[发明专利]一种复合式桩-桶基础及其施工方法

说明书

本申请涉及海洋工程基础技术领域，公开了一种复合式桩‑桶基础及其施工方法，包括上下相连的单桩和吸力桶，还包括内部降阻机构和外部降阻机构。吸力桶包括桶体和顶板。单桩包括内部中空的桩身。内部降阻机构包括搅拌组件和排液管，搅拌组件包括穿过顶板并伸入至吸力桶内腔的搅拌杆和连接于搅拌杆下端的搅拌头，排液管穿过顶板并伸入至吸力桶内腔。外部降阻机构包括滑动连接于单桩外壁和/或吸力桶外壁的毛刷组件，毛刷组件设有刷齿。本申请提供的复合式桩‑桶基础能够解决沉贯时的土塞问题，而且有效降低了复合式桩‑桶基础在沉贯过程中所受的内摩阻力和外摩阻力，使其沉贯深度更大，打破了传统风机基础无法利用深部土层承载力优势的限制。

技术领域

本发明属于海洋工程基础结构领域，尤其涉及一种复合式桩-桶基础及其施工方法。

背景技术

新能源在我国能源结构中的占比越来越大，风能作为一种清洁、资源总量大的新能源，具有更高的成本效益和资源有效性。陆地上风能受地形、季节影响较大，可开发和利用的风能储量仅占我国风能储量的三成，海上风能储量大且开发利用较少的优势决定了海上风电的开发将成为我国新能源发展的重要领域。相比于陆地环境，海洋环境具有特殊性。为了承受海上的强风载荷和波浪冲击等，海上风电机组的基础远比陆上的结构复杂、技术难度高。

现有海上风机基础形式主要为大直径单桩基础和吸力桶基础，全球目前约75%的海上风机基础采用单桩基础，吸力桶作为一种比较前沿的风机基础应用较少。单桩基础以及吸力桶基础都存在一些缺点：单桩基础因设计长度较长，安装过程中对运输吊装船提出了严苛的要求；其安装方式主要通过压锤进行液压沉桩，施工周期长、施工复杂导致安装成本增加，而且单桩基础的抗水平荷载能力较差。吸力桶基础作为另一种海上风机的基础形式，水平承载力主要由土体水平抗力、桶及桶内土自重提供，安装后抗倾覆承载力大。吸力桶基础主要通过抽吸使桶内形成负压，利用负压进行沉贯，但因为桶内土塞问题，使得沉贯深度达不到顶板与海床平面平齐位置。即使，沉贯中没有土塞问题也只能沉贯至顶板与海床平面平齐位置，安装深度仍较浅，且表层土体大多为软粘土，导致承载力不足。现实情况中，一般采取增大吸力桶直径的方法来解决承载力不足的问题，但这种方法又会导致基础成本增加。而且，吸力桶基础安装后面临在海水冲刷作用下，基础周围土体流失，基础有效埋置深度减小，抗拔承载力及水平承载力降低的问题。

现有技术中，存在一种抗水平变形能力强、海洋环境适应性好的桩-桶复合基础，如公开号为CN110965557A、名称为一种负压桶-桩复合基础结构及其施工方法的中国发明专利申请中，通过将承载桩与负压桶基础结合成一个整体，充分利用了桩基竖向抗拔承载力的优势和负压桶基础水平承载力的优势。但是，对于负压桶沉贯过程中存在的土塞问题，该方案仅通过高压冲水的方式，冲刷负压桶桶壁下方的土，以此减轻土阻力，并不能解决土塞问题，仍不能使封顶钢板达到与海床平面平齐的位置，安装深度仍较浅。在公开号为CN114411795A、名称为土塞清除和桶内土体加固的吸力桶基础复合结构的中国发明专利申请中，在沉贯过程中，通过搅拌头在桶内不断搅拌，将桶内土体搅拌成泥浆状态。但是，其未将土体移出桶外，因此也不能有效解决土塞问题，对于安装深度的影响较小。吸力桶沉贯时，外摩阻力也会影响沉贯效率和深度，但是现有的方案中都没有考虑如何降低吸力桶外摩阻力的问题。

因此，现有技术的方案有待进一步提升。

发明内容

本发明提供了一种复合式桩-桶结构及其施工方法，以解决上述技术问题的至少一个技术问题。

本发明所采用的技术方案为：