專利名稱：一種海上基礎支撐結構及其施工方法
技術領域：
本發明涉及支撐結構領域，特別是涉及一種海上基礎支撐結構及其施工方法。
背景技術：
進入21世紀，面對常規能源枯竭、環境惡化的壓力，同時又要面對節能減排、發展經濟的任務，尋找可替代性綠色新能源迫在眉睫。潮流能發電是利用潮汐動能的一種發電方式，通過海水流動所產生的能量推動水輪機轉動從而帶動發電機發電。潮流能作為綠色能源的一種，因其可再生性好、可預測性強、清潔環保、蘊藏量豐富等優勢，成為世界各國爭相研究開發的對象。海上基礎支撐結構有多種形式，如單樁基礎、群樁基礎、導管架基礎和重力式基礎，隨著海洋能源開發技術的成熟，將來深海開發又會出現漂浮式基礎。現有的一種適用于海洋工程的塔筒式結構，包括混凝土重力式基礎臺座、基礎托盤、導向管和塔筒，導向管內部布置有注漿管，塔筒套裝在導向管外側且底緣置于混凝土重力式基礎臺座上的塔筒套環內。通過調整托盤的尺寸，來滿足天然軟土地基承載力的要求，利用水上整體拖運，可以降低安裝成本。但此重力式基礎體積龐大，混凝土模板不容易搭建，大體積混凝土施工容易引起混凝土熱量不均產生裂縫，同時，該基礎一旦施工時發生傾斜，很難再調平，這樣對塔筒上 部結構非常不利。常見的座底式潮流發電裝置，其基礎支撐包括立管、套在立管外的套管、連接于套管上的連接架和設置于連接架上的重力沉箱。但該支撐結構僅適用于淺海海域，對于更深海域特別是海洋洋流比較大的海域，該基礎支撐穩定性很難滿足要求。由此可見，上述現有的海上基礎支撐在結構、方法與使用上，仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創設一種結構穩定、施工方便的新的海上基礎支撐，實屬當前重要研發課題之一。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種海上基礎支撐結構，使其穩定性好、施工方便，從而克服現有的基礎支撐結構不穩定、施工復雜的不足。為解決上述技術問題，本發明提供一種海上基礎支撐結構，包括管樁、預制混凝土平臺和打樁導向架，所述管樁為多根，套在打樁導向架內并與其固定連接，預制混凝土平臺套在管樁上部并與其固定連接，且所述預制混凝土平臺坐落在打樁導向架上。作為本發明的一種改進，本發明還可通過下述方案實現:一種海上基礎支撐結構，其中，所述打樁導向架包括導向管及連接導向管的橫梁，所述導向管與管樁數量一致，管樁套入導向管內與導向管通過粘結劑固定連接；且在所述打樁導向架上方的管樁上部設置有用于打樁導向架調平的牛腿。一種海上基礎支撐結構，其中，所述導向管頂端外側設有支撐座。一種海上基礎支撐結構，其中，所述預制混凝土平臺與打樁導向架通過預應力高強螺桿或高強鋼筋固定連接。一種海上基礎支撐結構，其中，所述導向管與管樁均有六根，打樁導向架呈正六邊形分布，橫梁為多根，且相鄰導向管之間通過橫梁連接，相間隔的三根導向管通過三根橫梁連接，形成正三角形，剩余三根導向管分別通過三根橫梁與所述正三角形橫梁的中點固定連接；所述相鄰導向管之間的橫梁上均設置有預應力高強螺桿或高強鋼筋的插孔。一種海上基礎支撐結構，其中，所述預制混凝土平臺為中空的圓柱體，其上預留有空心圓柱孔，空心圓柱孔的數量與管樁數量一致，位置相互對應，預制混凝土平臺與管樁之間通過灌注混凝土固定連接；且預制混凝土平臺上設置有預應力高強螺桿或高強鋼筋的插孔；預制混凝土平臺內環處還預埋有用于與外部結構連接的預應力高強螺桿，呈圓形分布。