓孔位水平间距为15cm，第2列第1个螺栓孔位距离钢箱-混凝土复合翼板顶部边缘为25cm；每一行螺栓孔位之间的间距为30cm；螺栓孔位直径不大于螺栓直径2mm；所述螺栓直径为24mm。

作为优选方案，所述钢箱整体外观尺寸厚度为30～40cm，高度与钢套筒高度一致。

作为优选方案，所述翼板贯入靴由两片厚度均为1cm、夹角呈60°的钢板组成并焊接于钢箱-混凝土翼板底部，尖角朝下。

作为优选方案，所述定位板长度与钢套筒高度一致，宽度为21.8cm，厚度为3cm；每对定位板的间距比钢箱厚度大4～8mm；定位板通过焊接方式固定于钢套筒外侧；定位板预先开设两列螺栓孔位，其中远离钢套筒的那1列螺栓孔位距离定位板外侧边缘距离10cm，其余螺栓孔位相对间距与钢箱-混凝土翼板上的螺栓孔位位置相一致。

作为优选方案，所述每对定位板外侧焊接一对抗拉裂加劲肋板；所述加劲肋板厚度为1～2cm，宽度为40cm，长度与定位板长度一致，一边焊接在定位板上且与第1列螺栓距离为7cm，另一边焊接在钢套筒外侧壁。

作为优选方案，所述施工顶板内径与钢套筒内径一致，长度为50cm，通过焊接方式固定在钢套筒顶部，施工顶板下面焊接20块抗失稳加劲肋板；所述的每块抗失稳加劲肋板厚度为1～2cm，呈直角三角形结构，两个直角边尺寸为20cm×(20～50)cm，直角短边尺寸焊接在钢套筒外侧壁，直角长边焊接于施工顶板下侧；每个四分之一钢套筒圆弧边按照等角度均匀布置5块抗失稳加劲肋板。

作为优选方案，所述装配式翼板套筒中钢材的强度均为Q345。

一种海上风机大直径钢管桩基础的装配式翼板套筒施工方法，其特征在于：包括如下步骤：