大直径管桩筒形风机基础结构及施工方法与流程

1.本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种用于软土地基上的大直径管桩筒形风机基础结构及施工方法。


背景技术：

2.随着碳达峰、碳中和的目标确定和实施路径的逐步清晰，我国能源低碳转型步伐加快，可再生能源得到了快速发展，风电进入更大规模开发建设时期。目前，风速较大、风资源较好的地区首先具备了平价上网条件，但风机基础选型设计、施工难度和工期对风电项目的经济性均具有决定性影响，诸多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.风机基础结构是风机的重要支撑构筑物，在长期风、浪等360
°
往复循环荷载作用下，底部基础产生较大弯矩以及水平推力；对于地基承载力较低的软土地基的陆上风电，或滩涂区域、近海岸浅层土的单桩基础海上风电，选择经济合理的基础设计方案，降低施工难度和成本的同时提高其稳定可靠性，对风机机组的安全性至关重要。
4.目前风电机组基础大多采用咬合桩筒形基础、预应力墩型基础以及预应力筒形基础；在受力模式上采用墩型基础计算方案，在长度方面均较短，且在咬合施工或大开挖施工过程中，容易对土体产生破坏或咬合破坏，整体受力上存在一定缺陷。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种大直径管桩筒形风机基础结构及施工方法；该风机基础结构安全性高，抗裂性和耐久性好；本发明的施工方法能够克服沉桩阻力，减少地基处理等额外工序，可提高施工进度，降低施工成本，可以获得稳定可靠性较好的风机基础结构。
6.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
7.一种大直径管桩筒形风机基础结构，包括大直径管桩、桩靴和预应力锚索；所述桩靴连接在大直径管桩的底部上；所述大直径管桩上设有多个沿大直径管桩的轴向延伸且贯通的管桩预留孔，且桩靴上设有贯通的桩靴预留孔，桩靴预留孔与管桩预留孔相通；所述预应力锚索插入管桩预留孔和桩靴预留孔中；预应力锚索的底部设有锚板；管桩预留孔和桩靴预留孔中灌注有混凝土；预应力锚索的下端、锚板、大直径管桩的下部以及桩靴均锚固于地基中。
8.进一步的，所述大直径管桩是由多个桩环拼接而成。
9.更进一步的，大直径管桩的相邻两个桩环之间通过凹凸结构上下拼接。
10.进一步的，所述大直径管桩的直径为4m～12m，管壁厚度大于500mm。
11.进一步的，管桩预留孔和桩靴预留孔的直径均为260mm，相邻两个管桩预留孔之间的环向距离为500～700mm。
12.进一步的，所述桩靴的截面为三角形结构，且相邻两个桩靴预留孔之间通过内凹
的通槽相通。
13.本发明进一步提供了一种大直径管桩筒形风机基础结构的施工方法，其包括如下步骤：
14.(1)将底部连接有桩靴的大直径管桩打入地基中；
15.(2)在大直径管桩的某个管桩预留孔中插入高压喷水管，且高压喷水管伸入对应的桩靴的桩靴预留孔中，向高压喷水管中打入高压水，高压水连续向桩靴下方喷出，切割桩靴下方的土体，被高压水冲开的砂土经过相邻两个桩靴预留孔之间的通槽进入相邻的桩靴预留孔中，利用抽砂泵再将砂土从管桩预留孔中吸出；依次对应每个管桩预留孔按照上述步骤进行操作；在抽取水土的过程中，大直径管桩逐步下沉；
16.(3)在大直径管桩以及桩靴下沉到位后，撤去高压喷水管和抽砂泵，在大直径管桩的每个管桩预留孔中放入底部安装有锚板的预应力锚索，预应力锚索下端伸出于桩靴预留孔；
17.(4)向管桩预留孔和桩靴预留孔中灌注混凝土；
18.(5)在混凝土达到一定强度后，将预应力锚索张拉至控制应力设计值。
19.进一步的，所述高压喷水管的直径为50～80mm，水流压力大于2mpa。
20.进一步的，所述抽砂泵的功率大于20kw，流量大于50m3/h。
21.进一步的，在步骤(5)中，当混凝土强度达到设计强度的50％时，对预应力锚索进行张拉。
22.本发明的有益效果：
23.本发明的风机基础结构采用环形结构的大直径管桩，在一定程度上可以降低大型打桩锤的造价成本，而且在打入地基的过程中不易损坏；
24.本发明中的大直径管桩上设有多个管桩预留孔，管桩预留孔中设有预应力锚索，且管桩预留孔中还灌注有混凝土，利用预应力锚索的张拉，对大直径管桩施加应力，提高地基与风机基础结构之间的承载力。
