[发明专利]用于海上风电软基加固的振冲系泊桩及其施工工艺和设备

说明书

技术领域

本发明涉及振冲桩技术领域，特别是一种适用于海上风电软基或其他涉水抗拔基础加固的振冲系泊桩及其施工工艺和设备。

背景技术

风能是一种清洁无污染的可再生能源，在生物化石能源紧缺的环境下越来越受到世界各国的重视，近十几年来风力资源的开发利用在迅猛发展。我国风能资源极为丰富，预计可开发量超过10亿kW，随着能源需求的日益增加，近几年我国风电事业同样呈现高速发展状态。目前，我国的风力发电仍以陆上风电为主，海上风电开发与利用才刚刚起步。我国海岸线总长约18,000公里，岛屿6000多个，近海风能资源主要集中在东南沿海和及其附近岛屿，有效风能密度在300W/m²以上。5-25m水深、50m高度海上风电开发潜力约2亿千瓦；我国沿海地区经济发达，能源紧缺，开发丰富的海上风能资源将有效改善能源供应情况，已成为我国能源战略的一个重要内容。

海上风电结构体系要承受强风、巨浪、海流、浮冰等复杂的环境灾害联合作用。根据已有风电的运行经验，在极端恶劣风况条件下会发生风电结构体系的严重破坏，包括基础整体破坏、桨叶折断、塔筒屈曲、螺栓等连接部位疲劳破坏等。其中海上风电的基础倾覆破坏是其中最重要也是最常见的破坏模式。

目前，振冲桩是进行海上各类碎石、砂土等地基处理的主要手段，形成的各种碎石桩能够很好地提高地基的承载力，为风电基础建设提供了重要的基础。但是海上风电基础所受的荷载比较复杂，就要求海上风电基础处理不仅能够满足承载力要求，另外还要求能够满足一定的抗拔要求，能够抵抗如强风、巨浪、还流以及浮冰等荷载，避免基础发生倾覆破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，其结合振冲桩与预应力锚索的优点，可以满足海上风电基础对地基的承载力以及抵御风浪浮冰等横向荷载的抗拔能力的要求。

本发明的另一目的是提供上述用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺，其为海上风电开发中地基处理提供一种新的地基加固技术与手段。

本发明的再一目的是提供上述用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工设备，其结构稳定，施工效率高。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，它包括地下段、水下段；

该地下段位于海底地面以下，包括若干圆柱形水泥桩，该水泥桩内部具有若干沿着该水泥桩轴向设置的钢绞线，该水泥桩的下端设有端罩，各钢绞线的下端均固定在该端罩的周缘；各钢绞线的上端均穿过一个位于海底的第一平台并且与该第一平台固定连接；

该水下段包括数目与钢绞线数目对应的钢管，各钢管下端固定在该第一平台上，且各钢绞线位于对应的钢管内；各钢管上端位于海面以上，且均与一第二平台底面固定连接，各钢管内的钢绞线穿过该第二平台并且锚固在该第二平台顶面。

所述端罩包括圆柱段和圆锥段，该圆柱段周缘设有用于与所述钢绞线固定的索孔；该端罩内部设有与振冲桩机的振冲器端头对应的容置空间，该圆锥段末端设有与该容置空间相通的出水口；所述容置空间内设有与所述振冲器端头的凸出肋板对应的导向槽。

所述圆柱段周缘环设有若干用于摩擦受力的环向肋筋。

所述索孔与所述圆锥段之间设有加强肋板。

所述钢管内填充有保护材料。

一种所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺，包括下列步骤：

A.将预应力钢绞线固定在所述端罩上，将所述振冲桩机的振冲器端头插入所述端罩的容置空间内；

B.将所述端罩及钢绞线随振冲器打入海底地基中，所述振冲器提升使所述端罩与钢绞线留在海底地基内，所述振冲器与所述端罩分离；振冲桩机按常规施工方法形成水泥桩；

C.所述预应力钢绞线穿过位于海底的第一平台并与所述第一平台固定，将位于海水中的预应力钢绞线外部套上钢管，并将该钢管的上下两端分别与所述第二平台、第一平台固定；

D.所述预应力钢绞线顶端穿过位于海面上的第二平台并与所述第二平台锚固。

所述步骤C中，在所述钢管内填充保护材料。

一种所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工设备，它包括振冲桩机及端罩，该端罩包括圆柱段和圆锥段，该圆柱段周缘设有用于与所述钢绞线固定的索孔；该端罩内部设有与所述振冲桩机的振冲器端头对应的容置空间，该圆锥段末端设有与该容置空间相通的出水口；所述容置空间内设有与所述振冲器端头的凸出肋板对应的导向槽。

所述圆柱段周缘环设有若干用于摩擦受力的环向肋筋。