CN116927236A - 风机单桩基础集成式套笼结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风机单桩基础集成式套笼结构，包括单桩桩体，所述单桩桩体外部套设有套笼装置，所述套笼装置包括钢筒装置、环梁、立柱、外平台、靠船件、底层爬梯、休息平台和带护笼爬梯，所述底层环梁和中层环梁之间固定设置中层带护笼爬梯，所述中层环梁和顶层环梁之间固定设置顶层带护笼爬梯；所述钢筒装置外壁设置有灌浆管线，所述钢筒装置内壁设置从下至上设置多个环形的钢筋剪切键，所述钢筒装置内设置有高强自密实混凝土形成灌浆结构。本发明在船舶靠泊最频繁的区域采用钢筒形结构，没有焊接工序，不存在焊接节点破坏的情况；施工简单，减少海上安装作业时间。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电领域基础结构，更具体地说，涉及一种风机单桩基础集成式套笼结构。
背景技术
单桩基础采用一根钢管桩，采用大型沉桩机械打入海床。单桩基础目前在已建成的海上风电场中得到了最广泛的应用，特别适用于单机容量较小、水深较浅或中等水深的海域。国外在已建成的Horns Rev、Utgrunden、Arklow Bank、Scroby Sands、Kentish Flats等海上风电场均采用了此种基础型式。近年来由于施工工艺的进步，单桩基础出现了无过渡段型式，并逐步向大直径、大水深发展。
无灌浆连接段单桩基础主体结构为大直径钢管桩，桩身设置靠泊、爬梯及平台等附属结构，钢管桩顶部法兰在工厂加工时预先焊接，沉桩后直接与塔筒底部法兰通过螺栓连接。与风机塔筒连接处外径6.0～10.0m，水中部分通过锥形段过渡到10.0m，泥面以下为单根直径10.0m钢管桩定位于海底，承受风、浪、流等海洋环境荷载和上部塔架传递下来的风机荷载。为了减少海上施工吊装作业时间，将防撞构件、外风机平台、爬梯、电缆管及牺牲阳极等附属构件设计为整体套笼结构，桩身预先设置附属构件的连接结构，打桩完成后将附属构件安装于桩身。
近年来海上风电的发展趋势是向离岸较远的开放深水海域发展，这也就意味着海上风机基础也要往离岸更远水深更深的海域发展，海上施工的环境只会更加恶劣，由此带来的是施工风险在进一步加大。同时在海上施工作业窗口更加有限，这些都向海上操作人员提出快速完成安装作业的艰巨任务。随着风电项目的快速发展，相关工程问题也随之而来，其中有关套笼结构最关键的问题就是发现套笼出现连接立柱断裂现象，导致套笼严重损害无法靠船登上爬梯。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种风机单桩基础集成式套笼结构，其能够更好解决船舶靠泊焊接节点破坏及施工困难的问题，且施工简单，减少海上安装作业时间。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种风机单桩基础集成式套笼结构，包括单桩桩体，所述单桩桩体外部套设有套笼装置，所述套笼装置包括钢筒装置、环梁、立柱、外平台、靠船件、底层爬梯、休息平台和带护笼爬梯，所述环梁包括底层环梁、中层环梁和顶层环梁，所述带护笼爬梯包括中层带护笼爬梯和顶层带护笼爬梯；
所述钢筒装置外部左右两侧对称的固定设置有靠船件和底层爬梯，所述底层爬梯设置在靠船件内部，所述钢筒装置上部由下至上固定设置有底层环梁、中层环梁和顶层环梁，所述底层环梁和中层环梁之间、所述中层环梁和顶层环梁之间立柱均固定设置立柱，所述顶层环梁上固定设置外平台，所述外平台上设置有活动栏杆门；所述底层环梁和中层环梁之间固定设置中层带护笼爬梯，所述中层环梁和顶层环梁之间固定设置顶层带护笼爬梯，所述底层爬梯和中层带护笼爬梯之间、所述中间带护笼爬梯和顶层带护笼爬梯之间均设置休息平台；
所述钢筒装置外壁设置有灌浆管线，所述钢筒装置内壁设置从下至上设置多个环形的钢筋剪切键，所述钢筒装置内设置有高强自密实混凝土形成灌浆结构。
按上述方案，所述钢筒装置的内径比单桩桩体的外径大。
按上述方案，所述底层环梁、中层环梁和顶层环梁的内径略大于单桩桩体的外径。
