海上风工程用桩基及其成桩方法

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海上风工程用桩基及其成桩方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及海上风工程用桩基，具体来说是一种高承载力桩基。\n背景技术\n[0002] 风能是我国提倡使用的绿色能源。近年来，我国风电发展迅速，全国累计装机已超过600万千瓦。但我国风能资源分布与电力需求存在严重的不匹配：东南沿海地区电力需求大，风电场接入方便，但沿海陆上土地资源紧张，可用于建设风电场的面积有限；东北、华北、西北地区风力资源丰富，可用于建设风电场的面积较大，但电网建设相对薄弱，且电力需求相对较小，需要将电力输送到较远的电力负荷中心。我国海岸线约为1800公里，海上风能资源丰富且距离电力负荷中心很近，随着海上风电场技术的不断成熟，海上风能资源开发利用前景广阔。\n[0003] 尽管与陆上风电相比，海上风电具有资源丰富、风速稳定、干扰限制问题较少、不需要占用土地资源等明显优势，但海上风电在开发过程中还是存在很多问题。比如海上风工程的桩基一般需要承受很大荷载：1.普通地面荷载，包括恒荷载和活荷载；2.海上风荷载；3.海浪、潮汐以及海流等造成的荷载；4.突发情况如地震或海啸等造成的荷载。这就需要海上风工程的桩基特别巨大，并且费用很高。另外，海上风工程的桩基不能在水下成型，因为有海流，混凝土未成型即被海流冲走。这些桩基还要具有耐久性能，并且防腐蚀性能好，能防海水、空气或者盐雾的侵袭。\n[0004] 与陆地桩基相比，海上桩基顶端要露出最大涨潮高度时的海平面，因此桩基高度要比陆地桩基高得多，打桩时桩基强度和刚度要求更高。另外，因为水下有海流不能在水下成型，还没等成型桩基即被海流冲走，因此海上风工程桩基的使用环境决定了必须使用成型桩。第三，桩基还要具有耐久性能，并且防腐蚀性能好，能防海水、空气或者盐雾的侵袭。\n发明内容\n[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种海上风工程用桩基及其成桩方法，这种方法形成的桩基体积小，成本低，并且具有良好的抗压和抗拔能力。\n[0006] 本发明通过以下技术方案实现：\n[0007] 一种海上风工程用桩基，包括钢管，所述钢管内设置有混凝土内衬管，钢管外涂有一层防腐剂，在混凝土内衬管内有钢筋混凝土桩芯，且桩芯中的钢筋下端从钢管下端的尖锥上的通孔穿出并扩张到达海底基岩，在尖锥外有混凝土包裹住穿出的钢筋且通过尖锥上位于穿钢筋通孔下方的混凝土挤出通孔与管内钢筋混凝土桩芯连为一体，形成膨大桩头。\n[0008] 所述穿出尖锥的钢筋端部在触到基岩后向上弯曲，使膨大的桩头更大。\n[0009] 还包括通过螺纹套在钢管外部顶端的打桩钢帽，以便于钢管打桩操作。\n[0010] 还包括套在所述全部钢筋构成的钢筋束顶端的钢筋帽，以便于对钢筋束同步打击。\n[0011] 所述防腐剂为氟素树脂，氟素树脂具有优异的耐高低温性能、介电性能、化学稳定性、耐候性、不燃性、不粘性和低的摩擦系数等特性。\n[0012] 一种海上风工程用桩基的成桩方法，所述成桩方法包括以下几个步骤：\n[0013] (1)在钢管内壁复合混凝土内衬管，钢管外涂上一层防腐剂；\n[0014] (2)在钢管底部带有尖锥的钢管下端的管壁上加工出多个斜向通孔，在钢管内放入钢筋束，钢筋端部插入在所述的钢管下端的斜向通孔中，并留有一部分未插钢筋的通孔作为挤出混凝土用；将尖锥装配到钢管端部，钢筋束位于钢管内且端部向上穿出钢管；\n[0015] (3)将钢管打入海底，打透泥土层直至基岩位置；\n[0016] (4)打击钢筋顶端使其下端沿钢管上的斜向通孔往外穿出，碰到基岩自行弯折，形成伞形钢筋罩；\n[0017] (5)向混凝土内衬管内灌入混凝土并压缩混凝土，使其从钢管底部的位于钢筋下方的混凝土挤出通孔挤出，填充入伸出的钢筋下方的空间内，将露出钢管的钢筋包裹住，形成底部变大的桩基。\n[0018] 所述钢管内混凝土内衬管的制作方法为在钢管内采用离心法复合成混凝土内衬管。