一种管桩复合塔架的制作方法

本实用新型涉及风电塔架领域，特别涉及一种管桩复合塔架。

背景技术：

由于陆上风电市场机组大型化和低风速区需要，现有钢塔架在解决大功率机组和高塔架都遇到瓶颈。目前陆上风电机组功率越来越大，机组塔架载荷也越来越大，需要更大承载力塔架结构。

现有陆上塔架受运输限制，直径一般在4.3米以内。塔底直径受限，提高承载力只能增加钢板厚度。如果一味增加壁厚，导致加工制造困难，也不经济。另外机组载荷大，需要塔底锚栓数量增多，锚栓间距变小布局困难，影响钢筋布置和混凝土浇筑质量。

目前高塔的解决方案中，柔塔由于对风资源限制多及发电量损失，安装有一定局限性。混塔由于供应链不成熟、投资成本高、施工周期长，成本高等问题，也不能完全满足风电市场发展需要。因此，需要研发一种制造简单、安装方便的复合塔架作为高塔解决方案。另外，目前类似架塔架，由于采用螺栓连接，安装孔精度要求高，螺栓数量庞大，现场组装麻烦，施工周期长，检验和维修困难，因此还需要克服螺栓连接的问题。

技术实现要素：

本实用新型公开了一种风电管桩复合塔架，复合塔架分为两个部分，上部为传统的圆锥或圆柱塔筒，下部为钢管连接结构或钢-混凝土复合管结构；塔架的钢管和连接支撑采用现场高强灌浆连接，不用螺栓连接，用以克服螺栓连接出现的问题；管桩塔底直径不受限，承载力强，安装、制造运输方便，成本低，对新塔架开发有积极的参考意义。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种管桩复合塔架，包含：上部的塔筒；下部的塔架，包含多层的支撑段，以及连接在任意相邻两层支撑段之间的连接件，所述塔架的顶部支撑段通过一过渡段与所述塔筒连接；所述顶部支撑段与所述过渡段为灌浆连接，和/或，至少一层连接件和与其连接的支撑段为灌浆连接；每层的支撑段包含多个单管并围绕形成对应的一管段。

优选地，所述过渡段连接在塔架的顶部支撑段和塔筒的底部塔段结构之间；所述顶部支撑段包含多个单管并分别插入在过渡段下部的多个安装孔内进行连接；所述顶部支撑段的单管与所述过渡段的安装孔之间的连接腔的空隙填充有高强灌浆料。

优选地，所述支撑段为钢管段且包含多个单管；和/或，所述支撑段为钢-混凝土复合管。

优选地，所述连接件为连接支撑且包含：至少两个第一套管，分别套设在所述钢管段的多个单管的外侧；套管连接结构，用于连接相邻的两个第一套管；和/或，所述连接件为预制环，设有多个安装孔，用于与所述钢-混凝土复合管的钢管相匹配。

优选地，所述套管连接结构包两个弯折结构的连接管且固定连接，任意一套管连接结构上的两个连接管整体呈十字钢管；所述套管连接结构上端与下端分别设有半体结构的十字扣板，所述套管连接结构上端、下端的十字扣板相配合且扣在一起形成与所述十字钢管相适配的十字形管状结构。

优选地，每个连接管分为呈设定夹角的两段第一支管，所述十字钢管分为四段第一支管；所述十字形管状结构分为四段第二支管；所述连接管的两段第一支管分别预设有一第二套管；所述上端、下端的十字扣板通过所述第二套管固定连接；所述第二套管一侧套设在第一支管的外侧，另一侧套设在所述第二支管的外侧；所述第二套管与所述第一支管之间的连接空腔和/或所述第二套管与所述第二支管之间的连接空腔内填充有高强灌浆料。

优选地，所述钢管段的单管在其长度方向的两端的外侧断续焊接有第一剪切键，所述连接支撑的第一套管的长度方向的两端的内侧断续焊接有第二剪切键，所述第一剪切键与所述第二剪切键相适配。