一種海上基礎支撐結構，其中，所述預制混凝土平臺內環處上下表層分別設有金屬圓環，預埋的預應力高強螺桿套接在金屬圓環上，且預制混凝土平臺內部配置有構造筋。一種海上基礎支撐結構，其中，所述預應力高強螺桿分為粗細兩種類型，粗的用于連接打樁導管架，細的用于預埋于預制混凝土平臺內。一種海上基礎支撐結構，其中，所述管樁的頂端封閉。此外，本發明還提供了一種海上基礎支撐結構的施工方法，使施工方便、降低安裝成本。本發明提供的一種海上基礎支撐結構的施工方法，包括如下步驟:將所述打樁導向架安置于海底所需位置，所述管樁套入打樁導向架的導向管內，打入海底土壤中的適當位置；打樁導向架移至管樁的預定位置，在打樁導向架的導向管與管樁之間的縫隙內注入粘結劑，將二者粘結固定在一起；在橫梁與牛腿或支撐座與牛腿之間安置千斤頂，在粘結劑尚未完全凝固定型之前通過千斤頂調節打樁導向架的水平度；將預制混凝土平臺套在管樁上，坐落在打樁導向架上，并使預制混凝土平臺與打樁導向架通過所述預應力高強螺桿或高強鋼筋連接；在預制混凝土平臺與管樁外壁之間及預制混凝土平臺與預應力高強螺桿或高強鋼筋之間的空隙內灌入混凝土 ；給預應力高強螺桿施加預應力，如選用高強鋼筋連接則省略此步驟。采用這樣的設計后，本發明至少具有以下優點:I)結構組成各部分均為預制件，混凝土土方量小，且易于施工生產，采用多樁基礎，結構穩定。2)管樁上部的牛腿，與打樁導向架的橫梁或支撐座配合，結構簡單，解決了基礎調平問題。3 )施工方便，降低了施工難度，既節約了施工時間，又節約了施工成本。
上述僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，以下結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。圖1為本發明一種海上基礎支撐結構俯視示意圖。圖2為本發明一種海上基礎支撐結構正視示意圖。圖3為本發明的預制混凝土平臺俯視示意圖。
圖4為本發明的預制混凝土平臺剖面圖。
圖5為本發明的打樁導向架結構示意圖。圖6為本發明的預應力高強螺桿結構示意圖。
具體實施例方式參照圖1-6所示，本發明提供一種海上基礎支撐結構，該基礎支撐結構包括管樁
1、預制混凝土平臺2和打樁導向架3，所述管樁I為多根，套在打樁導向架3內并與其固定連接，預制混凝土平臺2套在管樁I上部并與其固定連接，且所述預制混凝土平臺2坐落在打樁導向架3上，通過預應力高強螺桿4固定連接。打樁導向架3包括導向管6及連接導向管6的橫梁7，所述導向管6與管樁I數量一致，管樁I套入導向管6內與導向管6通過粘結劑固定連接。打樁導向架3上方的管樁I上部設置有用于打樁導向架3調平的牛腿5，導向管6頂端外側設有支撐座，支撐座優選為圓盤形。較佳的，導向管6與管樁I均有六根，打樁導向架3呈正六邊形分布,橫梁7為多根，且相鄰導向管6之間通過橫梁7連接，相間隔的三根導向管6通過三根橫梁7連接，形成正三角形，剩余三根導向管6分別通過三根橫梁7與所述正三角形橫梁7的中點固定連接。所述相鄰導向管6之間的橫梁7上均設置有預應力高強螺桿4的插孔10。預制混凝土平臺2為中空的圓柱體，橫截面輪廓成圓環狀。