一种预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础的制作方法

1.本发明涉及土木工程技术领域，更具体地说，涉及一种预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础。


背景技术：

2.目前，在桥梁和港口码头建设方面具有较多群桩承台基础建设经验，从而在海上风电场建设中提出了群桩基础的设计方案，以此可有效减小桩基直径，同时群桩承台基础具有结构刚度大、打桩精度可控、造价低，适用于海上具有防撞要求的风电机组基础。
3.现有技术中，风电塔架采用的群桩承台基础主要由桩基和承台构成，桩基通常采用钢管桩或钢管混凝土桩，承台采用现浇钢筋混凝土结构，这种基础结构具有刚度大和整体性好的特点，但在承台混凝土与塔筒连接段的结合处较为薄弱，在强风荷载作用下，塔筒与承台混凝土连接处极易开裂，使得承台基础的可靠性较低，具有较大的安全隐患。
4.此外，桩基的结构自重较大，抗侧性能较弱，且桩基与底部岩层的锚固性能较差。
5.因此，如何提高承台基础的可靠性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础，以提高承台基础的可靠性。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础，包括：
9.承台混凝土；
10.承台钢筒；所述承台钢筒包括钢壳和塔筒钢管；所述塔筒钢管设置于所述承台混凝土的上方，且与所述承台混凝土连接；所述钢壳套设于所述塔筒钢管的外侧，且贴合于所述承台混凝土；所述钢壳通过预应力索组件与所述承台混凝土连接；
11.桩基，设置于所述承台混凝土的下方；所述桩基的第一端埋入至所述承台混凝土内，所述桩基的第二端嵌入至岩层内，以使所述桩基为所述承台混凝土提供稳定支撑。
12.可选地，在上述预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础中，所述预应力索组件包括预应力索、第一夹片锚具和第二夹片锚具；所述预应力索连接于所述第一夹片锚具和所述第二夹片锚具之间；所述第一夹片锚具锚固于所述承台混凝土，所述第二夹片锚具锚固于所述钢壳，以为所述预应力索提供预压荷载。
13.可选地，在上述预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础中，所述承台混凝土包括桩顶承台混凝土和后浇混凝土；所述后浇混凝土位于所述桩顶承台混凝土的上方；所述桩顶承台混凝土设置有第一预应力索安装孔；所述第一夹片锚具安装于所述第一预应力索安装孔内；所述钢壳的顶板设置有第二预应力索安装孔，且所述第二预应力索安装孔沿环向均匀布置；所述第二夹片锚具安装于所述第二预应力索安装孔内；所述第一预应力索安装孔与所述第二预应力索安装孔一一对应设置。
14.可选地，在上述预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础中，所述第二预应力索安装孔所在位置的所述钢壳的顶板上设置有加强部，所述加强部位于所述钢壳的内侧。
15.可选地，在上述预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础中，所述塔筒钢管的第一端设置有法兰盘，所述法兰盘用于连接上部塔筒；所述塔筒钢管的第二端设置有灌注孔道；所述灌注孔道为多个，且各个所述灌注孔道环向均匀布置于所述塔筒钢管的第二端，用于灌注所述后浇混凝土。
16.可选地，在上述预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础中，所述塔筒钢管的第二端设置有矩形加劲肋板，且所述矩形加劲肋板与所述灌注孔道沿环向交错布置；所述矩形加劲肋板与所述塔筒钢管通过焊接方式连接；所述矩形加劲肋板的顶部与所述钢壳的顶板连接；所述矩形加劲肋板的底部与所述塔筒钢管的底部在同一水平面上。
