[发明专利]一种用于海上升压站的浅桩式导管架结构

说明书

本发明提供了一种用于海上升压站的浅桩式导管架结构，包括大放脚导管架、非嵌岩短桩、抗滑箱、压重箱及抗压型灌浆段；在大放脚导管架底部四个角的水平横撑与水平斜撑之间的区域设置抗滑箱，抗滑箱插入海底表层的淤泥内；在抗滑箱的上部设置压重箱；在大放脚导管架底部的外侧，设置4个或更多个非嵌岩短桩，非嵌岩短桩打入至海床下的岩基面，由于岩基面的端承力高，所以短桩的抗压承载力高，但其抗拔承载力较小；大放脚导管架的主导管和桩导管都插入泥面下；非嵌岩短桩与桩导管之间通过抗压型灌浆段连接。本发明解决了传统海上升压站导管架基础存在的桩基抗拉承载力低、水平变形大、施工期导管架抗倾覆和抗滑移能力低、不均匀沉降大、灌浆连接段可靠性差等问题。

技术领域

本发明涉及一种用于海上升压站的浅桩式导管架结构，适用于海上风力发电领域。

背景技术

海上升压站是海上风电场升压、配电和控制中心，海上升压站内一般布置有主变压器、高低压配电柜、GIS、通信继保设备等各种电气设备，海上升压站将所有海上风电机组所发电能汇集后，通过主变压器升压，然后通过高压海缆送到陆上。

海上升压站的基础是将整个海上升压站上部结构固定在海床上的设施，海上升压站的基础除了需要承受上部结构的全部重量外，还需承受风、浪、流等环境荷载的作用。海上升压站基础大多采用导管架基础，有先插桩式导管架、后插桩式导管架和脚靴式导管架等基础型式。

传统的海上升压站导管架基础，无论是先插桩式导管架、后插桩式导管架、还是脚靴式导管架均采用长桩，即通过桩来承载全部的竖向荷载和水平荷载。海上升压站基础承担的竖向荷载主要是自重荷载，水平荷载主要包括波流荷载、风荷载和船舶撞击荷载。传统的海上升压站导管架基础在承受竖向、水平荷载作用时导管架两侧的桩一侧受压、一侧受拉，并且上部结构的水平荷载通过桩柱连接构件全部传至桩顶，最终由桩来承担全部的水平荷载。传统的海上升压站导管架桩基础设计，通常是将桩打入合适的持力层，桩的承载力能完全满足上部结构传递下来的全部压力、拉力和水平力。因此传统海上升压站的桩长一般都较长，以此来保证桩基础具有足够的抗拉承载力。

但在我国东南部近海的某些地区，水深较深，但海底覆盖层较薄，覆盖层以下即为坚硬的岩石，且海底覆盖层的表面往往有较厚的淤泥层，使得海床表面的承载力很低。在这种地质条件下，桩基的抗压承载力一般都很大，但其抗拉承载力和水平承载力往往很低，为使桩基能够承担上部结构传递下来的拉力，往往需要采用嵌岩桩以提高桩基的抗拉承载力，并且采用大直径桩基来满足水平承载力的要求，从而减少水平方向的变形。但嵌岩桩需采用水下钻孔、灌浆等工艺，施工复杂、工期长、费用高。此外，传统的后插桩式和脚靴式导管架基础，在水深较深、波流力较大的海域，当导管架处于沉放至海床表面且未插桩的状态时，若遇到大风大浪的恶劣天气，由于导管架与海床之间没有固定措施，导管架在未插桩前存在倾覆或滑移的风险，另外由于表层土的承载力低，导管架在打桩过程中可能发生较大沉降而造成过大的不均匀沉降。综上，在大水深、浅覆盖层及海床表层厚淤泥的场区，传统的导管架基础型式造价高、工期长、施工风险大、不均匀沉降大。

另外，传统的桩和导管架之间的连接方式为灌浆连接，即在桩与导管之间的间隙中灌注高强混凝土浆料，利用高强混凝土浆料实现桩与导管架的联合受力，从而将导管架上的荷载全部转移到桩上。但是灌浆连接需在水下灌注高强混凝土浆料，混凝土施工质量不容易保证，因此灌浆连接的可靠性差。传统的脚靴式导管架基础为提高灌浆连接的可靠性，也有在桩上增设抗拔锥，但抗拔锥仅在桩基承受拔力时有效，在其承受压力时并不起作用。因上部结构传递至桩基的压力很大，提高灌浆连接段的抗压可靠性也非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于海上升压站的浅桩式导管架结构，以针对大水深、浅覆盖层及海床表层厚淤泥的场区，解决传统海上升压站导管架基础存在的桩基抗拉承载力低、水平变形大、施工期导管架抗倾覆和抗滑移能力低、不均匀沉降大、灌浆连接段可靠性差等问题，为此，本发明采用以下技术方案：