一种新型薄壁大直径单桩-桶复合桩基及其安装方法与流程

本发明涉及一种新型薄壁大直径单桩-桶复合桩基及其安装方法。

背景技术：

近年来，我国大力开发可再生清洁能源，海上风能资源一直是备受关注的焦点。海上风电的建设需要风机基础、塔筒以及风机等多学科多领域的知识和技术。目前常采用的海上风机基础为单桩基础和导管架基础，其中单桩基础的比重超过70%，主要是由于其由结构相对简单，制作方便，安装技术将对成熟，综合成本较低，因此得到了广泛的应用。目前一般的风机基础的直径在4-6m，桩长则依据土层情况。

但是由于海上风机基础一般承受的水平荷载和弯矩荷载较大，对于大功率的风机基础，一般的风机基础很难承受这么大的荷载，特别是当其直径较小时。虽然增大基础的直径虽然可以显著提高基础的承载能力及刚度，但是由于在增加桩径的同时为保证结构强度需要增大壁厚，造成用钢量极具增加，进而导致基础制作成本和运输安装成本显著增加。因此需要对其壁厚进行优化，以达到既能满足结构强度又能经济节约的目的，同时可以结合桶形基础以及注浆方法工艺，提高基础的承载性能。因此基于以上工程背景，本专利提出一种新型薄壁大直径单桩-桶复合桩基。

技术实现要素：

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种新型薄壁大直径单桩-桶复合桩基及其安装方法，操作简单，既能满足结构强度又能经济节约，同时有效提高单桩基础的承载性能。

本发明是这样构成的，它包括外侧桶形基础以及位于外侧桶形基础中部的薄壁变截面单桩基础，所述薄壁变截面单桩基础包括基础上部和基础下部，所述基础上部的直径小于基础下部，所述基础上部内侧由上至下间隔设有多个环形板，所述环形板外壁与基础上部内壁之间均匀设有多个竖向肋板，所述基础下部外侧周向设置有多个环向加强梁，相邻环形加强梁之间设有y型加强肋。

进一步的，所述外侧桶形基础上表面设置有多个注浆孔，所述注浆孔内穿设有注浆套管，所述注浆套管呈t型，用以注浆套管上部抵靠在外侧桶形基础上表面，所述注浆套管下部向下延伸至外侧桶形基础内部，所述注浆套管下侧部开设有多个注浆小孔，用以向外侧桶形基础内部注浆并形成注浆体。

进一步的，所述外侧桶形基础包括桶裙以及位于桶裙上方的桶顶板，所述桶顶板上方沿桶顶板中心环绕设置有多个加强翼板。

进一步的，所述桶顶板中部预留有用以薄壁变截面单桩基础穿设的穿孔，所述穿孔外周侧设置有注浆环形板，注浆环形板下部与桶顶板焊接，所述注浆环形板的直径由下至上依次增大，所述注浆环形板内部浇筑有环形加强注浆体。

进一步的，所述薄壁变截面单桩基础的壁厚不大于6cm。

进一步的，所述基础上部位于泥面上方，所述基础下部位于泥面下方，所述基础上部的截面直径由下至上依次减小后保持不变，所述基础下部的截面直径相同。

进一步的，所述y型加强肋由两个呈“v”型的连接肋板以及伸出翼板组成，两个连接肋板内端部与基础下部连接，两个连接肋板的外端连接在一起并与伸缩翼板相连。

进一步的，一种新型薄壁大直径单桩-桶复合桩基的安装方法，包括步骤如下：（1）首先将薄壁变截面单桩基础打入土层的指定深度，控制薄壁变截面单桩基础的桩体倾斜率和成桩质量；（2）薄壁变截面单桩基础安装就绪后，吊装外侧桶形基础从薄壁变截面单桩基础的桩顶进行安装，外侧桶形基础的桶裙下插土体，待外侧桶形基础上方的桶顶板接触土层后，在薄壁变截面单桩基础和外侧桶形基础结合处进行注浆处理，形成环形加强注浆体；（3）若还需要进行薄壁变截面单桩基础的桩周土体的加强，可下放注浆管，若需要加强更深层的土体可借助一定的震动设备辅助安装注浆管；（4）注浆管安装完毕后，对注浆管进行注浆，在注浆管周侧形成注浆体，基础浅表层土体得到了加强，承载力可以得到进一步提升。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明结构简单，设计合理，相比于传统单桩基础其能够提供更高的承载能力和刚度，能够作为更大风机功率的基础形式；在具体结构方面通过同基础的壁厚进行优化，既保证的结构强度又节约钢材，经济性好；此外将它同外侧桶形基础通过注浆方式连接，并可以配合其他注浆方式，能够显著提高其承载性能。