17.可选地，在上述预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础中，所述矩形加劲肋板的水平方向上设置有环向钢筋。
18.可选地，在上述预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础中，所述桩基包括：
19.中空夹层钢管；所述中空夹层钢管包括内钢管和套设于所述内钢管的外钢管；所述内钢管与所述外钢管之间形成有腔体；
20.夹层钢筋混凝土，设置于所述腔体内。
21.可选地，在上述预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础中，所述夹层钢筋混凝土包括钢筋骨架和夹层混凝土；所述钢筋骨架设置于所述夹层混凝土内；所述钢筋骨架的第一端部埋入所述桩顶承台混凝土；所述钢筋骨架的第二端部嵌入至所述岩层内。
22.可选地，在上述预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础中，所述钢筋骨架包括主钢筋；所述主钢筋的外侧设置有多道螺旋箍筋，且所述螺旋箍筋沿所述主钢筋的长度方向均匀布置。
23.本发明提供的预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础，在承台混凝土的上方设置有塔筒钢管，承台混凝土的下方设置有桩基，且桩基的第一端埋入承台混凝土内，桩基的第二端嵌入至岩层内，以使桩基为承台混凝土提供稳定支撑。其中，塔筒钢管的外侧套设有钢壳，且钢壳贴合于承台混凝土，在钢壳与承台混凝土之间通过预应力索组件连接，提高了承台钢筒与承台混凝土的连接刚度，同时钢壳为承台混凝土提供了侧向约束，进而增加了承台混凝土的抗侧刚度，有效地避免了承台钢筒与承台混凝土连接处的开裂问题。
24.与现有技术相比，本发明提供的预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础，通过在塔筒钢管的外侧套设钢壳，且钢壳贴合于承台混凝土，以使钢壳为承台混凝土提供侧向约束，同时钢壳通过预应力索组件与承台混凝土连接，提高了承台钢筒与承台混凝土的连接刚度，有效地避免了承台钢筒与承台混凝土连接处的开裂问题，进而提高了承台基础的可靠性。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例提供的预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础的轴侧图；
27.图2为本发明实施例提供的预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础的正视图；
28.图3为本发明实施例提供的桩基与承台混凝土连接的示意图；
29.图4为本发明实施例提供的承台钢筒的结构示意图；
30.图5为本发明实施例提供的预应力索组件的结构示意图。
31.其中，1为桩基，100为钢筋骨架，1001为第一端部，1002为第二端部，1003为主钢筋，1004为螺旋箍筋，101为中空夹层钢管，1011为外钢管，1012为内钢管，102为夹层钢筋混凝土，1021为夹层混凝土，103为第一预应力索安装孔，2为钢筒混凝土承台，201为承台混凝土，2011为桩顶承台混凝土，2012为后浇混凝土，202为承台钢筒，2021为钢壳，2022为塔筒钢管，2023为法兰盘，2024为灌注孔道，2025为矩形加劲肋板，2026为环向钢筋，203为第二预应力索安装孔，3为预应力索组件，301为预应力索，302为第一夹片锚具，303为第二夹片锚具。
具体实施方式
32.本发明的核心在于提供一种预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础，以提高承台基础的可靠性。
