[发明专利]海上风电振冲胶结桩强化软土地基的单桩基础及施工方法

说明书

一种海上风电振冲胶结桩强化软土地基的单桩基础及施工方法，它包括单桩和振冲胶结桩，振冲胶结桩环绕于单桩设置，通过深海碎石桩振冲成桩工艺和水下自密实水泥基胶凝材料自流灌浆工艺胶结相结合的施工方法在海床软土层和持力层中形成振冲胶结桩，振冲胶结桩与桩间土体构成振冲胶结桩复合地基，所述复合地基中振冲胶结桩的桩身强度由外环至内环依次递增、由上部至下部依次递减。振冲胶结桩有效提高软土层承载能力，扩展单桩基础在浅覆盖层海床和近海深水风电场中的适用性，同时无需另设防冲刷结构，基础制造成本和施工成本低，施工效率高，操作简单方便的特点。

技术领域

本发明属于海洋工程的桩基技术领域，涉及一种海上风电振冲胶结桩强化软土地基的单桩基础及施工方法。

背景技术

海上风电具有清洁高效的优势，是新能源领域的重要发展方向。目前，海上风电单桩基础具有施工速度快、工程成本低、地基适用性强等优点，在已安装基础中的比例超过80%。随着海上风电场逐渐从近海浅水区走向近海深水区和深远海，以及风力发电机组容量的不断增大，单桩基础需要提供更大的水平承载力。然而，我国部分海域海床表层为深厚软土，且软土层下方的持力层相对较薄，若采用常规的单桩基础，桩周土体无法提供满足设计要求的水平抗力；若采用导管架、嵌岩桩等基础形式，一方面大幅提升基础成本，另一方面显著延长施工周期。因此，研发适用软土地基、水平承载力更高的单桩基础具有重要的工程应用价值。

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振冲胶结桩强化软土地基的单桩基础及施工方法，结构简单，采用在单桩周围土体中布设振冲胶结桩，振冲胶结桩位于海床的持力层和软土层中，振冲胶结桩和桩间土体形成振冲胶结桩复合地基，提高软土层承载能力，有效提高单桩基础的水平承载力，显著增强桩周土体抵抗变形的能力，降低单桩基础桩顶水平位移，提升单桩基础抗地基液化的能力，改善单桩基础和及其上部结构的振动频率。同时，海上风电振冲胶结桩强化软土地基的单桩基础能够适用于水深30-60m海域和持力层较薄的海床，扩展单桩基础在近海深水区的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种海上风电振冲胶结桩强化软土地基的单桩基础，它包括振冲胶结桩；振冲胶结桩包括内环桩和外环桩；外环桩位于内环桩外；位于内环桩的环中心设置单桩孔；单桩孔与内环桩、外环桩的环形心同心；该振冲胶结桩的桩身强度由单桩孔内向外依次递减，该振冲胶结桩的桩身强度由单桩孔上部向下部依次递减。

所述内环桩和外环桩之间设置多个沿单桩孔径向布设的分支桩。

所述内环桩和外环桩之间设置至少一个中环桩，中环桩的环形心与单桩孔同心。

所述内环桩、外环桩、分支桩和中环桩皆由多个振冲胶结桩组成。

所述内环桩、外环桩和中环桩为多个振冲胶结桩组成的圆形结构；分支桩为多个振冲胶结桩组成的线型结构。

所述内环桩、中环桩和外环桩的高度依次减小，形成锥形结构的振冲胶结桩，截面较小的一端朝下。

所述振冲胶结桩包括与碎石和水下自密实水泥基胶凝材料胶结形成的柱状体。

所述振冲胶结桩的上部设置胶结抛石体，胶结抛石体为圆锥体结构，截面较小的一端朝上。

所述胶结抛石体由抛石和水下自密实砂浆胶结形成。

如上所述的海上风电振冲胶结桩强化软土地基的单桩基础的施工方法，它包括如下步骤：

S1，打桩，采用沉桩设备将单桩沿单桩孔竖直朝下打入海床直至设计深度，单桩的下端穿过软土层深入海床的持力层中；

S2，内环桩成桩，

S2-1，采用振冲设备振冲形成初始孔，随后输送系统向振冲器底部输送碎石（25），边振冲边供料形成碎石桩身，与此同时，通过输送管向振冲器导管底部输送水下自密实水泥基胶凝材料，水下自密实水泥基胶凝材料沿着碎石桩身的碎石间隙向下流动，边振冲、边供料、边胶结形成胶结碎石桩身；