[发明专利]一种混凝土单桩基础及其安装、施工方法

说明书

本发明公开了一种混凝土单桩基础及其安装、施工方法，所述混凝土单桩基础包含作为混凝土单桩基础的主体的混凝土桩，固定在所述混凝土桩的顶部、用于连接风力发电机塔架的转换段，所述混凝土桩包含若干个固定连接的预制单元，采用混凝土单桩基础替代传统的钢制单桩基础，节省钢材，降低了单桩基础的成本；混凝土单桩基础通过V形槽安装工装水平拼接安装，降低了安装成本及难度；依靠混凝土单桩基础自身的浮力，并通过控制混凝土单桩基础内的空气量控制混凝土单桩基础的浮力和下沉速度，降低了混凝土单桩基础的运输、施工的成本及难度。本发明的安装、施工方法解决了混凝土单桩安装、运输和现场施工难题。

技术领域

本发明涉及海上风力发电技术领域，具体涉及一种海上混凝土单桩基础、混凝土单桩基础的安装方法以及混凝土单桩基础海上运输施工的方法。

背景技术

目前海上固定式基础方案有单桩基础、多桩基础、导管架基础、重力式基础、吸力筒基础等多种类型，其中单桩基础以其结构型式简单、制造工艺成熟及施工方便、造价相对其他基础型式低等优点，成为海上风电基础的主要形式，据统计单桩基础所占比例在65％以上。

目前现有的钢制单桩通常采用的是钢板卷制，具有直径大、重量大(500—2400吨)等特点。近期报道国内超大型单桩基础直径8.7米，长度100米，最大板厚90毫米，单体重量1740吨。

目前的超大单桩原材料为合金钢板，如果重量到2000吨的用钢量，成本已很高。如何降低单桩基础成本成为研究的方向，减壁厚和增加直径受到径厚比及制造限制。

对单桩设计来说，直径和壁厚的比值在90到120的范围内。如果管壁过薄，在打桩过程中很容易局部屈曲导致爆桩。

超厚钢板卷制、焊接、运输和吊装施工都很困难。如2000吨的单桩在加工、储存一般会放到滚轮上，当壁厚变得越来越薄时，将会导致应力集中，造成塑性变形，损伤单桩。当管径很大时，自重也有可能压垮它，使它产生很大的变形。另外焊接时要把两个直径很大O型的钢筒焊接起来是很困难的。

超大单桩重量大，对吊装船能力要求也高，可能需要双1500吨起重机(具有3000吨的起重能力)，或2000吨最先进吊机和安装船。

综上所述，目前的超大单桩用钢量巨大，生产制造、运输、吊装等都很困难，导致超大单桩经济性受到其他基础形式的挑战。

发明内容

本发明提出了一种混凝土单桩基础及其安装、施工方法，采用预应力混凝土大直径单桩代替传统钢制单桩，降低超大钢制单桩的成本，并通过安装、施工方法改善了单桩基础的安装及施工难度，以便继续在深海及大容量机组上发挥单桩基础优势。

为了达到上述目的，本发明提出了一种混凝土单桩基础，包含：

混凝土桩，所述混凝土桩构成所述混凝土单桩基础的主体；

转换段，所述转换段通过预应力索、灌浆固定设置在所述混凝土桩的顶部，用于连接风力发电机塔架；

所述混凝土桩包含若干个沿所述风力发电机塔架的高度方向固定连接的预制单元，相邻两个预制单元间密封设置。

进一步地，所述预制单元为两端封闭的中空结构，所述预制单元的侧壁上设有两个排气孔；位于混凝土桩顶端的排气孔安装有排气阀，位于混凝土桩底端的排气孔运输过程中封堵，混凝土桩上的其余的排气孔联通。

进一步地，若干个所述预制单元叠加设置，并通过预应力索固定连接；所述预制单元的侧壁内均匀设置有若干个第一安装孔道，以便安装预应力索。

进一步地，所述转换段通过预应力索与所述混凝土桩固定连接；所述转换段的侧壁内均匀设置有若干个第二安装孔道，所述第二安装孔道的数量及尺寸与所述预制单元上的第一安装孔道的数量及尺寸相匹配；所述预应力索依次穿过所述转换段的第二安装孔道及各个预制单元的第一安装孔道，将所述转换段及所述混凝土桩连接为一个整体。