33.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.如图1和图2所示，本发明实施例公开了一种预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础，包括承台混凝土201、承台钢筒202和桩基1。需要说明的是，图1和图2中所示的钢筒混凝土承台2包括承台混凝土201和承台钢筒202，且本发明实施例针对高桩承台基础进行解释和说明，下面如无特殊说明，承台基础均指高桩承台基础。
35.其中，如图1和图2所示，承台钢筒202包括钢壳2021和塔筒钢管2022。塔筒钢管2022设置于承台混凝土201的上方，且与承台混凝土201连接，钢壳2021套设于塔筒钢管2022的外侧，且贴合于承台混凝土201。钢壳2021与承台混凝土201之间通过预应力索组件3连接。具体地，钢壳2021套设于塔筒钢管2022的外侧，并通过焊接的方式与塔筒钢管2022的外侧壁连接在一起，增加了钢壳2021与塔筒钢管2022的连接强度。进一步地，钢壳2021的内侧壁与承台混凝土201的外侧紧密贴合，以使得钢壳2021的侧壁为承台混凝土201提供了侧向约束，进而增加了承台混凝土201的抗侧刚度，同时钢壳2021与承台混凝土201之间通过预应力索组件3连接，通过预应力索组件3产生的预压力，有效地避免了海上水平风荷载作用下引起的承台钢筒202与承台混凝土201之间连接处的开裂问题。
36.本领域相关技术人员可以理解的是，现有的承台基础在受到水平风荷载作用时，承台混凝土201和承台钢筒202的连接处将出现一侧受拉一侧受压的力学现象，且由于承台混凝土201和承台钢筒202间采用混凝土进行粘结，因混凝土的抗拉强度较低，极易发生连接部位的混凝土开裂，而在本发明实施例中，通过张拉的预应力索组件3施加的预压应力能够抵消因水平风荷载产生的拉应力，从而保证了承台混凝土201和承台钢筒202的连接可靠性，提高了钢筒混凝土承台2整体的受力性能，进而提高了承台基础的可靠性。
37.桩基1设置于承台混凝土201的下方，且桩基1的第一端埋入至承台混凝土201内，桩基1的第二端嵌入至岩层内，以使桩基1为承台混凝土201提供稳定支撑。在本发明实施例中，桩基础采用群桩的基础形式，可有效降低海中插打桩基1的精度要求，且承台混凝土201为承台钢筒202提供了施工平台，方便上部承台结构的施工。
38.桩基1，设置于承台混凝土201的下方；桩基1的第一端埋入至承台混凝土201内，桩基1的第二端嵌入至岩层内，以使桩基1为承台混凝土201提供稳定支撑。
39.本发明提供的预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础，在承台混凝土201的上方设置有塔筒钢管2022，承台混凝土201的下方设置有桩基1，且桩基1的第一端埋入承台混凝土201内，桩基1的第二端嵌入至岩层内，以使桩基1为承台混凝土201提供稳定支撑。其中，塔筒钢管2022的外侧套设有钢壳2021，且钢壳2021贴合于承台混凝土201，在钢壳2021与承台混凝土201之间通过预应力索组件3连接，提高了承台钢筒202与承台混凝土201的连接刚度，同时钢壳2021为承台混凝土201提供了侧向约束，进而增加了承台混凝土201的抗侧刚度，有效地避免了承台钢筒202与承台混凝土201连接处的开裂问题。
40.与现有技术相比，本发明提供的预应力索加劲钢混组合式高桩承台基础，通过在塔筒钢管2022的外侧套设钢壳2021，且钢壳2021贴合于承台混凝土201，以使钢壳2021为承台混凝土201提供侧向约束，同时钢壳2021通过预应力索组件3与承台混凝土201连接，提高了承台钢筒202与承台混凝土201的连接刚度，有效地避免了承台钢筒202与承台混凝土201连接处的开裂问题，进而提高了承台基础的可靠性。