按上述方案，所述钢筒装置的轴线与单桩桩体的轴线重合。
按上述方案，所述钢筒装置与单桩桩体之间设置有过盈保护状态下保证漏浆封堵的Ω环形橡胶圈。
实施本发明的风机单桩基础集成式套笼结构，具有以下有益效果：
1、本发明在船舶靠泊最频繁的区域采用钢筒形结构，没有焊接工序，不存在焊接节点破坏的情况，单桩桩体上无需焊接牛腿，钢筒形结构顶部于环梁通过焊接连接，环梁内径略大于单桩外径以保证该集成套笼能顺利通过单桩主体结构；
2、本发明的钢筒装置内壁设置钢筋剪切键，钢筋剪切键用于增加钢筋混凝土握裹力，保证灌浆结构的强度及刚度，钢筒装置钢筒形结构和桩之间的环形间隙下部设置的Ω环形橡胶圈起到灌浆封堵作用；
3、本发明的施工简单，减少海上安装作业时间。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明风机单桩基础集成式套笼结构的结构示意图；
图2是本发明的靠船件及爬梯的剖视结构示意图；
图3是本发明的钢筒装置与环梁、爬梯的连接结构示意图；
图4是本发明的钢筒装置间隙灌浆段区域剖面图；
图5是本发明的钢筒装置内部采用钢筋剪切键的结构示意图；
图6是本发明的钢筒装置和单桩桩体之间设置Ω环形橡胶圈的结构示意图；
图中：1、活动栏杆门，2、外平台，3、带护笼爬梯，301、中层带护笼爬梯，302、顶层带护笼爬梯，4、环梁，401、底层环梁、402、中层环梁，403、顶层环梁，5、休息平台，6、底层爬梯，7、钢筒装置，8、靠船件，9、单桩桩体，11、灌浆结构，12、钢筋剪切键，13、灌浆分配槽，14、Ω环形橡胶圈，15、立柱，16、灌浆管线，160、灌浆分配槽。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-6所示，本发明的风机单桩基础集成式套笼结构中，单桩桩体9外部套设有套笼装置，套笼装置包括钢筒装置7、环梁4、立柱15、外平台2、靠船件8、底层爬梯6、休息平台5和带护笼爬梯3，环梁4包括底层环梁401、中层环梁402和顶层环梁403，带护笼爬梯3包括中层带护笼爬梯301和顶层带护笼爬梯302。
钢筒装置7外部左右两侧对称的固定设置有靠船件8和底层爬梯6，底层爬梯6设置在靠船件8内部，钢筒装置7上部由下至上固定设置有底层环梁401、中层环梁402和顶层环梁403，底层环梁401和中层环梁402之间、中层环梁402和顶层环梁之间403立柱均固定设置立柱15，顶层环梁403上固定设置外平台2，外平台2上设置有活动栏杆门1；底层环梁401和中层环梁402之间固定设置中层带护笼爬梯3，中层环梁402和顶层环梁403之间固定设置顶层带护笼爬梯302，底层爬梯6和中层带护笼爬梯301之间、中间带护笼爬梯301和顶层带护笼爬梯302之间均设置休息平台5；底层环梁401、中层环梁402和顶层环梁403的内径略大于单桩桩体9的外径。钢筒装置7顶部与底层环梁401通过焊接连接，底层环梁401内径略大于单桩桩体9外径以保证该集成套笼能顺利通过单桩主体结构。钢筒装置7与底层环梁401框架通过焊接连接。
钢筒装置7外壁设置有灌浆管线16，灌浆管线16的数量根据施工进度需要确定。钢筒装置7内壁设置从下至上设置多个环形的钢筋剪切键12，钢筒装置7内设置有高强自密实混凝土形成灌浆结构11，高强自密实混凝土与钢筋剪切键12存在握裹力，保证结构连接强度及刚度，灌浆分配槽13设置在钢筒装置7内壁，灌浆管线在钢筒装置7外壁，通过管线连接至灌浆分配槽13，目的是为了将灌浆料通过灌浆管线16，灌浆管线160连接至钢筒内壁的灌浆分配槽13，输送到灌内。钢筒装置7的内径比单桩桩体9的外径大，钢筒装置7的内径一般大约为400～500mm。底层环梁401、中层环梁402和顶层环梁403起到吊装后预限位、转换钢筒装置7与框架结构的连接作用，钢筒装置7的轴线与单桩桩体9的轴线重合。钢筒装置7与单桩桩体9之间设置有过盈保护状态下保证漏浆封堵的Ω环形橡胶圈14，Ω环形橡胶圈14为过盈保护状态。单桩桩体9和钢筒装置7通过高强无收缩自密实混凝土连接。
