一种适用于软弱海床的桩基础加强结构的制作方法

1.本实用新型涉及海洋工程技术领域，特别涉及于一种适用于软弱海床的桩基础加强结构。


背景技术：

2.目前海上风电风机基础主要采用单桩基础、高桩承台基础、桩式导管架基础、吸力桩式导管架基础等桩基础型式。随着我国海上风电场建设逐步向深远海推进,单机容量越来越大，风电场工程地质条件也由浅海硬质海床变为软弱海床，单位入土长度内桩基础能够提供的承载力有限。结合桩基础受力特点以及规范要求的基础结构控制标准，桩基础需要重点控制泥面附近的变形，但在上述深厚软弱海床条件下，桩周土体水平抗力小，基础水平变形过大。上述均成为桩基础在软弱海床中应用的制约因素，是桩基础结构设计和实际施工需要着重考虑的难题之一


技术实现要素：

3.(1)技术方案
4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，包括钢管桩、破土构件、加强外筒、外筒顶部封板、风机塔筒、灌浆系统、软弱海床面，所述钢管桩顶端上设有所述风机塔筒，所述钢管桩位于所述软弱海床面附近的外围焊接有所述加强外筒，所述加强外筒下方的所述钢管桩外围上焊接有所述破土构件，所述钢管桩外壁与所述加强外筒内壁之间填充有加强灌浆材料，所述加强外筒的顶部上设有所述外筒顶部封板，所述外筒顶部封板上设有溢浆口，所述钢管桩内部设有所述灌浆系统，所述灌浆系统包括灌浆管路及固定管，所述灌浆管路与所述加强外筒相连通，所述灌浆管路外壁与所述钢管桩内壁之间通过所述固定管固定连接。
5.优选地，所述破土构件由弧形钢板制成且设有三层，每层至少设置三瓣且绕所述钢管桩呈环形间隔等距分布，厚度至上往下依次递减。
6.优选地，所述加强外筒底部呈锥形。
7.优选地，所述灌浆管路包括5条灌浆管及3条回浆管，5条灌浆管及3条回浆管依次呈环形等距分布设置在所述钢管桩内壁上，5条所述灌浆管包括第一灌浆管、第二灌浆管、第三灌浆管、第四灌浆管及第五灌浆管，3条所述回浆管包括第一回浆管、第二回浆管及第三回浆管。
8.优选地，所述灌浆管上端为灌浆管头，每条所述灌浆管从最顶部每隔5m左右设置一个水平过渡段，水平过渡段与竖直灌浆段连接采用平缓弧度过渡。
9.优选地，所述第一灌浆管、所述第四灌浆管及所述第二回浆管下端与所述加强外筒的下部相连通，所述第二灌浆管、所述第五灌浆管及所述第三回浆管与所述加强外筒的中部相连通，所述第三灌浆管及所述第一回浆管与所述加强外筒的上部相连通。
10.优选地，所述灌浆管路从最顶部开始每隔2m采用所述固定管与所述钢管桩连接。
11.优选地，所述外筒顶部封板上的所述溢浆口处设有用于与封闭板螺栓连接的螺栓孔。
12.(2)有益效果
13.本实用新型提供一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，通过钢管桩外设置的厚度呈阶梯型递减的三层破土构件，可以有效促进钢管桩打入土层中，保证钢管桩外围设置的灌浆加强段(即加强外筒及填充在钢管桩外壁与加强外筒内壁之间的加强灌浆材料)可以打入至软弱土层；通过在软弱海床面附近设置钢管桩灌浆加强段(即加强外筒及填充在钢管桩外壁与加强外筒内壁之间的加强灌浆材料)，可以有效增加钢管桩在软弱海床位置的刚度，提高水平承载力，减小桩基础在泥面附近的变形，以减少桩长，节省投资，让桩基础在软弱海床的应用成为可能；钢管桩灌浆加强段的设置也可以对上部附属构件进行有效的支承；该方案加工和施工方便，结构新颖、稳定性好，且可以大大节约工期和投资，具有较为广泛的推广意义。
附图说明
14.图1为本实用新型的正面剖视图。
15.图2为本实用新型钢管桩及破土构件的剖视图。
16.图3为本实用新型钢管桩与加强外筒、外筒顶部封板连接时的俯视图。
17.图4为本实用新型的横向剖视图。
18.图5为本实用新型的灌浆管路的水平过渡段剖面图。
19.图6为本实用新型钢管桩内壁1/2周长展开示意图。
20.附图标记为：1-钢管桩、2-破土构件、3-加强外筒、4-外筒顶部封板、41-溢浆口、42-螺栓孔、5-风机塔筒、6-灌浆管路、61-第一灌浆管、62-第二灌浆管、63-第三灌浆管、64-第四灌浆管、65-第五灌浆管、66-第一回浆管、67-第二回浆管、68-第三回浆管、7-固定管、8-软弱海床面。
具体实施方式
21.结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