41.进一步地，如图2、图3和图5所示，预应力索组件3包括预应力索301、第一夹片锚具302和第二夹片锚具303。预应力索301连接于第一夹片锚具302和第二夹片锚具303之间。其中，第一夹片锚具302锚固于承台混凝土201，第二夹片锚具303锚固于钢壳2021，以为预应力索301提供预压荷载。具体地，承台混凝土201包括桩顶承台混凝土2011和后浇混凝土2012。后浇混凝土2012位于桩顶承台混凝土2011的上方，且后浇混凝土2012的截面尺寸与桩顶承台混凝土2011的截面尺寸保持一致。由于桩顶承台混凝土2011采用模板施工，因此在桩顶承台混凝土2011内设置有第一预应力索安装孔103，第一夹片锚具302安装于第一预应力索安装孔103内。如图4所示，钢壳2021的顶板设置有第二预应力索安装孔203，且第二预应力索安装孔203沿环向均匀布置，第二夹片锚具303安装于第二预应力索安装孔203内。由于第一预应力索安装孔103与第二预应力索安装孔203一一对应设置，因此第一预应力索安装孔103与第二预应力索安装孔203对应地沿环向均匀布置，以使得施加的预压应力分布更加均匀，提高了承台基础的整体受力性能。
42.本领域相关技术人员可以理解的是，第一夹片锚具302安装于第一预应力索安装孔103中，第二夹片锚具303安装于第二预应力索安装孔203中，将预应力索301的钢绞线逐一穿过第一夹片锚具302的锥孔，再将预应力索301于第二夹片锚具303的一侧张拉，张拉后采用第二夹片锚具303中的夹片将锚孔中的预应力索301锚固，即完成了预应力索组件3的安装。通过第一夹片锚具302和第二夹片锚具303的锚固以提供预压荷载，抵消因水平风荷载产生的拉应力，保证了承台混凝土201和承台钢筒202的连接可靠性，提高了钢筒混凝土承台2整体的受力性能，进而提高了承台基础的可靠性。
43.为了满足预应力索组件3的锚固要求，如图4所示，第二预应力索安装孔203所在位置的钢壳2021的顶板上设置有加强部，加强部位于钢壳2021的内侧。具体地，加强部为第二
预应力索安装孔203所在位置周边的钢壳2021顶板局部加厚区域，有效地保证了预压荷载的传递。需要说明的是，钢壳2021顶板的局部加厚区域的增加厚度可采用钢壳2021顶板厚度的1倍～1.5倍
44.如图1和图4所示，在一具体实施例中，塔筒钢管2022的第一端设置有法兰盘2023，法兰盘2023沿环向方向均匀分布有连接孔，以方便法兰盘2023连接上部塔筒，塔筒钢管2022的第二端设置有灌注孔道2024。其中，灌注孔道2024为多个，且各个灌注孔道2024环向均匀布置于塔筒钢管2022的第二端，用于灌注后浇混凝土2012。具体地，塔筒钢管2022包括塔筒内钢管和塔筒外钢管，在塔筒内钢管和塔筒外钢管之间形成有塔筒腔体，在塔筒腔体内灌注有混凝土。塔筒钢管2022通过采用中空夹层的构造形式，利用塔筒外钢管和塔筒内钢管对混凝土的约束作用，提高了塔筒钢管2022的极限抗压承载力，同时降低了塔筒钢管2022的结构自重，减少了混凝土的现浇工作，降低了成本造价。
45.进一步地，各个灌注孔道2024在塔筒内钢管的侧壁与塔筒外钢管的侧壁之间贯通设置，以保证后浇混凝土2012能够由灌注孔道2024灌注至承台混凝土201内，同时承台钢筒202为承台混凝土201的后浇混凝土2012提供模板，无需依靠大量临时浇筑模板，提高了施工建造速度，降低了成本造价。需要说明的是，灌注孔道2024为方形灌注孔，且位于塔筒腔体内的混凝土和后浇混凝土2012可同时进行浇筑，以保证混凝土形成整体的受力体系。
46.如图4所示，在一具体实施例中，塔筒钢管2022的第二端设置有矩形加劲肋板2025，且矩形加劲肋板2025与灌注孔道2024沿环向交错布置。其中，矩形加劲肋板2025与塔筒钢管2022通过焊接方式连接，矩形加劲肋板2025的顶部与钢壳2021的顶板通过焊接的方式连接，提高了钢壳2021与塔筒钢管2022的连接强度。矩形加劲肋板2025的底部与塔筒钢管2022的底部在同一水平面上，以保证塔筒钢管2022的底部与承台混凝土201的接触面积更大，进而增加了塔筒钢管2022与承台混凝土201的连接强度，有利于避免承台钢筒202与承台混凝土201之间连接处的开裂。需要说明的是，矩形加劲肋板2025位于相邻钢壳2021顶板的加强部之间。
