风电预制板桩及其应用结构、施工方法与流程

1.本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电预制板桩及其应用结构、施工方法。


背景技术：

2.风力发电是一种清洁能源，具有环保、可再生特性，在国家能源领域具有举足轻重作用，随着国家环保政策的推进以及减排二氧化碳力度上升，风电进入更大规模开发建设时期。风速较大区域首先具备了平价上网条件，但风机基础费用、施工难度和工期对项目的经济性均具有重要影响，盈亏平衡点附近的项目，甚至由于基础施工的费用和工期长而造成亏损。
3.风机基础是风机的重要支撑构筑物，风机受风荷载作用，对底部基础产生弯矩以及水平推力，且风向360
°
均可产生荷载，风机基础的稳定对风机机组安全至关重要。
4.根据风机荷载以及当地土质条件不同，陆上风机基础可分为重力式基础、桩基础、岩石锚杆基础和筒形基础等。其中筒形基础包括ph基础、咬合桩筒形基础等，其受力特点主要表现为：由传统其他类型基础利用土的竖向抵抗力改变为利用土的水平被动土压力和竖向承载力相结合，大大降低了对地质条件的要求，降低了承台尺寸及其工程量。
5.其他筒形基础在施工时，要不进行大开挖，造成土参数降低，要不需要进行咬合施工，工序麻烦，而预应力板桩可进行工厂预制，现场打入，工期和质量均大大提高，造价也有很大优势。而发明人通过长期观察发现，现有的预应力板桩存在桩身的抗剪、抗弯强度不高，竖向抗拉性能欠佳，施工时不方便控制竖向垂直度等问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的旨在提出一种风电预制板桩，桩身的抗剪、抗弯强度相比普通板桩具有很大增加，竖向抗拉性能好，施工时方便控制竖向垂直度，并进行灌浆。
7.本发明的第二个目的在于提出一种风电预制板桩组合筒，以利用上述风电预制板桩。
8.本发明的第三个目的在于提出一种风机基础，以利用上述风电预制板桩。
9.本发明的第四个目的在于提出一种风电预制板桩的施工方法，以安装利用上述风电预制板桩。
10.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出一种风电预制板桩，包括：混凝土桩身和若干桩身主筋；所述混凝土桩身中部设有若干纵向孔道；若干纵向孔道相邻两者之间留有间距，且若干纵向孔道均沿高度方向贯穿所述混凝土桩身；所述混凝土桩身沿高度方向相对的两个侧面均设有预埋工字型钢或预埋槽型钢，且当设有预埋工字型钢时，预埋工字型钢内侧设有灌浆管；若干桩身主筋设在混凝土桩身内，且沿混凝土桩身高度方向设置；若干桩身主筋分布在若干纵向孔道的外围。
11.本发明实施例的风电预制板桩，混凝土桩身增加了预埋槽型钢或预埋工字型钢，
以及若干桩身主筋，混凝土桩身的抗剪、抗弯强度与普通板桩相比，具有很大增加。同时，混凝土桩身中间预留若干纵向孔道，一方面，在使用时起导向作用，在逐步沉入过程中，辅助以工装，可以控制竖向垂直度，工期大大优化；另一方面，可在需要时在其中植入钢筋混凝土，并将钢筋深入混凝土承台内，提供桩身的竖向抗拉。此外，预埋工字型钢内侧设有灌浆管，灌浆料通过灌浆管进行槽型钢槽内渣土的清理，并进行灌浆。
12.另外，根据本发明上述实施例提出的风电预制板桩还可以具有如下附加的技术特征：
13.在本发明的一个实施例中，所述的风电预制板桩，还包括钢筋笼；所述钢筋笼设在混凝土桩身的外围，且在预埋工字型钢或预埋槽型钢所在位置断开。
14.在本发明的一个实施例中，若干纵向孔道内均设有若干混凝土承台连接钢筋，且若干混凝土承台连接钢筋之间及它们与纵向孔道内壁之间均填充有混凝土。
15.在本发明的一个实施例中，混凝土桩身的上端和下端分别设有第一钢端板和第二钢端板，第二钢端板底部焊接有桩头；若干纵向孔道直径在200-350mm之间。
16.在本发明的一个实施例中，若干桩身主筋为螺纹钢或预应力钢绞线做的钢筋；预埋槽型钢尺寸较预埋工字型钢大10-20mm。
17.在本发明的一个实施例中，混凝土桩身为长板状，采用强度在c60-80之间的混凝土预制；混凝土桩身厚度在500-850mm。
18.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种风电预制板桩组合筒，包括若干如上所述的设有预埋工字型钢的风电预制板桩和若干如上所述的设有预埋槽型钢的风电预制板桩；若干设有预埋工字型钢的风电预制板桩和若干设有预埋槽型钢的风电预制板桩间隔设置构成筒形；相邻的两个设有预埋工字型钢的风电预制板桩和设有预埋槽型钢的风电预制板桩通过它们各自的预埋工字型钢和预埋槽型钢相互卡合连接。
