[发明专利]海上风电单桩-摩擦翼复合基础及其施工方法

说明书

一种海上风电单桩‑摩擦翼复合基础及其施工方法，它包括单桩和摩擦翼，摩擦翼通过传力管连接于单桩，单桩的锥形过渡段深入海床持力层，位于持力层内的摩擦翼的传力管与单桩的锥形过渡段紧密接触，摩擦翼的侧翼连接于传力管外壁，环翼布置于侧翼夹角内部。本发明摩擦翼在轴向上为贯通结构，便于穿过海床淤泥层嵌入持力层；侧翼、环翼和传力管相互支撑，利于保持摩擦翼的结构稳性，土体在侧翼和环翼之间产生土拱效应，显著提高土体抗力，摩擦翼增加了结构与土体相互作用面积，提高单桩‑摩擦翼复合基础承载能力。

技术领域

本发明属于海上风电基础及施工技术领域，涉及一种海上风电单桩-摩擦翼复合基础及其施工方法。

背景技术

国内海上风电基础结构以单桩基础、导管架基础、高桩承台基础、筒式基础为主。单桩基础为6~10m钢管桩，具有结构受力清晰、制作和施工工艺简单、施工周期短等优点，是水深30m以内海上风电场最常用的基础型式，在全球已建海上风电场的基础型式中占比超过80%。但是，对于福建、广东海域，部分机位点粘土和砂土覆盖层相对较浅，常规的单桩基础锚固深度往往无法满足水平承载力的要求。国内外企业和科研单位提出了多种单桩复合基础以提高单桩基础承载力，尤其是水平承载力，例如单桩和翼板复合基础结构（申请号：201020696951.4、202010832220.6）、单桩-翼板-堆石体复合基础（申请号：201922299487.9）、加强复合式单桩基础（申请号：201921099318.4）、单桩和摩擦环复合基础结构（申请号：202011077473.3）、单桩和筒体复合基础（申请号：201710374499.6）等。然而，对于海床覆盖层上方为较厚淤泥层的海上风电场，单桩和堆石体复合基础中的堆石体、单桩和筒体复合基础中的筒体难以穿过淤泥层位于/嵌入持力层，有效发挥其支撑作用，单桩和摩擦环复合基础虽然可以穿过淤泥层，仅通过支撑翼板与摩擦环提供的摩擦力和支挡力增加复合基础的承载能力，但摩擦环仅依靠结构壁面与周围土体之间的摩擦力和被动土抗力，且单桩和摩擦环需要一体制作、运输、施工，施工难度较大；对于深远海风电场，风、波浪、海流等外部荷载更大，单桩和翼板复合基础中翼板结构易发生弯曲、扭曲，甚至屈曲，无法实现提高单桩基础水平承载力的目的。因此，迫切需要一切新型的海上风电单桩复合基础，其既能适用于浅覆盖层海床，又能适用于上覆为较厚淤泥层的海床，且具有更高效的桩土相互作用，同时制作、运输和施工工艺简单。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种海上风电单桩-摩擦翼复合基础及其施工方法，采用单桩与摩擦翼组合结构，结构简单，便于制造、运输和安装；单桩的锥形过渡段深入海床持力层，位于持力层内的摩擦翼的传力管与单桩的锥形过渡段紧密接触，实现单桩与摩擦翼的连接；摩擦翼轴向上为贯通结构，便于嵌入海床持力层，摩擦翼的侧翼和环翼结构形式增大了复合基础与土体相互作用面积，提高单桩-摩擦翼复合基础的水平和轴向承载能力；同时，摩擦翼外部的侧翼和环翼结构形式充分利用土拱效应，有效提高单桩-摩擦翼复合基础的水平承载能力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种海上风电单桩-摩擦翼复合基础，它包括单桩和摩擦翼；所述摩擦翼2通过传力管21连接于单桩1，摩擦翼的侧翼呈放射状与传力管外壁连接，环翼位于传力管外与侧翼连接；侧翼与环翼内壁、传力管外壁形成轴向贯通结构。

所述单桩的下端设置锥形过渡段，锥形过渡段的上缘外径小于传力管内径，下缘外径大于传力管内径，摩擦翼通过传力管连接于锥形过渡段。

所述侧翼为平板，远离传力管的一侧外缘和上缘优选为“V”形结构。

所述环翼由呈同心圆分布的多个弧形结构的弧板构成，相邻两个弧板交错布置或同心圆布设，弧板上缘优选为“V”形结构。

所述环翼为竖直侧板，竖直侧板与侧翼连接形成多边形结构的环翼。

所述多边形结构的环翼为多层结构，皆与传力管同心。

如上所述的海上风电单桩-摩擦翼复合基础的施工方法，它包括如下步骤：