預制混凝土平臺2上預留六個空心圓柱孔，數量與管樁I數量一致，空心圓柱孔直徑大于管樁I直徑，且使預留空心圓柱孔的分布正好可以套在打樁導向架3的六個導向管6上。導向管6為空心鋼管，鋼管的頂端外側焊接支撐座圓盤，圓盤直徑略大于預制混凝土平臺2預留的空心圓柱孔的截面直徑。預制混凝土平臺2與管樁I之間通過灌注混凝土固定連接，預制混凝土平臺2上還預留有預應力高強螺桿4的插孔10，插孔10的分布與打樁導管架3的六邊形橫梁7上的插孔10相對應。預制混凝土平臺2接近內環部位預埋有預應力高強螺桿4，呈圓形分布，上下表層分別設有金屬圓環9，預埋的預應力高強螺桿4套接在金屬圓環9上。預應力高強螺桿4有粗細兩種類型，較細的螺桿埋于預制混凝土平臺2接近內環部位，用于連接外部結構法蘭接口，較粗的螺桿用于連接打樁導向架橫梁7上的插孔10。預埋的預應力高強螺桿4的數量和間距分別與外部結構連接法蘭相對應。預制混凝土平臺2內部應配置構造筋，防止混凝土表層開裂。管樁I為一端封閉一端開口的空心管樁，頂端封閉，下端插入海底土壤8。管樁1、打樁導向架3的導向管6及預制混凝土平臺2預留空心圓柱孔的數量應一致，位置相互對應，但不局限于六根，視具體工程實例而定。預應力高強螺桿4也可使用高強鋼筋代替。打樁導向架3的橫梁7優選工字鋼材料，但不限于工字鋼材料。本發明還涉及所述的海上基礎支撐結構的施工方法，包括以下步驟: I)將打樁導向架3安置于海底所需位置，將管樁I套入打樁導向架3的導向管6內，用打樁船將管樁I打入海底土壤8中的適當位置，掌握好打入深度和露出土壤管樁深度。
2)將打樁導向架3移至管樁I的預定位置，在打樁導向架3的導向管6與管樁I之間的縫隙內注入膨脹粘結劑，將二者粘結固定在一起。在橫梁7與牛腿5或支撐座與牛腿5之間安置千斤頂，在粘結劑尚未完全凝固定型之前通過千斤頂調節打樁導向架3的水平度至合適位置。3)將預應力高強螺桿4 一端通過螺栓固定在打樁導向架3的橫梁7的插孔10上。4)將預制混凝土平臺2套在管樁I上，使之坐落在打樁導向架3上；5)當預制混凝土平臺2在打樁導向架3上安裝好后，在預制混凝土平臺2預留空心圓柱孔與管樁I外壁之間、預制混凝土平臺2與預應力高強螺桿4之間的空隙內灌入高強速凝混凝土。6)給連接在打樁導向架3上的預應力高強螺桿4施加預應力，以提高其剛性，如選用高強鋼筋連接則省略此步驟。該基礎支撐結構施工完成后，可在預制混凝土平臺2上安裝發電機組等設備，二者可通過預應力高強螺桿4及法蘭固定連接。本發明的海上基礎支撐結構可以應用于潮流發電機組固定支撐及其他海洋工程領域，如風力發電。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發明的保護 范圍內。
權利要求
1.一種海上基礎支撐結構，其特征在于:包括管樁、預制混凝土平臺和打樁導向架，所述管樁為多根，套在打樁導向架內并與其固定連接，預制混凝土平臺套在管樁上部并與其固定連接，且所述預制混凝土平臺坐落在打樁導向架上。
2.根據權利要求1所述的海上基礎支撐結構，其特征在于:所述打樁導向架包括導向管及連接導向管的橫梁，所述導向管與管樁數量一致，管樁套入導向管內與導向管通過粘結劑固定連接；且在所述打樁導向架上方的管樁上部設置有用于打樁導向架調平的牛腿。
3.根據權利要求2所述的海上基礎支撐結構，其特征在于:所述導向管頂端外側設有支撐座。