优选地，所述第一套管与对应的所述单管之间的连接空腔内填充有高强灌浆料。

优选地，任意一层支撑段与其上的连接件预先结合为一体。

优选地，底部支撑段插入到一环形基础内，所述环形基础中设有预埋钢管；所述底部支撑段与所述环形基础之间通过高强灌浆料填充连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：(1)本实用新型的管桩复合塔架，塔架刚度大，塔底为管桩结构，直径不受限制，可以满足大功率机组承载力需要；(2)本实用新型的塔架结构简单，管桩运输方便，可以作为陆上高塔解决方案；(3)本实用新型的管桩连接主要采用现场高强灌浆连接，例如，过渡段和钢管之间、连接支撑和钢管之间，基础和钢管之间都使用高强灌浆料现场填充连接，操作方便，减少螺栓连接对零部件加工精度要求，提高施工安装方便性；且灌浆连接一般在被连接件上焊接有剪切键，增强和灌浆料结合和传力；(4)本实用新型使用环形混凝土基础，可减少开挖，减少混凝土用量，降低成本。

附图说明

图1为本实用新型的管桩复合塔架的整体结构示意图；

图2为图1中c-c处的剖面结构示意图；

图3为本实用新型的连接支撑结构示意图；

图4-图5为本实用新型的两个分体连接支撑组合成一体的结构示意图；

图6a-图6h分别为本实用新型的各层钢管段和各层连接支撑的结构示意图；

图7为本实用新型的另一实施例的管桩复合塔架的整体结构示意图；

图8为图7的管桩复合塔架的立体结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图7结合所示，本实用新型提供了一种风电管桩复合塔架，风电管桩复合塔架包含上部的圆锥或圆柱形的钢板法兰焊接塔筒100和下部的管桩塔架200。所述管桩塔架200包含实施例一中的钢管式的塔架结构和实施例二中的钢-混凝土复合管式的塔架结构。值得说明的是，当钢管或钢-混凝土复合管(通常叫预制桩)插入到地基或基础中，均可称为桩；当钢管或钢-混凝土复合管直接在底面使用时，仍然称之为钢管或钢-混凝土复合管。

实施例一：

如图1-图5所示，本实施例提供一种风电管桩复合塔架，塔筒100为圆锥塔筒，包含多段(如图1中的两段)圆锥塔段，分别为第一圆锥塔段11和第二圆锥塔段12。塔架200包含多层钢管段3和多层的连接支撑4。连接支撑4将不同层的钢管段3连接起来。钢管3和连接支撑4由上至下依次相间设置，各个连接支撑4设置在对应的两层钢管段3之间。

如图1-图2所示，上部的塔筒100和下部的塔架200通过过渡段2连接，过渡段2连接在第二圆锥塔段12的下端和第一钢管段31的上端之间。其中，过渡段2由钢板焊接而成。过渡段2的上部为钢法兰结构并与塔筒100的第二圆锥塔段12通过螺栓连接。过渡段2的下部在钢板焊接空腔中填充有高强混凝土。过渡段2的下部预留有对应的m1个安装孔，安装孔的直径略大于第一钢管段31中的钢管直径(例如钢管的直径为60～100毫米)。安装时，上部的第一钢管段31的各个钢管3a分别插入在过渡段2对应的安装孔中，再用高强灌浆料l填充连接腔的空隙(30～50毫米间隙)。

本实施例中，钢管3a为多个单体运输；连接支撑4可以组焊为一个整体，也可以根据运输条件分成多个部分。如图3-图5所示，每层的连接支撑4包含多个套管4-1和多个连接管4-3，套管4-1的数目和连接管4-3的数目相同，每个套管4-1上固定连接有一个连接管4-3。每个连接管4-3为近l型的弯折钢管，其可分为两段直线形的支管4a。连接管4-3的各个支管4a上分别预先套设有小套管4-4。值得说明的是，本实用新型的连接管4-3并不仅限于此，只要能实现固连相邻的两个套管4-1即可。

相邻的两个套管4-1上各自对应的连接管4-3固定连接(如焊接连接)，从而这两个套管4-1也实现固定连接，且这两个连接管4-3在固定连接后整体形成十字钢管405，该十字钢管405可分为四段支管4a。

如图4-图5所示，相邻的两个连接管4-3通过分别放置在其上端、下端的半体结构的十字扣板4-2进行紧固作用。上、下端的十字扣板4-2分别为半圆形结构，上端、下端的十字扣板4-2相匹配且扣在一起后形成完整的十字形管状结构，所述十字形管状结构可分为四段支管4b。

