专利名称：一种海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及海上风机基础用的一种钢管桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构。
背景技术：
风能是一种清洁的可再生能源，风力发电是风能利用的主要形式。海上风况优于陆地，海面粗糙度小，风湍流强度小，风切变小，具有稳定的主导风向，且不占用陆地资源，海上风电开发将是今后风电发展的重要方向。但是，海上风电的开发利用受海上环境条件影响，在风电场建设和运行维护上难度要较陆地风电场大很多。 海上风机基础一般多采用钢管桩基础，桩基础与风机塔筒的连接可通过导管架结构进行连接。导管架结构是由腿柱和连接腿柱的拉管所构成的空间构架，钢管桩通过腿柱打入海床以固定导管架。导管架结构不受风机型号与海水深度的影响，在施工之前不需要进行专门的河床清理，施工工艺简单。 欧洲一些海上风电技术较发达的国家，已经对海上风机钢管桩基础与导管架腿柱的灌浆连接的应用中展开了一定的研究，并在一些海上风电场工程中进行了实际应用。在我国，海上风电开发利用还处于起步阶段，桩基础与导管架腿柱的灌浆连接在海洋平台的建设中应用较多，积累了一定的设计与施工经验，但是将桩基础与导管架腿柱的灌浆连接应用在海上风机基础的建设当中，需要充分考虑海上风机的结构特点风机基础规模相对海洋平台的基础规模要小；风机为高耸结构，受到较大的风荷载、波浪荷载等多种荷载的综合作用。因此，为了保证海上风机的正常运行和结构安全，需对桩基础与导管架腿柱间的灌浆连接质量提出更高的要求。 钢管桩桩基础与导管架腿柱的灌浆连接具有其独特的施工技术优势，对设备无特殊要求，操作简单，并在海洋平台工程应用中积累了一定的施工经验。通过对连接段灌浆材料、灌浆施工工艺及环形空间结构进行优化，以增大连接段灌浆连接的作用效果，实现海上风机钢管桩基础与导管架腿柱灌浆连接在中国海上风电场建设中的应用，具有重要的现实意义和较大的社会经济效益。
发明内容本发明的目的是提供一种海上风机基础与塔筒连接的过渡装置钢管桩基础与导
管架腿柱的灌浆连接结构。 本发明的技术方案是 —种海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构，由导管架腿柱内壁及桩基础
钢管桩外壁形成环形空间，环形空间内部设置剪切键、导向体及上、下封堵器，剪切键在导
管架腿柱内壁及钢管桩外壁间环向设置，导向体位于导管架腿柱内壁，上、下封堵器分别位
于导管架顶部和底部，环形空间内灌注有水泥基高强无收縮灌浆料。 剪切键沿钢管桩外壁均匀焊制，剪切键可为焊珠、贴角焊扁钢或贴角焊圆钢。[0010] 剪切键沿钢管桩外壁和导管架腿柱内壁双面均匀焊制，剪切键可为焊珠、贴角焊扁钢或贴角焊圆钢。 钢管桩外壁与导管架腿柱内壁的剪切键为交错布置。[0012] 在环形空间底部设置有注浆阀，上部设置浆液回流阀。 环形空间的宽度为40 50mm，剪切键高度为6 8mm，剪切键宽度为10 15mm。[0014] 灌桨工艺采用底部灌桨，即由环形空间底部注桨阀对环形空间进行灌桨，通过检测回流阀处回流浆液的比重判断灌浆结束标准。 工程中优先选用双面设置剪切键，当由于导管架腿柱内径的影响而不能在其内部
设置剪切键时可采用在桩基础钢管桩外壁单面设置剪切键。 该发明的有益效果是 1、海上风机桩基础与导管架腿柱采用灌浆进行连接，可以把上部荷载经由灌浆结石体传递给钢管桩，质量可靠，操作简单。 2、灌桨连接具有结合部平整严密、全断面有效连接，对钢结构不施加外力和热量，适合于不同表面形状、不同口径的连接。 3、钢管桩基础和腿柱之间有一定的间隙，采用灌浆连接易于吸收构件制造误差和安装偏差。 4、灌浆连接材料采用水泥基高强无收縮灌浆料，结石体无收縮、强度高，连接效果可靠，可以满足极端工况条件下风机基础的结构安全。 5、灌浆工艺采用底部灌浆，灌浆结石体较密实，与钢管壁的粘结效果好，不存在较大的孔隙。 6、环形空间的最佳设计范围为40 50mm，剪切键高为6 8mm，剪切键宽为10 15mm。 7、在环形空间设置剪切键可以大大提高灌浆连接段传递荷载的能力，且双面设置的灌浆连接效果优于单面设置剪切键。 8、在环形空间内设导向体，可方便打桩施工中钢管桩能够顺利插入导管架腿柱。
图1 :是海上风机桩基础与导管架腿柱灌浆连接结构示意图；[0026] 图2 :是图1中A部的放大示意图。 其中l-导管架腿柱，2-桩基础钢管桩，3-导管架，4-作业平台，5-风机塔筒，
6_环形空间；7_剪切键；8_导向体；9_上部封堵器，10_下部封堵器，11_注浆阀；12_浆液
回流阀。
具体实施方式