附图说明

图1为本发明实施例整体结构示意图一；

图2为本发明实施例整体结构示意图二；

图3为本发明实施例薄壁变截面单桩基础与外侧桶形基础连接处结构示意图；

图4为本发明实施例外侧桶形基础俯视图；

图5为本发明实施例带有注浆孔的外侧桶形基础俯视图；

图6为本发明实施例基础下部截面图；

图7为本发明实施例基础上部截面图；

图8为图6的局部放大图a；

图9为图1的局部放图b；

图中：1-薄壁变截面单桩基础，110-基础上部，120-基础下部，2-外侧桶形基础，3-穿孔，4-竖向肋板，5-环形板，6-y型加强肋，7-环向加强梁，8-加强梁横板，9-加强梁竖板，10-连接肋板，11-伸出翼板，12-注浆环形板，13-加强翼板，14-环形加强注浆体，15-桶裙，16-桶顶板，17-注浆孔，18-注浆套管，19-圆形挡板，20-注浆体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例：如图1~9所示，提供一种新型薄壁大直径单桩-桶复合桩基，包括外侧桶形基础2以及位于外侧桶形基础中部的薄壁变截面单桩基础1，所述薄壁变截面单桩基础包括基础上部110和基础下部120，所述基础上部的直径小于基础下部，所述基础上部内侧由上至下间隔设有多个环形板5，用以加强基础上部的强度，所述环形板外壁与基础上部内壁之间均匀设有多个竖向肋板4，所述基础下部外侧周向设置有多个环向加强梁7，相邻环形加强梁之间设有y型加强肋6。

为了保证基础上部的结构刚度，上述的竖向肋板可以均匀设置8根，相邻的竖向肋板之间的夹角为45°，竖向肋板上下贯通且厚度略低于薄壁变截面单桩基础的壁厚；环形板的厚度可以与竖向肋板厚度相同；y型加强肋由泥面向下延伸至基础下部的底侧，相邻y型加强肋之间的夹角可以是22.5°。

在本实施例中，基础上部的上方可以通过法兰盘结构连接风机塔筒，位于泥面以上的基础上部的下部直径可以是位于泥面下部的基础下部的直径的一半。

在本实施例中，所述外侧桶形基础2上表面设置有多个注浆孔17，注浆孔可以设置在靠近加强翼板的位置，所述注浆孔内穿设有注浆套管18，所述注浆套管呈t型，所述注浆套管上部横向具有圆形挡板19，用以圆形挡板抵靠在外侧桶形基础上表面，防止注浆套管往下移动，所述注浆套管下部向下延伸至外侧桶形基础内部，所述注浆套管下侧部开设有多个注浆小孔，用以向外侧桶形基础内部注浆并形成注浆体20，基础浅表层土体得到了加强，承载力可以得到进一步提升；注浆管的长度可以根据实际情况进行调整。

在本实施例中，所述外侧桶形基础2包括桶裙15以及位于桶裙上方的桶顶板16，所述桶顶板上方沿桶顶板中心环绕设置有多个加强翼板13；加强翼板呈三角形，相邻加强翼板之间的夹角可以是45°。

在本实施例中，所述桶顶板中部预留有用以薄壁变截面单桩基础穿设的穿孔3，所述穿孔外周侧设置有注浆环形板12，注浆环形板下部与桶顶板焊接，所述注浆环形板的直径由下至上依次增大，所述注浆环形板内部浇筑有环形加强注浆体14；注浆环形板在安装完毕后，在注浆环形板与单桩桩壁之间形成环状锥形空间，后续通过注浆可以形成环形加强注浆体；环形加强注浆体能够将薄壁变截面单桩基础以及外侧桶形基础进行粘结，能够将薄壁变截面单桩基础荷载传递到外侧桶形基础上，形成新型薄壁大直径单桩-桶复合桩基。

外侧桶形基础截面呈环形，其外径一般可根据实际情况设置为单桩直径的1.5-3倍；桶裙可下插土体一定深度。

在本实施例中，所述薄壁变截面单桩基础的壁厚不大于6cm，用以节约钢材，配合单桩加强结构也能达到所需强度。

在本实施例中，所述基础上部位于泥面上方，所述基础下部位于泥面下方，所述基础上部的截面直径由下至上依次减小后保持不变，所述基础下部的截面直径相同。

在本实施例中，所述y型加强肋6由两个呈“v”型的连接肋板10以及伸出翼板11组成，两个连接肋板内端部与基础下部连接，两个连接肋板的外端连接在一起并与伸缩翼板相连；两个连接肋板之间的夹角可以是45°~60°，这样的设计既能有效起到结构加强的目的，又能节约钢材。

在本实施例中，多个环向加强梁均匀等距分布在基础下部外侧，所述环向加强梁包括上下设置的一对加强梁横板8以及加强梁竖板9，加强梁竖板上、下端分别与加强梁横板连接。

在本实施例中，施工时，首先将薄壁变截面单桩基础打入土层的指定深度，控制薄壁变截面单桩基础的桩体倾斜率和成桩质量；薄壁变截面单桩基础安装就绪后，吊装外侧桶形基础从薄壁变截面单桩基础的桩顶进行安装，待外侧桶形基础上方的桶顶板接触土层后，在薄壁变截面单桩基础和外侧桶形基础结合处进行注浆处理，形成环形加强注浆体；若还需要进行薄壁变截面单桩基础的桩周土体的加强，可下放注浆管，若需要加强更深层的土体可借助一定的震动设备辅助安装注浆管，安装完毕后，对注浆管进行注浆，在注浆管周侧形成注浆体，基础浅表层土体得到了加强，承载力可以得到进一步提升。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

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