预先套设在支管4a的小套管4-4通过移动可以实现套设在十字形管状结构的四段支管4b的外侧，其中，每个小套管4-4的一侧套设在对应支管4b的外侧，另一侧套设在支管4a的外侧。进一步地，通过在小套管4-4内进行灌浆填充，将小套管4-4、十字扣板4-2、连接管4-3组合为一体，从而将相邻的两个套管4-1组合为一体。

如图1所示，每层的钢管段3包含多个钢管3a并围绕一圈成圆锥形或圆柱形。每层的连接支撑4包含多个套管4-1。上层、下层钢管段3的钢管3a分别嵌入在对应的中间连接支撑4的套管4-1内，实现钢管段3和连接支撑4的连接作用。

优选地，钢管段3的钢管3a在其长度方向两端的外侧均断续焊接有剪切键j，连接支撑4的套管4-1的长度方向的两端的内侧也断续焊接有剪切键j，并分别与其上、下对应的钢管3a的剪切键j相匹配。另外，在连接支撑4上的各套管4-1内插入对应的钢管3后，进行灌浆，用于增强结合和传力。

本实施例中，多层的钢管段3的钢管3a的直径与总数量均根据需要设置。示例地，钢管3a的总数量n等于m1·m2；m1表示每层钢管段中的单根钢管的数量，m2表示钢管段的层数。每层的连接支撑4均包含m1个套管4-1和m1个连接管4-3。优选地，钢管3a的总数量为32(4乘以8)个，即包含四层钢管段3，每层的钢管段3包含8个钢管3a；每层的连接支撑4包含8个套管4-1和8个连接管4-3。

如图1-图2结合所示，钢管3由上至下分别为第一钢管段31、第二钢管段32、第三钢管段33和第四钢管段34，连接支撑4由上至下分别为第一连接支撑41、第二连接支撑42和第三连接支撑43。第一连接支撑41设置在第一钢管段31和第二钢管段32之间，第二连接支撑42设置在第二钢管段32和第三钢管段33之间，第三连接支撑43设置在第三钢管段33和第四钢管段34之间。

最底段的第四钢管段34插入到环形基础5(例如环形混凝土基础5)中；环形基础5中还预埋钢管6(基础埋管)。当第四钢管段34插入到环形基础5后，再在第四钢管段34和环形基础5之间通过高强灌浆料l现场填充连接。环形基础5开挖工程量少，可埋入较深，使其兼顾重力基础和桩基础优势。

在安装过程中，所有层的钢管段3和其上的连接支撑4分别先在地面组装成结合段，如图6a-图6g所示，第四钢管段34和其上的第三连接支撑43组装成一体，记作第一结合体601，第三钢管段33和其上的第二连接支撑42组装成一体，记作第二结合体602，第二钢管段32和其上的第一连接支撑41组装成一体，记作第三结合体603，第一钢管段31和其上的过渡段2组装成一体，记作第四结合体604。

值得说明的是，图6a-图6h所示分别为本实用新型的管桩复合塔架的各层钢管段和各层连接支撑的结构示意图。其中，第一结合体601、第二结合体602、第三结合体603、第四结合体604均是组装成形之后的示意图。各个结合体具体结合成形的方法如下：

倒置圆锥状的第三连接支撑43使其大端朝上，并将第四钢管段34的各个钢管3a从该大端一侧由上至下依次插入到第三连接支撑43的套管4-1内，然后在第四钢管段34的钢管3a和第三连接支撑43的套管4-1的空腔间隙浇筑高强灌浆料l，使得第四钢管段34和第三连接支撑43变成一个结合段。同样地，倒置圆锥状的第二连接支撑42使其大端朝上，并将第三钢管段33的各个钢管3a从该大端一侧由上至下依次插入到第二连接支撑42的套管4-1内，然后在第三钢管段33的钢管3a和第二连接支撑42的套管4-1的空腔间隙浇筑高强灌浆料l，使得第三钢管段33和第二连接支撑42变成一个结合段。同样地，倒置圆锥状的第一连接支撑41使其大端朝上，并将第二钢管段32的各个钢管3a从该大端一侧由上至下依次插入到第一连接支撑41的套管4-1内，然后在第二钢管段32的钢管3a和第一连接支撑41的套管4-1的空腔间隙浇筑高强灌浆料l，使得第二钢管段32和第一连接支撑41变成一个结合段。

同样地，倒置圆锥状的过渡段2使其大端朝上，并将第一钢管段31的各个钢管3a从该大端一侧由上至下依次插入到过渡段2的安装孔内，然后再用高强灌浆料l填充连接腔的空隙料，使得第一钢管段31和过渡段2变成一个结合段。

