一种适用软弱土海床的圆盘式复合单桩风机基础的制作方法

1.本实用新型涉及海上基础结构建设技术领域，具体涉及一种适用软弱土海床的圆盘式复合单桩风机基础。


背景技术：

2.风能是一种重要的清洁能源，在控制碳排放、减缓全球气候变化、确保能源安全等方面发挥着重要作用。海上风电具有高风速、低风切变、低湍流、高产出、靠近负荷中心、消纳方便等显著优点，已成为目前发展迅速、产业前景最好的可再生能源之一。近海海域广泛分布软弱土，目前软弱土海床中风机基础一般采用高桩承台、导管架、大直径单桩等型式。在实际工程应用中，由于它们各自存在的各种问题，都或多或少地制约了它们的推广与应用。
3.高桩承台基础：该型基础的施工资源丰富，施工工艺及施工经验比较成熟。但它的承台施工需要钢套箱、钢筋笼吊装、钢构件大量焊接和现场混凝土搅拌等多种施工措施，养护周期较长；承台为大体积混凝土，温控不利极易导致承台表面产生大面积温度裂缝和收缩裂缝，高盐雾环境下影响结构耐久性；海上施工周期长，对天气窗口要求较高；超重承台结构高悬臂，对支撑结构抗震不利；风机服役期后基础拆除困难。
4.导管架基础：该型基础具有所受波流荷载小、结构刚度大、承载能力强、海上施工周期短等特点，较适用于水深较大海域，近年来受到广泛关注。但导管架杆件及节点多、过渡段较复杂，加工制作和焊接工作量大；导管架结构对沉桩技术要求很高，沉桩后桩基水平间距及垂直度偏差大容易导致导管架安装困难甚至无法安装，桩顶高差大将导致基础调平困难，甚至增加水下割桩等额外复杂工序；导管架腿柱与桩之间的水下灌浆质量控制也存在相当的难度。
5.大直径单桩基础：该型基础结构总体受力简单，通常情况下桩重和桩径适中，加工制作较为方便，海上施工周期短，是目前应用最广泛的风机基础。但是单桩受海床地质条件和水深约束较大，在软弱土海床及较大水深等不利环境下，单桩的适用性面临很大的挑战，为满足承载变形控制要求的超重（>2000t）、超大直径(>10m)、超长单桩在制造及施工上均存在非常大的困难，甚至目前的施工条件下很难完成，很大程度限制了单桩的应用范围。
6.基于以上分析，针对软弱土海床中，缺少一种安全可靠、施工便捷、经济合理的基础新技术，来促进海上风电持续快速向前发展。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种安全可靠且施工便捷的适用软弱土海床的圆盘式复合单桩风机基础及建造方法。
8.本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种适用软弱土海床的圆盘式复合单桩风机基础，主要包括沉桩到软弱土内的中心大直径单桩及布置在中心大直径单桩周围并用于浅层地基加固的挤密砂桩，且所述中心大直径单桩的沉桩深度大于挤密砂桩的
沉桩深度，中心大直径单桩周围的挤密砂桩形成了海床面砂桩加固区，该海床面砂桩加固区上设置有钢筋混凝土圆盘板，所述中心大直径单桩通过水下高强灌浆与所述钢筋混凝土圆盘板连接。
9.进一步地，所述钢筋混凝土圆盘板为陆上预制结构，筋混凝土圆盘板的中空内径比中心大直径单桩的外径大30~40cm，所述钢筋混凝土圆盘板的中空内表面上预设有橡胶密封和剪力键，所述中心大直径单桩与钢筋混凝土圆盘板的安装面上预设有剪力键，两者之间的环形空间通过水下高强灌浆进行连接。
10.进一步地，所述筋混凝土圆盘板的外直径小于海床面砂桩加固区的区域边界，筋混凝土圆盘板的外边缘坡脚为30~45度，且筋混凝土圆盘板的厚度不小于1m。
11.进一步地，所述挤密砂桩采用梅花状等边三角形布置或正方型布置，且挤密砂桩的水平加固范围不小于钢筋混凝土圆盘板的水平尺寸，挤密砂桩的海床面以下加固深度不小于中心大直径单桩直径的两倍，挤密砂桩置换率根据场区情况控制在30%~70%。
12.一种适用软弱土海床的圆盘式复合单桩风机基础的建造方法，包括如下步骤：
13.1）采用自升式平台或浮吊船将中心大直径单桩打入海床指定深度，并保证沉桩完毕后中心大直径单桩的垂直度小于3
‰
；
14.2）采用砂桩船进行中心大直径单桩桩周软弱土中设计宽度及深度范围内挤密砂桩的打设施工，挤密砂桩打设顺序由桩周自内向外；
15.3）通过浮吊船完成海床面砂桩加固区的钢筋混凝土圆盘板的沉放安装；
16.4）将钢筋混凝土圆盘板与中心大直径单桩之间的环形空间通过水下高强灌浆相连接；
17.5）通过浮吊船完成套笼或其他附属构件的安装。
