插入式钢圆筒及钢桁架组合基础及其施工方法.pdf

本发明公开了一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，包括插入到地基中的由三个钢圆筒（13）组成的下部结构（11），位于下部结构（11）之上并与之通过灌浆（21）连接的钢桁架（12）。本发明还公开了一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础的施工方法。本发明与导管架或髙桩墩台结构相比，通过三个插入到地基中的钢圆筒（13）来支撑上部的钢桁架（12），避免桩基施工，并可实现下部结构（11）和钢桁架（12）的水下干法灌浆连接，结构的工厂化程度高，整体性好，施工难度小，适用于基岩埋藏较浅、普通桩基难于实施的海域，该基础的总体经济性好，在海上风电工程中具有广泛的应用前景。

1.  一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，其特征在于：包括下部结构（11）、钢桁架（12），钢桁架（12）设置于下部结构（11）之上并通过灌浆（21）连接。

2.  根据权利要求1所述的插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，其特征在于：所述的下部结构（11）由三个钢圆筒（13）组成，三个钢圆筒（13）的圆心呈三角形布置。

3.  根据权利要求2所述的插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，其特征在于：所述钢圆筒（13）包括筒身下段（14）、施工环（20）、过渡段（15）和上连接段（16），筒身下段（14）、施工环（20）为钢质空心圆筒，上连接段（16）为直径较小的钢圆管，其外侧设置有剪力键，筒身下段（14）、上连接段（16）之间为过渡段（15）。

4.  根据权利要求1所述的插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，其特征在于：所述钢桁架（12）设置有三根导管（18），导管（18）的直径比钢圆筒（13）的上连接段（16）的直径稍大，导管（18）的下端设置有喇叭口，内设置有环形橡胶止水垫圈（17）。

5.  根据权利要求1所述的插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，其特征在于：所述钢桁架（12）的各根导管（18）与下部结构（11）的三个钢圆筒（13）的上连接段（16）对应，套置在上连接段（16）的外侧，导管（18）与上连接段（16）之间的环形缝通过灌浆（21）连接。

6.  根据权利要求所述5的插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，其特征在于：所述的导管（18）与钢圆筒（13）的上连接段（16）对应的竖直段的内侧设置有剪力键。

7.  一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在工厂加工制作钢圆筒（13）；
S2、在工程区域进行测量定位，利用海上起重设备和液压振动锤进行钢圆筒（13）的施工，液压振动锤夹设在施工环（20）上，使钢圆筒（13）插入到预定的海域地基土体中；
S3、测量各钢圆筒（13）的位置及顶面高程，根据此测量数据反馈，在工厂制作带有环形橡胶止水垫圈（17）的钢桁架（12）；
S4、利用起重船安装钢桁架（12），使各根导管（18）套置在钢圆筒（13）的上连接段（16）的外侧，调平结构，并使二者之间密封连接；
S5、抽干导管（18）内的海水，在导管（18）和钢圆筒（13）的上连接段（16）之间的环形缝干法灌浆（21），使二者连接；
S6、检查上述灌浆（21）的质量是否合格；
S7、若合格，在基础钢桁架结构（12）的顶部基础环（19）上安装风机塔筒构件。

8.  根据权利要求7所述的一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础的施工方法，其特征在于：在步骤S6之后，若有必要，可通过在导管（18）与上连接段（16）中加设钢筋砼以增强二者连接。