25.本发明采用大直径管桩和预应力锚索相配合的结构，避免了钢筋和混凝土的疲劳破坏，提高了基础结构的抗裂性、耐久性，保证了基础结构的安全性。
26.本发明的施工方法在大直径管桩的管桩预留孔中放入高压水管，利用高压喷水管喷出的水将桩靴处的砂土冲开，并从相邻的管桩预留孔中利用抽砂泵吸出冲开的砂土；本发明的这种抽取水土沉桩的方法，通过喷射水流对桩靴底部土层进行切割，并抽走砂土，从而形成下切力，能够克服沉桩阻力，便于更安全可靠的完成基础结构的施工，与常规沉井基础的人工挖土相比，免除了地基处理等额外工序，可以保证施工的进度，经济性较好，且不宜对土体产生破坏，提高了整体受力可靠性和稳定性。
附图说明
27.图1为本发明的大直径管桩筒形风机基础结构的结构示意图。
28.图2为大直径管桩筒形风机基础结构中的桩靴处的部分放大结构示意图。
29.图3为本发明中的大直径管桩的相邻两个桩环之间的配合结构示意图。
30.图4为本发明的大直径管桩筒形风机基础结构的俯视图。
31.图5为本发明的大直径管桩筒形风机基础结构的施工过程的结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
33.如图1至图4所示的一种大直径管桩筒形风机基础结构，该风机基础结构包括大直径管桩1、桩靴2和预应力锚索3；所述桩靴2为环形结构，其连接在大直径管桩1的底部上；所述大直径管桩1为环形结构，且环形壁上设有至少8个沿大直径管桩的轴向延伸且贯通的管桩预留孔11，且桩靴2上设有贯通的桩靴预留孔21，桩靴预留孔21与管桩预留孔11直通；所述预应力锚索3插入管桩预留孔11和桩靴预留孔21中；预应力锚索3的底部设有锚板31；管桩预留孔11和桩靴预留孔21中灌注有混凝土4(不小于c40的细石混凝土)；预应力锚索3的下端、锚板31、大直径管桩1的下部以及桩靴2均锚固于地基5中。
34.该大直径管桩1为钢筋混凝土结构，其直径为4m～12m，管壁厚度大于500mm。
35.如图3所示，该大直径管桩1是由多个桩环12拼接而成，每个桩环12的高度为3m左右，且相邻两个桩环12之间通过凹凸结构13上下拼接。
36.管桩预留孔11和桩靴预留孔21的直径均为260mm，相邻两个管桩预留孔11之间的环向距离为500～700mm。
37.桩靴2的截面为三角形结构，且相邻两个桩靴预留孔21之间通过内凹的通槽22相通。通槽22的直径不小于100mm。
38.如图4所示，该大直径管桩筒形风机基础结构的施工方法，包括如下步骤：
39.(1)将底部连接有桩靴2的大直径管桩1打入地基5中；
40.(2)在大直径管桩1的某个管桩预留孔11中插入高压喷水管6，且高压喷水管6伸入对应的桩靴2的桩靴预留孔21中，向高压喷水管6中打入高压水，高压水连续向桩靴2下方喷出，切割桩靴2下方的土体，被高压水冲开的砂土经过相邻两个桩靴预留孔21之间的通槽22进入相邻的桩靴预留孔21中，利用抽砂泵7再将砂土从管桩预留孔11中吸出；依次对应每个管桩预留孔11按照上述步骤进行操作；在抽取水土的过程中，大直径管桩1逐步下沉；
41.(3)在大直径管桩1以及桩靴2下沉到位后，撤去高压喷水管6和抽砂泵7，在大直径管桩1的每个管桩预留孔11中放入底部安装有锚板31的预应力锚索3，预应力锚索3下端伸出于桩靴预留孔21；
42.(4)向管桩预留孔11和桩靴预留孔21中灌注混凝土；
43.(5)当混凝土强度达到设计强度的50％时，将预应力锚索3张拉至控制应力设计值。
44.其中的高压喷水管6的直径为50～80mm，壁厚不小于2mm，水流压力大于2mpa。
45.其中的抽砂泵7的功率大于20kw，流量大于50m3/h。
46.本发明采用大直径管桩1和预应力锚索3相配合的结构，避免了钢筋和混凝土的疲劳破坏，提高了基础结构的抗裂性、耐久性，保证了基础结构的安全性。
47.本发明的施工方法在大直径管桩1的管桩预留孔11中放入高压水管6，利用高压喷水管6喷出的水将桩靴2处的砂土冲开，并从相邻的管桩预留孔11中利用抽砂泵7吸出冲开的砂土；本发明的这种抽取水土沉桩的方法，通过喷射水流对桩靴2底部的土层进行切割，并抽走砂土，从而形成下切力，能够克服沉桩阻力，便于更安全可靠的完成基础结构的施工，与常规沉井基础的人工挖土相比，免除了地基处理等额外工序，可以保证施工的进度，
经济性较好，且不易对土体产生破坏，提高了整体受力可靠性和稳定性。
48.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。