[发明专利]一种用于海上风电单桩基础加固、纠偏的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于海上风电单桩基础加固、纠偏的装置及方法，装置包括套接固定在风电单桩基础上的钢护筒，钢护筒上沿周向均匀固定有若干钢架结构；在风电单桩基础周围设有复合地基，该复合地基通过在土体中注入水泥并搅拌加固而成；复合地基中设有若干根用作地锚的预制桩，多根预制桩以风电单桩基础为中心，环形均匀布置；钢架结构与预制桩通过锚索相连；操作时，通过分级张拉特定的锚索，对风机单桩基础施加外在拉力，实现纠偏；本发明可解决局部冲刷坑扩大、土体力学性能弱化问题，还可实现原有风电单桩基础竖向、水平及抗扭承载力的全面提升。

技术领域

本发明涉及桩基加固，具体涉及一种用于海上风电单桩基础加固、纠偏的装置及方法。

背景技术

海上风电单桩基础在风机服役期内需承受风、波浪、海流等多项横向循环荷载作用，这些多向耦合循环荷载的千万次循环足以使基础产生累积变位及周围土体强度弱化，从而影响风机基础的承载性能。另一方面，海床在海流作用下产生的局部冲刷广泛存在于我国海上风电场区域，且最大冲刷深度已远超设计冲刷深度，严重威胁风机的安全。海上风机正常服役期间的累积变位和冲刷坑是降低基础承载力和威胁结构整体稳定的主要因素。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对海上风机正常服役期间由累积变位和局部冲刷导致的基础承载力降低和结构整体稳定性减弱的问题，提出一种用于海上风电单桩基础加固、纠偏的装置，本发明的第二目的是提出一种用于海上风电单桩基础加固、纠偏的方法。

技术方案：本发明一方面提供一种用于海上风电单桩基础加固、纠偏的装置，包括套接固定在风电单桩基础上的钢护筒，钢护筒上沿周向均匀固定有若干钢架结构；在风电单桩基础周围设有复合地基，该复合地基通过在土体中注入水泥并搅拌加固而成；复合地基中设有若干根用作地锚的预制桩，多根预制桩以风电单桩基础为中心，环形均匀布置；钢架结构与预制桩通过锚索相连。

其中，钢架结构包括相连接的钢桁架和钢板，钢板上预留有导向孔，用以引导锚索拉力指向风电单桩基础中心；锚索穿过导向孔并通过锚接件固定在钢桁架上。为保证锚索的拉力方向指向风电单桩基础的中心，钢板和钢桁架提供的平面应与钢护筒切线方向保持一致。

预制桩顶部设有连接环，锚索穿过连接环后对折，并通过固定扣箍紧。预制桩上设有用于防止锚索滑动的凹槽。连接环与预制桩间可采用焊接，焊接处的强度和刚度应满足抗拉需求。环形布置的预制桩为一层或多层，根据实际需求而定，预制桩径向与环向间隔应满足相关规范规定的忽略群桩效应的要求。钢护筒与风电单桩基础采用高强螺栓固定连接，以保证钢护筒与其连接处的强度和刚度均需满足局部抗拉要求。锚索采用钢绞索、钢丝束或CFRP筋，由高强度、高弹性模量、高承载性能的材料制成。预制桩采用钢管桩、PC或PHC管桩，其桩径、壁厚和打入深度需抵抗锚索拉力产生的抗拔力与水平力作用，且避免结构自身的破坏。

另一方面，本发明还提供一种用于海上风电单桩基础加固、纠偏的方法，包括如下步骤：

(1)采用砂土与碎石混合物填平冲刷坑；

(2)在设计的风电单桩基础加固范围内，用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，水泥与土体硬结形成复合地基，以提高风电单桩基础周围土体强度；在水泥与土体未充分硬结之际，在设计位置打入若干根预制桩；

(3)在风电单桩基础上套设钢护筒，并采用高强螺栓连接；

(4)安装锚索，连接预制桩与钢护筒表面的钢架结构；

(5)张拉特定的锚索，对风机单桩基础施加外在拉力，实现纠偏；

纠偏过程中，锚索的张拉顺序为：与水平变位w垂直方向上的两根锚索首先张拉，然后与该两根锚索相邻且能提供与w方向相反拉力的锚索依次对称张拉，与w方向一致且通过风机单桩基础中心的锚索最后张拉，保证特定的锚索提供的拉力合力方向指向风机单桩基础中心且与风机单桩基础水平变位w方向相反；