\n[0019] 本发明涉及的海上风工程用桩基，包括由钢管、混凝土内衬管、钢筋及混凝土构成的桩基主体，所述的钢筋在桩基主体的底部向外扩张，混凝土填充于钢管下方并且混凝土自行固化，在桩基主体底部形成径向尺寸大于桩基主体部分的大头状的底盘，与基岩紧密结合，具有很强抗压和抗拔能力。而钢管内的混凝土内衬管增强了钢管的强度和刚度，保证在海上打桩时钢管不变形。钢管外表面的防腐涂层增强了其抗腐蚀能力。成桩方法简单易行，而且打出的钢筋构成的伞状钢筋罩对下方挤出的混凝土有保护作用避免被海流冲走，以在水下固化。\n附图说明\n[0020] 图1为本发明海上风工程用桩基结构示意图；\n[0021] 图2为本发明海上风工程用桩基尖锥部分的结构示意图；\n[0022] 图3为打桩状态示意图；\n[0023] 图4为打钢筋状态示意图。\n[0024] 图中：1-钢管，2-混凝土内衬管，3-钢筋，4-防腐层，5-底盘，6-斜向通孔，7-混凝土挤出通孔，8-导向块，9-箍筋，10-打桩钢帽，11-钢筋帽，12基岩。\n具体实施方式\n[0025] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详细描述。\n[0026] 实施例1\n[0027] 如说明书附图1所示，本发明一种海上风工程用桩基，包括钢管1、钢管1内壁复合的混凝土内衬管2、钢筋3及混凝土浇筑成的钢筋混凝土桩芯，钢管外涂有氟素树脂防腐层\n4，以提高其抗腐蚀能力。且桩芯中的钢筋3下端从钢管1下端的尖锥上如图2所示的斜向通孔6穿出，并扩张到达海底基岩12，在尖锥外有混凝土包裹住穿出的钢筋3且通过尖锥上位于穿钢筋通孔下方的混凝土挤出通孔7与管内钢筋混凝土桩芯连为一体，混凝土填充于钢管1下方并且混凝土自行固化，在桩基主体底部形成径向尺寸大于桩基主体部分的大头状的底盘5，构成膨大桩头，与基岩紧密结合，具有很强抗压和抗拔能力。所述桩基还包括图\n3所示通过螺纹套在钢管外部顶端的打桩钢帽10，以便于钢管打桩操作。还包括如图4所示的打钢筋时套在所述整个钢筋束顶端的钢筋帽11，以便于对钢筋束同步打击。\n[0028] 如果钢筋穿出尖锥部分较长，其端部碰到海底基岩12会向上弯曲，如图1所示，形成底盘直径更大的桩基。具有更大的抗拔和抗压能力，以及防倾斜能力。由于海上风强度比陆地大，因此对于海上桩基尤为有利。\n[0029] 本发明提供了一种成桩方法，其步骤为：\n[0030] (1)参照图1和图2所示，在钢管1内壁复合混凝土内衬管2，钢管1外涂上一层氟素树脂防腐层4；\n[0031] (2)如图2所示，在底部带有尖锥的钢管1下端的管壁上加工出多个斜向通孔6，在钢管1内放入钢筋束，钢筋3端部插入在所述的钢管1下端的斜向通孔6中，并留有一部分未插钢筋的通孔作为挤出混凝土用；将尖锥装配到钢管端部，如图3所示钢筋束位于钢管1内且端部向上穿出钢管；\n[0032] (3)打桩前还在钢管1端部通过螺纹安装一个打桩钢帽10，如图3所示，然后将钢管打入，打透泥土层直至基岩位置；\n[0033] (4)如图4所示，打击钢筋前还在钢筋束端部套一个钢筋帽11，打击钢筋顶端的钢筋帽11，使所有钢筋3下端沿钢管上的斜向通孔往外穿出，碰到基岩如图1所示自行向上弯折，在钢管底部周围形成伞形钢筋罩；\n[0034] (5)向混凝土内衬管内灌入混凝土并压缩混凝土，使其从钢管底部的位于钢筋下方的混凝土挤出通孔7挤出，填充入伸出的钢筋下方的空间内，将露出钢管的钢筋包裹住，形成底部变大的桩基。\n[0035] 如说明书附图2所示，由于钢筋3在钢管内有一弯曲部分，为保证在打击钢筋3时能够顺利地沿预定方向伸出于钢管之外，可以在钢管下端设置有斜向通孔部分的内壁焊接有导向块8，导向块8上有穿过钢筋的弧状导向孔与所述的斜向通孔6相通。\n[0036] 如图2至图4所示，并且钢管内的钢筋束沿其长度方向每隔一定距离设置箍筋9，以保证钢筋3之间相对位置，以形成稳定的钢筋笼，以保证成桩质量。\n[0037] 所述斜向通孔为与水平面呈45°夹角的斜向通孔，该角度在水平和竖向分力相等，有利于在打击时钢筋顺利穿出，有在触到基岩时向上弯曲。