22.如图1～6所示，本实用新型所述的一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，包括钢管桩1、破土构件2、加强外筒3、外筒顶部封板4、风机塔筒5、灌浆系统、软弱海床面8，所述钢管桩1顶端上设有所述风机塔筒5，所述钢管桩1位于所述软弱海床面6附近的外围焊接有所述加强外筒3，所述加强外筒3下方的所述钢管桩1外围上焊接有所述破土构件2，所述钢管桩1外壁与所述加强外筒3内壁之间填充有可控制强度指标的加强灌浆材料，所述加强外筒3的顶部上设有所述外筒顶部封板4，所述外筒顶部封板4上设有8个溢浆口41，8个溢浆口41呈环形等距分布设置，溢浆口41用于排水及灌浆液溢流，以确保灌浆密实；所述外筒顶部封板4与加强外筒3及钢管桩1之间采用焊接形式，待灌浆完成后，采用水下安装方式，用8块封闭板对溢浆口41进行封闭，采用螺栓连接或焊接方式；
23.所述钢管桩1内部设有所述灌浆系统，所述灌浆系统包括灌浆管路6及固定管7，钢管桩1在对应灌浆管位置进行开孔，所述灌浆管路6与所述加强外筒3相连通；所述灌浆管路6外壁与所述钢管桩1内壁之间通过所述固定管7固定连接；
24.所述破土构件2由弧形钢板制成且设有三层，每层至少设置三瓣且绕所述钢管桩1呈环形间隔等距分布，厚度至上往下依次递减，以有效的进行减少桩侧土阻力，使得灌浆加强段可以有效地置于软弱海床的上下范围内，增强钢管桩1在软弱海床附近的刚度，减小钢管桩受水平荷载和弯矩等引起的水平变形；
25.所述加强外筒31底部呈锥形，所述灌浆管路6包括5条灌浆管及3条回浆管，5条灌浆管及3条回浆管依次呈环形等距分布设置在所述钢管桩1内壁上，5条所述灌浆管包括第一灌浆管61、第二灌浆管62、第三灌浆管63、第四灌浆管64及第五灌浆管65，3条所述回浆管包括第一回浆管66、第二回浆管67及第三回浆管68。
26.所述灌浆管上端为灌浆管头，为防止灌浆料落差太大而导致离析，每条灌浆管路从最顶部每隔5m左右设置一个水平过渡段，水平过渡段水平灌浆管与竖直灌浆管连接用平缓弧度过渡，灌浆管路分三层设置，所述第一灌浆管61、所述第四灌浆管64及所述第二回浆管67下端与所述加强外筒3的下部相连通，所述第二灌浆管62、所述第五灌浆管65及所述第三回浆管68与所述加强外筒3的中部相连通，所述第三灌浆管63及所述第一回浆管66与所述加强外筒3的上部相连通，沉桩后从下往上逐层进行灌浆；
27.每条灌浆管路从最顶部开始每隔2m采用固定管与钢管桩进行可靠连接，灌浆管水平段两端与钢管桩设两处连接固定；
28.桩身外侧灌浆管口及灌浆孔避开桩身环缝和纵缝均不小于500mm，避免其与桩身焊缝产生干涉；
29.灌浆管路外表面防腐与钢管桩内壁防腐处理相同，其余未涂装区域采用热浸镀锌防腐，厚度为150μm；
30.灌浆管路标号必须按照图中标号用红色油漆对应标清；
31.桩内灌浆管路与桩身焊接后在工厂内进行压水试验，最大试验压强不小于5mpa，确保灌浆管路密闭性良好，试验完后及时清除封堵，防止异物进入；
32.所述外筒顶部封板4上的所述溢浆口41处设有用于与封闭板螺栓连接的螺栓孔42；
33.对灌浆加强段内灌注的灌浆料要求如下：
34.a.有较好耐腐蚀性能(耐cl-、so/42-/、mg2+/)，适应海洋环境；
35.b.有良好的抗疲劳性能、耐久性和稳定性，经受海洋环境的风、浪、流等产生的动力荷载，能保证不低于25年内桩体与岩土之间灌浆连接的可靠、牢固；
36.c.有良好的抗压、抗拉、抗弯等力学性能，并与钢材间有较好的粘结性；
37.d.灌浆材料应考虑真实海水环境下的材料性能；
38.e.拟采用的灌浆材料不得掺入氧化钙类的膨胀剂进行配置。
39.对灌浆试验检测指标要求
40.a.灌浆材料的浆液密度≥2100kg/m3，在施工前及施工过程中均应检测并达到该指标要求；
41.b.最大骨料直径≤4.75mm，水泥用量≥360kg/m3/，水灰比≤0.25，配置灌浆料的原材料及成品均应对钢材无锈蚀作用；
42.c.初始流动度不低于290mm，30min流动度保留值不低于260mm；
43.d.灌浆材料应为无收缩材料。若考虑掺入适当、少量的膨胀剂以弥补灌浆料的干
缩性，应注意膨胀剂不宜与氯盐类外加剂复合使用，同时应满足3h竖向膨胀率为0.1～0.8％，24h与3h的膨胀值差为0.02～0.5％，最终应达到1d竖向膨胀率0.02～1.0％，28d竖向膨胀率0.01～0.1％。
44.e.灌浆材料泌水率为0。
45.f.试件1d抗压强度大≥20mpa，3d抗压强度≥40mpa，28d抗压强度≥80mpa，试件28d抗折强度≥10mpa，28d抗拉强度≥2mpa，28d静弹性模量≥35gpa。
46.g.灌浆材料具备良好的抗氯离子渗透性，材料氯离子含量≤0.1％，氯离子扩散系数≤1.5
×
10-12m2/s。