19.本发明实施例的风电预制板桩组合筒，除了具有上述风电预制板桩的优势以外，其竖向连接采用预制工字型钢和预制槽型钢的水平向锁定，方便沉桩。
20.为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种风机基础，含有如上所述的风电预制板桩组合筒。
21.本发明实施例的风机基础，采用上述风电预制板桩构成的组合筒，可避免明挖，且避免了扰动土体承载力，施工方便，结构可靠。
22.为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种风电预制板桩的施工方法，采用植桩法，先将如上所述的风电预制板桩的桩基沉入区进行水泥土搅拌，然后植入如上所述的风电预制板桩。
23.本发明实施例的风电预制板桩的施工方法，工序简单，操作方便。
24.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.图1为本发明实施例所述的风电预制板桩混凝土桩身的侧视图；
26.图2为本发明实施例所述的风电预制板桩混凝土桩身的钢筋笼及预埋工字型钢的俯视图；
27.图3为本发明实施例所述的风电预制板桩混凝土桩身的钢筋笼及预埋槽型钢的俯视图；
28.图4为本发明实施例所述的风电预制板桩带预埋工字型钢的混凝土桩身和带有预埋槽型钢的混凝土桩身的连接俯视图(也是本发明实施例所述风电预制板桩组合筒相邻两块风电预制板桩的连接俯视图)；
29.图5为本发明实施例所述的风电预制板桩组合筒的俯视图；
30.图6为本发明实施例所述的风机基础的结构图。
31.附图标记：
32.1-混凝土桩身；2-预埋工字型钢；3-预埋槽型钢；4-纵向孔道；5-灌浆管；6-桩身主筋；7-第一钢端板；8-桩头；9-混凝土承台连接钢筋；10-第二钢端板；11-钢筋笼；12-水泥土搅拌桩；13-风机塔筒；14-钢筋混凝土承台；15-预制板桩组合筒。
具体实施方式
33.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
34.如图1-4所示，一种风电预制板桩，包括：混凝土桩身1和若干桩身主筋6；所述混凝土桩身1中部设有若干纵向孔道4；若干纵向孔道4相邻两者之间留有间距，且若干纵向孔道4均沿高度方向贯穿所述混凝土桩身1；所述混凝土桩身1沿高度方向相对的两个侧面均设有预埋工字型钢2或预埋槽型钢3，且当设有预埋工字型钢2时，预埋工字型钢2内侧设有灌浆管5；若干桩身主筋6设在混凝土桩身1内，且沿混凝土桩身1高度方向设置；若干桩身主筋6分布在若干纵向孔道4的外围。
35.可以理解的是，由于若干纵向孔道的作用在于：一方面，在使用时起导向作用，在逐步沉入过程中，辅助以工装，可以控制竖向垂直度，工期大大优化；另一方面，可在需要时在其中植入钢筋混凝土，并将钢筋深入混凝土承台内，提供桩身的竖向抗拉。因此，若干纵向孔道4的数量与混凝土桩身1的长度和宽度有关，长度和宽度越大，纵向孔道4的数量越多。如图2-4所示，一种可行的设置结构，可以在每个混凝土桩身1上设置两个纵向孔道。
36.进一步的，为了在需要时在其中植入钢筋混凝土，并将钢筋深入混凝土承台内，提高桩身的竖向抗拉作用，若干纵向孔道的直径要求不小于200mm，最好在200-350mm之间。这样，必要时，就可以在若干纵向孔道4内均设置若干混凝土承台连接钢筋9，并在若干混凝土承台连接钢筋9之间及它们与纵向孔道4内壁之间均填充混凝土。
37.需要说明的是，预埋工字型钢2内侧设有灌浆管5，灌浆管的数量可以根据需要设置，一种设置方式可以理解为如图2所示，设有四个灌浆管，两个一组，分别设在混凝土桩身1的两端，更具体的，每一组的两个灌浆管设在预埋工字型钢2位于混凝土桩身1外侧一端“工”字形的竖部与横部的连接处两侧，且位于混凝土桩身1与“工”字形的该横部之间，更好的，“工”字形的该横部与混凝土桩身1之间留有间距。
38.进一步的，在一些实施例中，灌浆管5与预埋工字型钢2焊接，灌浆管5的作用有两个：一方面当带有预埋工字型钢的混凝土桩身与带有预埋槽型钢的混凝土桩身相互卡合连接时，可以给预埋槽型钢内的空隙冲水清洗，将预埋槽型钢内的渣土清理掉；另一方面，灌浆管还可用于灌浆。基于此，可以将灌浆管5的直径设置在20-30mm之间，优选25mm。