插入式钢圆筒及钢桁架组合基础及其施工方法
技术领域
本发明属于海洋工程基础的技术领域，具体涉及一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础及其施工方法。
背景技术
海上工程因在海上施工，工况较恶劣，具有可施工时间短，施工难度大，受天气海况等自然条件影响巨大等特点。
目前，导管架及髙桩墩台结构是海上风电常用的基础结构类型，其中导管架结构采用工厂加工，主体结构一次安装完成，海上施工工序较少，但在基岩埋藏较浅的地方，需做嵌岩桩时，桩基的施工难度大，工期长，而且导管架的导管与桩基的对位安装也很难控制。髙桩墩台结构在国内的港口行业应用广泛，其施工工艺成熟，结构的整体性好，坚固耐用，但沉桩数量多，采用斜桩时实施难度较大，大体积墩台海上浇筑工序繁多，水上作业复杂，施工期较长。与导管架结构一样，在基岩埋藏较浅的海域，采用高桩墩台结构也需做嵌岩桩，桩基施工难度大。
上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的内容。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础及其施工方法，与导管架及髙桩墩台基础相比，该结构更适用于基岩埋藏浅、普通桩基难于实施的海域，同时施工较为简便，可实现水下干法灌浆连接，整体性好，总体经济性好。
本发明的目的通过以下技术方案实现：提供一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，包括下部结构11、钢桁架12，钢桁架12设置于下部结构11之上并通过灌浆21连接。
其中，所述的下部结构11由三个钢圆筒13组成，三个钢圆筒13的圆心呈三角形布置。
其中，所述钢圆筒13包括筒身下段14、施工环20、过渡段15和上连接段16，筒身下段14、施工环20为钢质空心圆筒，上连接段16为直径较小的钢圆管，其外侧设置有剪力键，筒身下段14、上连接段16之间为过渡段15。
其中，所述钢桁架12设置有三根导管18，导管18的直径比钢圆筒13的上连接段16的直径稍大，导管18的下端设置有喇叭口，内设置有环形橡胶止水垫圈17。
其中，所述钢桁架12的各根导管18与下部结构11的三个钢圆筒13的上连接段16对应，套置在上连接段16的外侧，导管18与上连接段16之间的环形缝通过灌浆21连接。
其中，所述的导管18与钢圆筒13的上连接段16对应的竖直段的内侧设置有剪力键。
一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础的施工方法，包括如下步骤：
S1、在工厂加工制作钢圆筒13；
S2、在工程区域进行测量定位，利用海上起重设备和液压振动锤进行钢圆筒13的施工，液压振动锤夹设在施工环20上，使钢圆筒13插入到预定的海域地基土体中；
S3、测量各钢圆筒13的位置及顶面高程，根据此测量数据反馈，在工厂制作带有环形橡胶止水垫圈17的钢桁架12；
S4、利用起重船安装钢桁架12，使各根导管18套置在钢圆筒13的上连接段16的外侧，调平结构，并使二者之间密封连接；
S5、抽干导管18内的海水，在导管18和钢圆筒13的上连接段16之间的环形缝干法灌浆21，使二者连接；
S6、检查上述灌浆21的质量是否合格；
S7、若合格，在基础钢桁架结构12的顶部基础环19上安装风机塔筒构件。
其中，在步骤S6之后，若有必要，可通过在导管18与上连接段16中加设钢筋砼以增强二者连接。
本发明的有益效果：在基岩埋藏较浅、普通桩基施工困难的海域，通过三个嵌固于地基的插入式钢圆筒作为地基传力结构，将基础上部结构通过导管固定套置于钢圆筒上段之上，形成整体基础结构。三个插入到地基中的钢圆筒作为传力结构，满足风电机组的承载力和稳定性要求，可避免桩基施工，导管与钢圆筒上段套接的密闭防水连接方式可实现基础上部、下部结构水下干法灌浆连接，该基础结构的工厂化程度高，整体性好，施工难度小，灌浆可以检测或加强，适用于基岩埋藏较浅、普通桩基难以施工的海域，该结构的总体经济性好，在海上风电工程中具有广泛的应用前景。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图１是一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础的立面示意图。
图2是一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础的平面示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的核心在于提供一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础及其施工方法，其特别适用于基岩埋藏浅、普通桩基施工困难的海域，可实现基础上部、下部结构的水下干法灌浆连接，基础构件施工简便，整体性好，总体经济性好。
如图1、2所示，本发明实施例提供的一种插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，包括由三个钢圆筒13组成的下部结构11、钢桁架12，三个钢圆筒13的圆心呈三角形布置，嵌固于地基中，形成基础下部传力结构，满足风电机组的承载力和稳定性要求，钢桁架12设置于下部结构11之上并通过灌浆21连接，基础上部、下部结构形成稳定的整体结构。
作为优选的实施方式，所述钢圆筒13包括筒身下段14、施工环20、过渡段15和上连接段16，筒身下段14、施工环20为钢质空心圆筒，施工环20仅在施工期有用，可利用振动锤振击施工环20将筒身下段14插入到地基土体中，上连接段16为直径较小的钢圆管，用于与导管架12的导管18套接，上连接段16、筒身下段14利用过渡段15过渡连接，上连接段16外侧设置有剪力键，用于加强与导管18之间的连接。
作为优选的实施方式，所述钢桁架12可为上小下大的锥台型钢桁架结构或上下大小一致的矩形钢桁架结构，其设置有三根导管18，导管18的直径比钢圆筒13的上连接段16的直径稍大，导管18的下端设置有喇叭口，内设置有环形橡胶止水垫圈17，可实现导管18与钢圆筒13之间密封连接，抽干导管18内的海水后可形成干地作业条件。环形橡胶止水垫圈17应为受压时可变形垫圈，适应导管18与上连接段16之间的连接处形状及允许的对位偏差。
作为优选的实施方式，所述钢桁架12的各根导管18与下部结构11的三个钢圆筒13的上连接段16对应，套置在上连接段16的外侧，导管18与上连接段16之间的环形缝通过灌浆21连接，使下部结构11和钢桁架12固定连接。
作为优选的实施方式，所述的导管18与钢圆筒13的上连接段16对应的竖直段的内侧设置有剪力键，加强二者之间的连接。
为了实施如图1、2所示的用于海上风电的插入式钢圆筒及钢桁架组合基础，本发明实施例还提供了一种施工方法，包括如下步骤：
S1、在工厂加工制作钢圆筒13；
S2、在工程区域进行测量定位，利用海上起重设备和液压振动锤进行钢圆筒13的施工，液压振动锤夹设在施工环20上，使钢圆筒13插入到预定的海域地基土体中；
S3、测量各钢圆筒13的位置及顶面高程，根据此测量数据反馈，在工厂制作带有环形橡胶止水垫圈17的钢桁架12；
S4、利用起重船安装钢桁架12，使各根导管18套置在钢圆筒13的上连接段16的外侧，调平结构，并使二者之间密封连接；
S5、抽干导管18内的海水，在导管18和钢圆筒13的上连接段16之间的环形缝干法灌浆21，使二者连接；
S6、检查上述灌浆21的质量是否合格；
S7、若合格，在基础钢桁架结构12的顶部基础环19上安装风机塔筒构件。
作为优选的实施方式，在步骤S6之后，若有必要，可通过在导管18与上连接段16中加设钢筋砼以增强二者连接。
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他类似方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型实质性地偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。