18.本实用新型的有益技术效果在于：1）与现有高桩承台基础相比，本实用新型避免了海上钢筋绑扎、钢结构焊接、混凝土浇筑及养护等工序较长的现场作业时间，大幅节约了海上窗口期，显著提高了施工效率，缩短了施工工期。2）与现有导管架基础相比，本实用新型大幅度降低了钢结构加工制作难度，降低了海上沉桩、调平、安装等工序难度，避免了水下割桩等复杂工序，减少了现场施工风险，缩短了施工工期。3）与现有单桩基础相比，本实用新型有效降低了桩重、桩径及桩长，避免了超重、超大、超长单桩受船机及设备资源限制导致施工困难甚至无法施工的难题，显著拓宽了施工船机及设备资源选择范围，减少了现场施工风险，较大程度方便了现场施工。本实用新型所设计的新型基础技术，充分发挥了加固地基与复合式单桩各自所长，使得圆盘式复合单桩在浅层加固地基中发挥了较优异的抗水平及抗弯承载变形性能，有效减小了基础泥面水平位移及转角，技术理念先进。
附图说明
19.图1为本实用新型的整体结构示意图；
20.图2为图1的俯视结构示意图。
21.图中：1、中心大直径单桩，2、挤密砂桩，3、钢筋混凝土圆盘板，4、高强灌浆体。
具体实施方式
22.为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优
点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
23.如图1
‑
2所示，本实用新型所述的一种适用软弱土海床的圆盘式复合单桩风机基础，主要包括沉桩到软弱土内的中心大直径单桩及布置在中心大直径单桩周围并用于浅层地基加固的挤密砂桩，挤密砂桩布置在中心大直径单桩的桩周一定宽度及深度范围内的软弱土中，且所述中心大直径单桩的沉桩深度大于挤密砂桩的沉桩深度，中心大直径单桩周围的挤密砂桩形成了海床面砂桩加固区，该海床面砂桩加固区上设置有钢筋混凝土圆盘板，所述中心大直径单桩通过水下高强灌浆与所述钢筋混凝土圆盘板连接；中心大直径单桩为无过渡段钢管桩，钢管桩顶部焊有桩顶法兰。
24.参照图1
‑
2所示，所述钢筋混凝土圆盘板为陆上预制结构，筋混凝土圆盘板的中空内径比中心大直径单桩的外径大30~40cm，所述钢筋混凝土圆盘板的中空内表面上预设有橡胶密封和剪力键，所述中心大直径单桩与钢筋混凝土圆盘板的安装面上预设有剪力键，两者之间的环形空间通过水下高强灌浆进行连接。所述筋混凝土圆盘板的外直径小于海床面砂桩加固区的区域边界，筋混凝土圆盘板的外边缘坡脚为30~45度，且筋混凝土圆盘板的厚度不小于1m。
25.参照图1
‑
2所示，所述挤密砂桩采用梅花状等边三角形布置或正方型布置，且挤密砂桩的水平加固范围不小于钢筋混凝土圆盘板的水平尺寸，挤密砂桩的海床面以下加固深度不小于中心大直径单桩直径的两倍，挤密砂桩置换率根据场区情况控制在30%~70%。
26.一种适用软弱土海床的圆盘式复合单桩风机基础的建造方法，包括如下步骤：
27.1）采用自升式平台或浮吊船将中心大直径单桩打入海床指定深度，并保证沉桩完毕后中心大直径单桩的垂直度小于3
‰
；
28.2）采用砂桩船进行中心大直径单桩桩周软弱土中设计宽度及深度范围内挤密砂桩的打设施工，挤密砂桩打设顺序由桩周自内向外；
29.3）通过浮吊船完成海床面砂桩加固区的钢筋混凝土圆盘板的沉放安装；
30.4）将钢筋混凝土圆盘板与中心大直径单桩之间的环形空间通过水下高强灌浆相连接；
31.5）通过浮吊船完成套笼等其他附属构件的安装。
32.本实用新型充分发挥了圆盘式复合单桩在浅层加固地基中较优异抗水平及抗弯承载变形性能，在优化基础工程量的同时很大程度上方便了现场施工，较好解决了软弱土海床中高桩承台基础、导管架基础及单桩基础型式所存在的问题。与现有的软弱土海床中的风机基础技术相比，本实用新型充分发挥了加固地基与复合式单桩各自所长，使得圆盘式复合单桩在浅层加固地基中发挥了较优异的抗水平及抗弯承载变形性能，有效减小了基础泥面水平位移及转角，技术理念先进；大幅降低了中心单桩桩重、桩径及桩长，显著拓宽了施工船机及设备资源选择范围，较大程度方便了现场施工，减少了现场施工风险和难度，同时具有工艺环保、海上施工周期短、无现场焊接、综合经济性好等特点，技术效果显著。
33.本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。