39.可选的，如图2和图3所示，所述的风电预制板桩还包括钢筋笼；所述钢筋笼设在混凝土桩身1的外围，且在预埋工字型钢2或预埋槽型钢3所在位置断开。
40.其中，如图1所示，混凝土桩身1的上端和下端分别设有第一钢端板7和第二钢端板10，根据施工要求，可以在第二钢端板10底部焊接桩头8。桩头8根据不同土质进行选择，砂砾土可选择梯形桩头，粘土可选择三角形桩头。
41.其中，若干桩身主筋6为螺纹钢或预应力钢绞线做的钢筋。
42.为了方便带有预埋工字型钢的混凝土桩身与带有预埋槽型钢的混凝土桩身相互卡合连接时进行调整，预埋槽型钢3尺寸较预埋工字型钢2大10-20mm比较好，优选大15mm。
43.其中，可以理解的是，为了方便多个带有预埋工字型钢的混凝土桩身与带有预埋槽型钢的混凝土桩身相互卡合连接形成筒形的风电预制板桩组合筒，将混凝土桩身设置成如图4中所示的梯形结构是一种比较好的选择，这样带有预埋工字型钢的混凝土桩身构成凸型混凝土桩身，带有预埋槽型钢的混凝土桩身构成凹型混凝土桩身，方便多个这两类混凝土桩身首尾连接，构成封闭的筒状结构。相邻两个带有预埋工字型钢的混凝土桩身与带有预埋槽型钢的混凝土桩身卡合连接的角度(也即混凝土桩身梯形结构中梯形上底和梯形的腰之间的夹角)可以根据所要构成的风电预制板桩组合筒的筒径要求进行设置。
44.较佳的，混凝土桩身1为长板状，采用强度在c60-80之间的混凝土预制；混凝土桩身1厚度要求大于500mm，最好在500-850mm之间。
45.本发明实施例所述的风电预制板桩在工作时：
46.首先，在预埋工字型钢2的根部焊接灌浆管5，然后在工厂将钢筋笼11与预埋工字型钢2或预埋槽型钢3固定及底部的第二钢端板10一并固定，最后后浇筑c60混凝土，养护成型后，运输至现场。
47.其施工方法为：施工时，首先在桩位将原状土进行水泥土搅拌，进行土体软化，然后安装一定的导向架，保证垂直度，后将本发明实施例的风电预制板桩震动振入或压入预定土层，然后依次通过预埋工字型钢2和预埋槽型钢3进行连接，沉入深度满足并连接成型后，通过灌浆管5进行水冲预埋槽型钢3与预埋工字型钢2间的土，然后灌入灌浆料进行固结。
48.如图5所示，本发明实施例的一种风电预制板桩组合筒，包括若干如上所述的设有预埋工字型钢2的风电预制板桩和若干如上所述的设有预埋槽型钢3的风电预制板桩；
49.若干设有预埋工字型钢2的风电预制板桩和若干设有预埋槽型钢3的风电预制板桩间隔设置构成筒形；相邻的两个设有预埋工字型钢2的风电预制板桩和设有预埋槽型钢3的风电预制板桩通过它们各自的预埋工字型钢2和预埋槽型钢3相互卡合连接。
50.具体的设有预埋工字型钢2的风电预制板桩和设有预埋槽型钢3的风电预制板桩的数量，与要形成的风电预制板桩组合筒的直径有关，直径越大，它们所需的数量越多，反之，直径越小，它们所需的数量越少。
51.关于风电预制板桩组合筒的横截面形状，由于相邻设有预埋工字型钢2的风电预制板桩和设有预埋槽型钢3的风电预制板桩的连接结构如图4所示，因此，构成的风电预制板桩组合筒的横截面形状为一多边形。
52.如图6所示，本发明实施例的一种风机基础，含有如上实施例的风电预制板桩组合筒15，还包括风机塔筒13和钢筋混凝土承台14。钢筋混凝土承台14上端安装有风机塔筒13，
下端安装风电预制板桩组合筒15，具体来说是风电预制板桩组合筒15嵌入钢筋混土承台14，两者连接为整体。如图5所示，风电预制板桩组合筒15的内侧和外侧均设有水泥土搅拌桩12，以增加侧壁土体强度，提高基础承载力。
53.本发明实施例所述的风电预制板桩组合筒用于风机基础结构中，可避免明挖、扰动土体承载力，同时避免现场施工机械设备昂贵、工序复杂等问题，且施工方便、结构可靠、经济性好。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
56.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
58.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
59.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。