[实用新型]具有砂桩加固地基的海上单桩基础

说明书

本实用新型涉及海洋工程的桩基领域的一种具有砂桩加固地基的海上单桩基础，技术方案为钢管桩被沉入海床，海床为软土地基，在软土地基的局部区域采用砂桩工艺的加固地基，钢管桩插入并穿过加固地基沉入软土地基，加固地基包括砂桩及砂桩间的软土；砂桩均匀间隔布置；加固地基的中心纵轴与钢管桩的中心纵轴一致。砂桩包括挤密砂桩。其水平承载力高、桩顶水平位移小、桩身倾角小、基础刚度大，适应海上风机水平荷载大的特点，满足海上风机对基础水平位移和桩身倾角的严格要求，满足“结构+基础”整体自振频率的要求。

技术领域

本实用新型涉及海洋工程的桩基领域，尤其涉及一种软土地基中的水平承载性能高的海上单桩基础。

背景技术

海上风力发电是新能源领域发展的重点，市场前景非常广阔。风机机组对于基础的水平位移和不均匀沉降具有严格控制标准，“结构+基础”的自振频率需要避开外部荷载的驱动频率。目前，海上风力发电机组的常见基础型式有单桩、高桩承台、多脚架、导管架、重力式、负压桶式和浮动平台结构等。在海上风电项目中，单桩基础被广泛采用，因其具有占地较小、结构简易、施工快捷、造价较低等优点；但另一方面，单桩基础相对于其它基础型式缺点在于对于刚度较小、结构较柔。我国近海海域海床表层多为深厚的软弱土，在一定程度上制约了该类型基础的应用。在复杂海洋环境下，波浪、海流等会对风机基础施加巨大水平荷载；随着风机单机容量越来越大，轮毂高度越来越高，叶片越来越长，风机荷载越来越大。尽管钢管桩自身抗弯刚度较大，但是桩周地基表层的土体能够提供的水平约束有限。若采用常规单桩基础，增加桩径、桩长或壁厚的方法会导致消耗更多的材料，单桩重量的增加也带来更高的施工难度，使得基础造价的迅速增加，影响风电场的发电效益。因此研发软土地基中的水平承载性能高的海上单桩基础具有实际的工程意义。

实用新型内容

鉴于单桩基础在软土地基海域应用的难点，本实用新型的目的在于提供了一种具有砂桩加固地基的海上单桩基础，其水平承载力高、桩顶水平位移小、桩身倾角小、基础刚度大，适应海上风机水平荷载大的特点，满足海上风机对基础水平位移和桩身倾角的严格要求，满足“结构+基础”整体自振频率的要求。

本实用新型的技术方案为：一种具有砂桩加固地基的海上高水平承载力单桩基础，包括沉入海床的钢管桩，海床为软土地基，还包括在软土地基的局部区域采用砂桩工艺形成的加固地基，钢管桩插入并穿过加固地基沉入软土地基，加固地基包括砂桩及砂桩间的软土；砂桩均匀间隔布置；加固地基的中心纵轴与钢管桩的中心纵轴一致。

基于上述技术特征：钢管桩的周边和内部均为加固地基。

基于上述技术特征：钢管桩的周边为加固地基，钢管桩内为软土。

基于上述技术特征：在软土地基的上表面，围绕钢管桩周围设置有桩周防冲刷结构。

基于上述技术特征：桩周防冲刷结构为抛石或软体排或连锁块或固化土铺成的覆盖层。

基于上述技术特征：砂桩呈同心圆或正三角或正方形布置。

基于上述技术特征：砂桩包括挤密砂桩。

钢管桩的位于海床以上桩身外安装附属结构。附属结构主要包括但不限于钢平台、靠泊结构和电缆管。钢管桩上预留位置，用于与附属结构连接。

上述技术方案中，砂桩的作用有几个方面：一是对软土地基局部置换，即砂桩强度比周围软土的强度高，形成复合地基，整体强度比原土体提高。二是作为排水通道，周围软土中的水在外荷载作用下排出实现土体强度提高。三是挤密作用，施工过程对周围软土有挤压作用，促使周围软土中的水排出实现土体强度提高。

本技术方案也适用于挤密砂桩，挤密砂桩在振动作用下会变得更密实，强度会提高；同时对周围土体挤压作用更强，迫使周围软土中的水排出实现土体强度提高，加固效果会比普通砂桩好，排水效果则稍弱。