当上述所有的结合体的完成组装后，再使用吊车翻转倒置的第一结合体601、第二结合体602、第三结合体603、第四结合体604，并按照从下到上按照顺序依次吊装各个结合体，即按照先后顺序依次吊装第一结合体601、第二结合体602、第三结合体603、第四结合体604。本实用新型的圆锥塔筒100的安装遵照现有技术的安装方案，例如，风电塔筒运输到现场后，依次从下到上逐段，通过大型吊车竖直吊装，缓慢放置到下一段法兰上，对齐法兰螺栓孔，连接螺栓；重复以上完成全部塔段吊装连接，完成塔筒的安装。

本实用新型提供一种风电管桩复合塔架的安装方法，包含以下过程：

(1)首先完成环形基础5浇筑工作，并在其上预埋钢管6及预制空腔；

(2)将连接支撑4在工厂焊接为一个整体或将连接支撑4分体为多个部分以便运输，且钢管3a为多个单体运输；

(3)运输钢管3a、连接支撑4和圆锥塔段等物料到现场；

(4)当连接支撑4分体为多个部分时，对分体的连接支撑4进行组装：小套管4-4预先套在各连接管4-3上的支管4a上；同时，现场调整位置两个套管4-1上的连接管4-3(半体)位置，安装两个半体状的十字扣板4-2后，并将预先套设在连接管4-3上的小套管4-4进行移动而使其轴向套入到十字扣板4-2外侧，使两半体的十字扣板4-2成为一个十字形管状结构的整体，然后通过在小套管4-4内进行灌浆填充，将小套管4-4、十字扣板4-2、连接管4-3组合为一体，从而将相邻的两个套管4-1组合为一体；

(5)倒置圆锥状的各连接支撑4使其大端朝上，并将钢管3a从该大端一侧依次插入到各套管4-1内；在钢管3a和套管4-1的空腔间隙浇筑高强灌浆料l，将钢管3a和连接支撑4变成一个结合段，等待灌浆料强度100％后方可下一步操作；

(6)按照步骤(3)、步骤(4)和步骤(5)，完成其余钢管段3和连接支撑4组装结合以及将第一钢管段31和过渡段2组装结合，全部完成待用；

(7)使用吊车翻转倒置的钢管段3和连接支撑4的结合体以及第一钢管段31和过渡段2的结合体，如图6a-图6g所示，吊装次序为：先吊装最下段的第一结合体601，缓慢移动正对环形基础5的上孔道，使第四钢管段34的钢管3a插入环形基础5的预制孔中；

(8)然后依次完成管桩塔架的其他结合体(依次为第二结合体602、第三结合体603和第四结合体604)的吊装，从而将各结合体对应的钢管段3的所有钢管3a分别插入对应的连接支撑4的套管4-1内；调整钢管塔架几何精度(垂直度和水平度)后，对所有结合体的连接空腔进行高强灌浆连接。

(9)等待灌浆料强度达到50％后，进行圆锥塔筒100的安装，该安装方法遵照传统的塔筒的安装方法，本实用新型在此不做赘述。

(10)安装完成后管桩复合塔架如图1所示。

实施例二：

作为本实用新型的另一个实施例，如图7和图8结合所示，将实施例一中的钢管段替换为钢-混凝土复合管3(通常叫预制桩)，同时，由于钢管可以传递拉力或压力，但混凝土预制桩(或混凝土构件)一般只能传递压力，所以该预制桩的中心增加预应力拉索，用于传递塔架产生的拉力；另外，本实施例还将实施例一中的连接支撑变换为混凝土预制环4，且混凝土预制环制作对应的安装孔，预制桩的钢管分别插入到该混凝土预制环的安装孔后，再统一使用高强灌浆料l浇筑所有的连接空腔，本实施例的其他特征同实施一，本实施例在此不做赘述。

综上所述，本实用新型的管桩结构，可以适应大功率风电机组塔架、高塔架刚度和承载力需要，塔底直径不运输受限，塔架刚度大。本实用新型的塔架结构简单，塔架和基础连接也不使用锚栓，钢管塔架灌浆连接，不用螺栓连接，减少工件加工难度；本实用新型的钢管和支撑连接运输到现场安装，运输方便。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

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