本发明的优选实施例中，钢筒装置7与钢框架结构的组合，钢框架结构由立柱15和环梁4组成，在船舶靠泊最频繁的区域采用钢筒装置7，此区域不存在焊接节点破坏的情况，在船舶靠泊最频繁的区域采用的钢筒装置7间隙通过灌浆管线16填充高强度无收缩自密实混凝土，保证单桩桩体9跟钢筒装置7之间刚性连接，灌浆管线16布置在钢筒装置7的外壁，灌浆时起到往钢筒装置7与单桩桩体9之间间隙输送高强度无收缩自密实混凝土的作用，钢筒装置7与钢框架结构通过环梁焊接连接，环梁4内径略大于单桩桩体9外径以保证该集成套笼能顺利通过单桩桩体9主体结构，同时又能保证钢筒形结构在灌浆前及灌浆后，其中心线跟单桩桩体9中心线重合，即内外同心圆；钢筒装置7的内部采用焊接钢筋作为感和钢筋剪切键12，灌浆后以增加钢筋混凝土握裹力；钢筒装置7和单桩桩体9之间的环形间隙下部设置Ω环形橡胶圈14，Ω环形橡胶圈14为过盈保护状态保证漏浆封堵，吊装过程中可被压缩变形。
本发明的优选实施例中，顶部为活动栏杆门1和外平台2，由立柱15和环梁4构成平台下方支撑件，环梁4设置带护笼爬梯3，带护笼爬梯3用于运维人员登上外平台2，带护笼爬梯3中间设置有休息平台5。最下方由钢筒装置7和靠船件8构成，套笼整体吊装到位后，自密实无收缩高强灌浆料通过灌浆管线16灌输进入钢筒装置7的内部环形间隙种。靠船件8和带护笼爬梯3均焊接在钢筒装置7上，钢筒装置7套在单桩桩体9上。筒形间隙灌浆段区域由环梁4、钢筒装置7和灌浆结构11组成。钢筒装置7的内部将钢筋作为钢筋剪切键12，灌浆后增加钢筋混凝土握裹力。钢筒装置7的下部设置灌浆管线16，灌浆料通过外部灌浆管线进入环形间隙内部灌浆分配槽13，保证灌浆初凝和终凝时间有序完成，采用Ω环形橡胶圈14护底封住灌浆料，Ω环形橡胶圈14为过盈保护状态。
本发明的施工过程如下：陆上预制、海上吊装钢筒装置7，吊装后初步调整保证钢筒结构的轴线居中；通过设置在钢筒装置7外壁上的灌浆管线16直接往钢筒装置7与单桩桩体9之间间隙灌高强度无收缩自密实混凝土；环形橡胶圈为Ω形状，且为可压缩的过盈保护状态，用于封堵高强自密实混凝土；混凝土为高强无收缩自密实混凝土，用于连接钢筒装置7与单桩桩体9。混凝土与钢内筒钢筋剪切键12存在握裹力，保证灌浆结构11的强度及刚度。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种风机单桩基础集成式套笼结构，包括单桩桩体，其特征在于，所述单桩桩体外部套设有套笼装置，所述套笼装置包括钢筒装置、环梁、立柱、外平台、靠船件、底层爬梯、休息平台和带护笼爬梯，所述环梁包括底层环梁、中层环梁和顶层环梁，所述带护笼爬梯包括中层带护笼爬梯和顶层带护笼爬梯；
所述钢筒装置外部左右两侧对称的固定设置有靠船件和底层爬梯，所述底层爬梯设置在靠船件内部，所述钢筒装置上部由下至上固定设置有底层环梁、中层环梁和顶层环梁，所述底层环梁和中层环梁之间、所述中层环梁和顶层环梁之间立柱均固定设置立柱，所述顶层环梁上固定设置外平台，所述外平台上设置有活动栏杆门；所述底层环梁和中层环梁之间固定设置中层带护笼爬梯，所述中层环梁和顶层环梁之间固定设置顶层带护笼爬梯，所述底层爬梯和中层带护笼爬梯之间、所述中间带护笼爬梯和顶层带护笼爬梯之间均设置休息平台；
所述钢筒装置外壁设置有灌浆管线，所述钢筒装置内壁设置从下至上设置多个环形的钢筋剪切键，所述钢筒装置内设置有高强自密实混凝土形成灌浆结构。
2.根据权利要求1所述的风机单桩基础集成式套笼结构，其特征在于，所述钢筒装置的内径比单桩桩体的外径大。
3.根据权利要求1所述的风机单桩基础集成式套笼结构，其特征在于，所述底层环梁、中层环梁和顶层环梁的内径略大于单桩桩体的外径。
4.根据权利要求1所述的风机单桩基础集成式套笼结构，其特征在于，所述钢筒装置的轴线与单桩桩体的轴线重合。
5.根据权利要求1所述的风机单桩基础集成式套笼结构，其特征在于，所述钢筒装置与单桩桩体之间设置有过盈保护状态下保证漏浆封堵的Ω环形橡胶圈。
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