47.以上所述的实施例仅表达了对本实用新型优选实施方式，其描述较为具体和详细，但本实用新型不仅限于这些实施例，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说。在未脱离本实用新型宗旨的前提下，所为的任何改进均落在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，其特征在于，包括钢管桩(1)、破土构件(2)、加强外筒(3)、外筒顶部封板(4)、风机塔筒(5)、灌浆系统、软弱海床面(8)，所述钢管桩(1)顶端上设有所述风机塔筒(5)，所述钢管桩(1)位于所述软弱海床面(8)附近的外围焊接有所述加强外筒(3)，所述加强外筒(3)下方的所述钢管桩(1)外围上焊接有所述破土构件(2)，所述钢管桩(1)外壁与所述加强外筒(3)内壁之间填充有加强灌浆材料，所述加强外筒(3)的顶部上设有所述外筒顶部封板(4)，所述外筒顶部封板(4)上设有溢浆口(41)，所述钢管桩(1)内部设有所述灌浆系统，所述灌浆系统包括灌浆管路(6)及固定管(7)，所述灌浆管路(6)与所述加强外筒(3)相连通，所述灌浆管路(6)外壁与所述钢管桩(1)内壁之间通过所述固定管(7)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，其特征在于，所述破土构件(2)由弧形钢板制成且设有三层，每层至少设置三瓣且绕所述钢管桩(1)呈环形间隔等距分布，厚度至上往下依次递减。3.根据权利要求1所述的一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，其特征在于，所述加强外筒(3)底部呈锥形。4.根据权利要求1所述的一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，其特征在于，所述灌浆管路(6)包括5条灌浆管及3条回浆管，5条灌浆管及3条回浆管依次呈环形等距分布设置在所述钢管桩(1)内壁上，5条所述灌浆管包括第一灌浆管(61)、第二灌浆管(62)、第三灌浆管(63)、第四灌浆管(64)及第五灌浆管(65)，3条所述回浆管包括第一回浆管(66)、第二回浆管(67)及第三回浆管(68)。5.根据权利要求4所述的一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，其特征在于，所述灌浆管上端为灌浆管头，每条所述灌浆管从最顶部每隔5m左右设置一个水平过渡段，水平过渡段与竖直灌浆段连接采用平缓弧度过渡。6.根据权利要求5所述的一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，其特征在于，所述第一灌浆管(61)、所述第四灌浆管(64)及所述第二回浆管(67)下端与所述加强外筒(3)的下部相连通，所述第二灌浆管(62)、所述第五灌浆管(65)及所述第三回浆管(68)与所述加强外筒(3)的中部相连通，所述第三灌浆管(63)及所述第一回浆管(66)与所述加强外筒(3)的上部相连通。7.根据权利要求6所述的一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，其特征在于，所述灌浆管路(6)从最顶部开始每隔2m采用所述固定管(7)与所述钢管桩(1)连接。8.根据权利要求7所述的一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，其特征在于，所述外筒顶部封板(4)上的所述溢浆口(41)处设有用于与封闭板螺栓连接的螺栓孔(42)。

技术总结
本实用新型涉及一种适用于软弱海床的桩基础加强结构，特别涉及海洋工程技术领域。该实用新型包括钢管桩、破土构件、加强外筒、外筒顶部封板、风机塔筒、灌浆系统、软弱海床面，所述钢管桩位于所述软弱海床面附近的外围焊接有所述加强外筒，所述加强外筒下方的所述钢管桩外围上焊接有所述破土构件，所述钢管桩外壁与所述加强外筒内壁之间填充有加强灌浆材料，所述加强外筒的顶部上设有所述外筒顶部封板，所述外筒顶部封板上设有溢浆口，所述钢管桩内部设有所述灌浆系统，本实用新型结构新颖、稳定性好、施工方便，具有较为广泛的推广意义。具有较为广泛的推广意义。具有较为广泛的推广意义。


技术研发人员：甘毅 王桂兰 胡雪扬 陈继泉 张金福 王宇楠 贺正兴 郑俨刚
受保护的技术使用者：福建省水利水电勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.01.05
技术公布日：2023/7/17