47.进一步地，如图4所示，在矩形加劲肋板2025的水平方向上设置有环向钢筋2026，以使各个矩形加劲肋板2025形成整体的受力体系，从而协同受力。具体地，在本实施例中，环向钢筋2026沿矩形加劲肋板2025的高度方向均匀布置，且与矩形加劲肋板2025之间通过焊接的方式连接，以提高环向钢筋2026与矩形加劲肋板2025之间的连接强度，从而有利于各个矩形加劲肋板2025协同受力。
48.进一步地，如图2和图3所示，在一具体实施例中，桩基1包括中空夹层钢管101和夹层钢筋混凝土102。其中，中空夹层钢管101包括内钢管1012和套设于内钢管1012的外钢管1011，且在内钢管1012与外钢管1011之间形成有腔体，夹层钢筋混凝土102设置于腔体内。本发明实施例中采用中空夹层的桩基1，充分利用了中空夹层钢管混凝土组合结构抗侧刚度大且自重轻的优异性能，有效地提高了承台基础的承担水平荷载的承载能力，同时夹层钢筋混凝土102提高了外钢管1011和内钢管1012的抗屈曲性能，而中空夹层钢管101对夹层钢筋混凝土102的侧向约束有效提高了夹层钢筋混凝土102的抗压性能，进而提高了桩基1受荷载后的延性，且由于内钢管1012和夹层钢筋混凝土102嵌入岩层，增加了桩基1和岩层的锚固能力，有效提高了承台基础的抗拉拔承载力。需要说明的是，内钢管1012和夹层钢筋混凝土102嵌入岩层的深度可大于外钢管1011嵌入岩层的深度，以进一步增加桩基1和岩层
的锚固能力。
49.进一步地，如图3所示，夹层钢筋混凝土102包括钢筋骨架100和夹层混凝土1021，钢筋骨架100设置于夹层混凝土1021内，为了方便理解，将钢筋骨架100的顶端称为第一端部1001，且钢筋骨架100的第一端部1001的横截面呈锥形增大，钢筋骨架100的底端称为第二端部1002，且钢筋骨架100的第二端部1002的横截面等宽。其中，钢筋骨架100的第一端部1001埋入桩顶承台混凝土2011，由于钢筋骨架100的第一端部1001的横截面呈锥形增大，使得钢筋骨架100的第一端部1001与桩顶承台混凝土2011的接触面积更大，增加了钢筋骨架100与桩顶承台混凝土2011的粘结力，钢筋骨架100的第二端部1002嵌入至岩层内，增加了桩基1与岩层的锚固能力，有效提高了承台基础的抗拉拔承载力。
50.进一步地，如图3所示，钢筋骨架100包括主钢筋1003，且在主钢筋1003的外侧设置有多道螺旋箍筋1004，各道螺旋箍筋1004沿主钢筋1003的长度方向均匀布置，以使螺旋箍筋1004与主钢筋1003共同作用形成钢筋骨架100，提高了斜截面抗剪强度。需要说明的是，螺旋箍筋1004与主钢筋1003通过焊接的方式连接。
51.本发明实施例提供的钢筒混凝土承台2，其中，承台混凝土201为桩基1提供了良好的锚固媒介，有效保证了上部结构受载后向桩基础的传递。承台钢筒202与承台混凝土201通过后浇混凝土2012连接，塔筒钢管2022底部设置的矩形加劲肋板2025和环向钢筋2026有效增加了承台钢筒202与承台混凝土201的粘结力，塔筒钢管2022底部开设的灌注孔道2024解决了因钢壳2021包覆后缺少混凝土浇筑孔道的问题，同时塔筒钢管2022与钢壳2021均采用钢结构可避免海上水平风载作用下引起的塔筒与承台混凝土201连接处开裂的问题，充分发挥了钢材拉压同性的材料性能，且塔筒钢管2022与桩基1均采用中空夹层的结构，可减少混凝土方量，同时降低了承台基础的自重，有利于增加承台基础的使用寿命。需要说明的是，上部结构包括上部塔筒和承台钢筒202。
52.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
53.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。