一种海上单桩基础后安装加固装置及安装方法

技术领域

本发明属于风力发电机组单桩基础领域，特别涉及一种海上单桩基础后安装加固装置及安装方法。

背景技术

海上风能丰富，毗邻东、南部经济发达负荷中心，大力发展海上风电对支撑能源战略转型意义重大。风机基础型式是海上风力发电与陆上最大的不同之一，海上风机基础包括单桩、高桩承台、导管架、吸力筒、重力式基础等，其中单桩基础是应用最广的基础类型。

近海风电场土壤条件较弱，表层土大部分是粘土，层深且厚。在水深不大于20m的浅海和潮间带建设风机基础，由于潮汐和洋流的作用，会对风机基础周围土体产生冲刷，带走桩、基础周围的泥沙，导致桩身承载力降低，基础倾斜，整体支撑结构频率下降。由于单桩基础的频率对泥面高程和刚度比较敏感，一旦频率下降使得机头加速度增大，从而导致停机，极大增加了业主的损失。

常用的改善风机基础的冲刷的加固手段包括沙被、抛石、固化土等。然而当冲刷范围及深度较大时，这几种常用手段的费用十分巨大，对单个机位点的填埋治理费用便超过1000万元。而且由于沙石、石块、固化土之间不可避免地存在缝隙，海水带走泥沙，石块下沉，经过一段时间后，石块会沉入泥面以下，需不断维护泥面高程。

基于以上的原因，需寻求一种成本较低，并方便后期维护的海上风机单桩基础的防冲刷处理方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种海上单桩基础后安装加固装置及安装方法，可以提高单桩结构刚度，使得风机频率满足正常运行要求；采用可拆装式两片方案，方便后期安装；无需特殊运输安装船，减少运输及施工成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种海上单桩基础后安装加固装置，包括斜撑、上套环、下套环和下环板；下套环和下环板通过横撑连接，上套环和下环板通过斜撑连接，下环板的直径大于上环套和下环套的直径，上套环、下套环和下环板沿周向为分体式，下环板的下方设置有插入式桩和锚固基础，插入式桩插入锚固基础。

还包括凸环，凸环在单桩外侧设置多个，上套环和下套环套设在凸环外侧，上套环和下套环内侧设置胶垫。

凸环、斜撑、上套环、下套环、下环板和插入式桩的表面均设防腐层。

锚固基础为打入式桩基础或者吸力筒桩基础。

上套环、下套环和下环板均沿周向分为两个半环，上套环和下环板与斜撑焊接连接，下套环和下环板与焊接连接，底部插入式桩与下环板焊接连接。

底部插入式桩的数量和位置与斜撑一一对应设置。

上套环和下套环与单桩外侧设置锁紧机构。

下套环和下环板的分体之间通过铰链或铆钉连接。

本发明所述海上单桩基础后安装加固装置的安装方法，包括以下步骤：

在工厂预制加固工装，将斜撑、上套环、下套环、下环板、内插式桩整体制造并连接；

打入锚固基础，将内插式桩插入锚固基础；

将上套环的分体部分相互连接，将下套环分体部分相互连接，将下环板的分体相互连接。

根据设计在单桩的表面焊接多道凸环，

预制时提前在下套环和下环板的分体端部安装铰链，在安装位连接后将铰链锁死。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明所述装置不承担上部风机的竖向和横向载荷，主要提供额外的桩土作用，给以整体支撑结构的基础进行加固，提高频率，本发明可以提高单桩结构刚度，使得风机频率满足正常运行要求；上套环、下套环和下环板采用分体式设计方案，方便后期安装；各个构件重量较小，无需特殊运输安装船，减少运输及施工成本，与常用的防冲刷方案对比更为经济。

进一步的，凸环在单桩外侧设置多个，上套环和下套环套设在凸环外侧，能针对实际需求进行不同高度的安装，上套环和下套环内侧设置胶垫，提高上套环和下套环与单桩的整体性。

进一步的，下套环和下环板的分体之间通过铰链或铆钉连接更加快捷，容易在现场实施。

本发明所述海上单桩基础后安装加固装置的安装方法相比与常用的防冲刷方案抛石更经济，实施的预期效果更加准确，所述装置的部件均在工厂预制，大大降低海上现场作业量，实施工期短，大大节省成本。

附图说明

图1是本发明一种可实施的海上单桩基础加固工装示意图。

图2是本发明一种可实施的加固工装组成结构示意图。

图3是本发明一种可实施的单桩基础与凸形环结构示意图。

1-塔架，2-单桩，3-加固工装，4-凸环，31-斜撑，33-下套环，34-下环板，35-铰链，4-凸环

具体实施方式

下面结合附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的以上和其它特点及优点将变得更加清楚，

实施例

参考图1和图2，在塔架1设置在单桩2顶部，单桩2的泥面以上安装加固工装3，加固工装3包括斜撑31、上套环32、下套环33和下环板34，底部插入式桩36通过灌浆与锚固基础37连接，采用可拆装式两片的分体式，上套环32和下套环33通过铰链35连接成整体，铰链35与上套环32和下套环33的一端在制造时预装，方便后期安装，各个构件重量较小，无需特殊运输安装船，减少运输及施工成本。

上套环32和下套环33与单桩2外侧设置锁紧机构，具体的，上套环32和下套环33上可以沿周向开设若干螺纹孔，所述螺纹孔处进行补强设计，安装锁紧螺栓将套环32和下套环33分别与单桩2锁紧。

作为可选的实施例，根据实际项目地质情况，锚固基础37可以是打入式桩基础或者吸力筒桩基础。

在实际建成的海上风电场运行中，冲刷超过设计值引起频率下降，导致机组加速度超过限定值而停机时，可采用本发明的加固工装。另外的，本发明提出的工装方案与常用的防冲刷方案抛石等对比更为经济。

参考图1和图3，前期对单桩制造时需设置多道凸环4，凸环焊接在单桩主体结构上，上套环32和下套环33套设在凸环4外侧，后期可根据不同冲刷深度进行加固工装的安装，通过单桩基础的凸环4调整高度并固定。

上套环32和下套环33内侧设有胶垫，用于与单桩基础主体紧密连接。

基于本发明的方案，在某海上风电机组进行实施，加固工装3的高度、直径、斜撑等构件尺寸可根据实际项目进行优化。具体的，在本实施例中：

单桩2外径D1＝7m，单桩上凸环4采用直径为15mm的钢筋焊接，凸环间距h1＝2.8m。

斜撑31的高度H＝10m，厚度为20mm；上套环32的高度h2＝2.8m，厚度为15mm；下套环33的高度h3＝15mm，厚度为15mm；下环板34的直径D4＝14m，厚度为20mm。

锚固基础37的直径D3＝2m，壁厚35mm；底部插入式桩36的直径为1.55m，与锚固基础37之间通过灌浆料连接。

工厂制造单桩2主体结构，根据设计需求表面焊接多道凸环4。

具体施工方法步骤如下：

发现冲刷深度超过设计值并导致风机停机后，评估采用加固工装3的可行性

在工厂预制加固工装3所有部件并连接，将斜撑31、上套环32、下套环33、下环板34、内插式桩36整体制造焊接，上套环32、下套环33、下环板34的分体分别预制为2片，并提前在所述分体的端部安装铰链35，对加固工装3的所有部件进行防腐处理；

在机位点附近打入插入式锚固基础37或安装吸力筒锚固基础；

将加固工装3运输至现场机位点；

安装2片整体加固工装，并将铰链35锁死；

完成安装。