4.根據權利要求2或3任一項所述的海上基礎支撐結構，其特征在于:所述預制混凝土平臺與打樁導向架通過預應力高強螺桿或高強鋼筋固定連接。
5.根據權利要求4所述的海上基礎支撐結構，其特征在于:所述導向管與管樁均有六根，打樁導向架呈正六邊形分布，橫梁為多根，且相鄰導向管之間通過橫梁連接，相間隔的三根導向管通過三根橫梁連接，形成正三角形，剩余三根導向管分別通過三根橫梁與所述正三角形橫梁的中點固定連接；所述相鄰導向管之間的橫梁上均設置有預應力高強螺桿或高強鋼筋的插孔。
6.根據權利要求4所述的海上基礎支撐結構，其特征在于:所述預制混凝土平臺為中空的圓柱體，其上預留有空心圓柱孔，空心圓柱孔的數量與管樁數量一致，位置相互對應，預制混凝土平臺與管樁之間通過灌注混凝土固定連接；且預制混凝土平臺上設置有預應力高強螺桿或高強鋼筋的插孔；預制混凝土平臺內環處還預埋有用于與外部結構連接的預應力高強螺桿，呈圓形分布。
7.根據權利要求6所述的海上基礎支撐結構，其特征在于:所述預制混凝土平臺內環處上下表層分別設有金屬圓環，預埋的預應力高強螺桿套接在金屬圓環上，且預制混凝土平臺內部配置有構造筋。
8.根據權利要求6所述的海上基礎支撐結構，其特征在于，所述預應力高強螺桿分為粗細兩種類型，粗的用于連接打樁導管架，細的用于預埋于預制混凝土平臺內。
9.根據權利要求1-3任一項所述的海上基礎支撐結構，其特征在于:所述管樁的頂端封閉。
10.根據權利要求4所述的海上基礎支撐結構的施工方法，其特征在于，包括如下步驟: A.將所述打樁導向架安置于海底所需位置，所述管樁套入打樁導向架的導向管內，打入海底土壤中的適當位置； B.將打樁導向架移至管樁的預定位置，在打樁導向架的導向管與管樁之間的縫隙內注入粘結劑，將二者粘結固定在一起；在橫梁與牛腿或支撐座與牛腿之間安置千斤頂，在粘結劑尚未完全凝固定型之前通過千斤頂調節打樁導向架的水平度； C.將預制混凝土平臺套在管樁上，坐落在打樁導向架上，并使預制混凝土平臺與打樁導向架通過所述預應力高強螺桿或高強鋼筋連接； D.在預制混凝土平臺與管樁外壁之間及預制混凝土平臺與預應力高強螺桿或高強鋼筋之間的空隙內灌入混凝土； E.給預應力高強螺桿施加預應力，如選用高強鋼筋連接則省略此步驟。
全文摘要
本發明涉及一種海上基礎支撐結構，包括管樁、預制混凝土平臺和打樁導向架，管樁套在打樁導向架內并與其固定連接，預制混凝土平臺固定在管樁上部，且預制混凝土平臺坐落在打樁導向架上。本發明還涉及該支撐結構的施工方法將管樁套入打樁導向架的導向管內，打入海底;在導向管與管樁之間的縫隙內注入粘結劑，在其未完全凝固前調節打樁導向架的水平度;將預制混凝土平臺套在管樁上，坐落在打樁導向架上，并使預制混凝土平臺與打樁導向架通過預應力高強螺桿或高強鋼筋連接；在預制混凝土平臺與管樁外壁之間及其與預應力高強螺桿或高強鋼筋之間的空隙內灌入混凝土；給預應力高強螺桿施加預應力，如用高強鋼筋則省略此步。本發明結構穩定、施工方便。
文檔編號E02D13/00GK103225304SQ20131015625
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月28日 優先權日2013年4月28日
發明者劉磊, 李明輝 申請人:國電聯合動力技術有限公司