结合附图1、2所示，一种海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构，导管架腿柱(1)内壁及桩基础钢管桩(2)外壁形成环形空间(6)，环形空间(6)内部设置剪切键(7)、导向体(8)及上、下封堵器(9、10)，剪切键(7)在导管架腿柱内壁及钢管桩外壁间环向设置，导向体(8)位于导管架腿柱内壁，上、下封堵器(9、10)分别位于导管架顶部和底部，环形空间内灌注有水泥基高强无收縮灌浆料；剪切键(7)沿钢管桩外壁和导管架腿柱双面
4均匀焊制，剪切键(7)可为焊珠、贴角焊扁钢或贴角焊圆钢；钢管桩(2)外壁与导管架腿柱(1)内壁的剪切键为交错布置；环形空间(6)底部设置有注浆阀(ll)，上部设置浆液回流阀；环形空间(6)的宽度为40 50mm，剪切键(7)高度为6 8mm，剪切键(7)宽度为10 15mm。 该灌浆连接型式的合理设计为采用导管架结构作为海上风机基础结构型式，通过灌浆连接型式实现导管架腿柱与钢管桩的连接，这种连接型式具有①结合部平整严密、全断面有效连接；②对钢结构不施加外力和热量；③适合于不同表面形状、不同口径的连接；④由于钢管桩和腿柱之间有一定的间隙，易于吸收构件制造误差和安装偏差。[0030] 采用水泥基高强无收縮灌浆材料，结石体强度高，灌浆连接效果可靠，可以满足极端工况条件下风机基础的结构安全；采用环形空间底部灌浆工艺灌浆，施工操作简单，灌浆结石体密实，与钢管壁的粘结效果好，不存在较大的孔隙；在环形空间设置剪切键可以大大提高灌浆连接段传递荷载的能力。 该连接结构采用灌浆连接，对设备无特殊要求，操作简单，并在江苏响水海上测风塔连接段中得到了成功应用，可进一步推广使用。
权利要求一种海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构，其特征在于，导管架腿柱(1)内壁及桩基础钢管桩(2)外壁形成环形空间(6)，环形空间(6)内部设置剪切键(7)、导向体(8)及上、下封堵器(9、10)，剪切键(7)在导管架腿柱内壁及钢管桩外壁间环向设置，导向体(8)位于导管架腿柱内壁，上、下封堵器(9、10)分别位于导管架顶部和底部，环形空间内灌注有水泥基高强无收缩灌浆料。
2. 根据权利要求1所述的海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构，其特征在 于，剪切键(7)沿钢管桩外壁均匀焊制，剪切键(7)可为焊珠、贴角焊扁钢或贴角焊圆钢。
3. 根据权利要求1所述的海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构，其特征在 于，剪切键(7)沿钢管桩外壁和导管架腿柱内壁双面均匀焊制，剪切键(7)可为焊珠、贴角 焊扁钢或贴角焊圆钢。
4. 根据权利要求3所述的海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构，其特征在 于，桩基础钢管桩(2)外壁与导管架腿柱(1)内壁的剪切键为交错布置。
5. 根据权利要求1、2、3或4所述的海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构，其 特征在于，所述环形空间(6)底部设置有注浆阀(ll)，上部设置浆液回流阀(12)。
6. 根据权利要求5所述的海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构，其特征在 于，环形空间(6)的宽度为40 50mm，剪切键(7)高度为6 8mm，剪切键(7)宽度为10 15mm。
专利摘要本实用新型涉及一种海上风机钢管桩基础与导管架腿柱的灌浆连接结构，属于海洋工程和风力发电领域。主要技术方案为通过对钢管桩与导管架腿柱组成的环形空间进行灌浆连接，可以把上部荷载经由灌浆结石体传递给钢管桩；在环形空间内设置剪切键，以增大灌浆连接段传递荷载的能力；在环形空间上部及下部设置导向体，可方便打桩施工中钢管桩能够顺利插入导管架腿柱；在环形空间顶部和底部设置封堵器以保证顺利灌浆。选用水泥基高强无收缩灌浆料作为灌浆材料，结石体强度高，连接效果可靠；自环形空间底部注浆阀注入浆液，通过环形空间上部浆液回流阀控制灌浆结束标准。本实用新型可以全断面有效连接，对钢结构不施加外力和热量，易于吸收构件制造误差和安装偏差；对设备无特殊要求，操作简单，并在江苏响水海上测风塔中得到了成功应用，可进一步推广使用。
文档编号E02D27/12GK201506979SQ20092017945
公开日2010年6月16日 申请日期2009年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者张金接, 杨锋, 符平, 赵卫全, 邢占清, 黄立维 申请人:中国水利水电科学研究院