海上夹心钢管桩基础及施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种海上夹心钢管桩基础及施工方法。海上夹心钢管桩基础，包括外钢桩（11）和内钢管（12），所述内钢管（12）安装于外钢桩（11）内，所述内钢管（12）与外钢桩（11）之间形成环形空间，在环形空间内浇筑形成有钢筋砼（13）。本发明通过钢结构和钢筋砼结构的有机组合显著增加单桩结构的截面模量及结构刚度，克服了单桩结构在使用期变形偏大、不适合水深大的缺点。夹心钢管桩基础结构能有效减小先施打的外钢桩的壁厚及重量，在起重能力一定时，可实现更大直径管桩的沉桩施工，使所述海上夹心钢管桩基础可适用于水深更大的工程区域。本发明还公开了一种海上夹心钢管桩基础的施工方法。
【专利说明】海上夹心钢管粧基础及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋工程基础的【技术领域】，具体涉及一种海上夹心钢管桩基础及施工方法。
【背景技术】
[0002]海上工程因在海上施工，工况较恶劣，具有可施工时间短，施工难度大，受天气海况等自然条件影响巨大等特点。
[0003]目前，单根大直径钢管桩是海洋工程特别是海上风电工程中常用的基础结构类型之一，具有结构简单、受力明确、制作方便、沉桩施工只需一次完成、工序单一、施工速度快等优点，适用于软土层较厚的工程区域。但单桩基础结构存在以下不足之处:泥面以上的悬臂长度过大，柔性偏大而刚度不足，使用期位移变形较大，较难适应水深较大区域；为了保证足够的刚度及强度，单根钢管桩的直径较大(一般4米以上)，相应的壁厚也大，钢材用量多；整根钢管桩的重量大，需大型起重设备及大型打桩锤，对施工设备要求很高；受起重设备能力的限制，目前单根钢管桩所采用的最大直径也因此而受限，在较大风机荷载、较深海区尚难以使用该种基础结构。
[0004]上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种海上夹心钢管桩基础及施工方法，其刚度大、对施工设备要求低、适用范围广、总体经济性好。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案实现:
提供一种海上夹心钢管桩基础，包括外钢桩和内钢管，所述内钢管安装于外钢桩内，所述内钢管与外钢桩之间形成环形空间，在环形空间内浇筑形成有钢筋砼。
[0007]其中，所述外钢桩与内钢管同轴。
[0008]其中，所述内钢管顶端与外钢桩顶端平齐或低于其顶端，所述内钢管的底端高于外钢桩底端。
[0009]其中，所述外钢桩的上段为壁厚较大的打桩加强段。
[0010]其中，所述内钢管外壁上设置有与钢筋砼配合的剪力键。
[0011]其中，所述外钢桩内壁上设置有与钢筋砼配合的剪力键。
[0012]其中，所述钢筋砼中的钢筋笼与内钢管焊接。
[0013]一种海上夹心钢管桩基础的施工方法，包括如下步骤:
51、制作外钢桩、内钢管，环形钢筋笼；
52、利用海上打桩设备进行外钢桩的海上沉桩施工； 53、在外钢桩的顶部搭设施工平台，利用取土设备将外钢桩内侧预定范围内的土体取出；
54、利用起重船将内钢管、环形钢筋笼吊装于外钢桩中，环形钢筋笼位于内钢管与外钢桩之间形成环形空间中，并加以固定；
55、利用水上搅拌船及砼泵在内钢管与外钢桩之间形成的环形空间中浇筑夹心微膨胀混凝土，待固化后形成整体夹心钢管桩；
56、在夹心钢管桩基础四周的海底预设范围内抛设防冲刷防护体。
[0014]其中，在步骤S3中，土体取出后，用高压水枪冲洗外钢桩内壁，清除外钢桩内壁上附着的泥土。
[0015]其中，在步骤SI中，所述内钢管和环形钢筋笼预先连成整体。
[0016]本发明的有益效果:通过在外钢桩、内钢管之间的环形空间中浇筑钢筋混凝土结合而成的整体结构，有效增加了结构的截面模量及结构刚度，使用期位移变形更小，结构更合理；通过钢结构和钢筋砼结构的有机组合有效减小了首先施打的外钢桩的壁厚与重量，降低桩基起吊设备要求，降低了海上施工的难度；同时在起重能力一定时，通过减小外钢桩的壁厚，可实现更大直径管桩的起吊施工，使所述海上夹心钢管桩基础可适用于水深更深的工程区域。在使用工况与荷载要求一定时，通过夹心钢管桩结构可减小桩基的外直径，减小钢材用量，减小波浪力；换句话说，即较小直径的夹心钢管桩与更大直径的普通单桩钢管桩具备同样的抗荷载及抗变形的能力，小直径的桩可替代大直径桩。与普通单桩结构相比，本发明用钢筋混凝土替代部分钢材，减小钢管总壁厚，虽增加了几道施工工序且适度延长了工期，但换来了结构的整体刚度提高，适用性提高，钢材用量省，总体经济性更好，在海洋工程中具有广泛的应用前景，特别适合海上风机大型化、海床深水化的趋势。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0018]图1是海上夹心钢管桩基础的结构示意图。
[0019]图2为图1中A-A截面示意图。
[0020]图3为外钢桩和内钢管的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]本发明的核心在于提供一种海上夹心钢管桩基础及施工方法，其刚度大、对施工设备要求低、适用范围广、总体经济性好。
[0023]如图1至图3所示，本发明所述的海上夹心钢管桩基础，包括外钢桩11和内钢管12，外钢桩11为空心筒形，优先为圆筒形。所述内钢管12安装于外钢桩11内，所述外钢桩11与内钢管12同轴，所述内钢管12与外钢桩11之间形成环形空间。在环形空间内浇筑形成有钢筋砼13，外钢桩11、内钢管12、钢筋砼13形成钢结构与钢筋砼结构结合而成的整体夹心钢管桩10。
[0024]本发明通过形成在内钢管12和外钢桩11的环形空间中浇筑混凝土使内钢管12、外钢桩11及环形钢筋砼13形成整体结构，该海上夹心钢管桩基础同时具有以下优点:
1、内、外二层管壁厚度之和小于普通单桩钢管桩壁厚，节省钢材；
2、有效增加了管桩结构的截面模量及结构刚度，使用期位移变形小，结构更合理；
3、通过减轻先施打的外钢桩的重量，降低桩基础海上施工的设备要求，降低桩基础海上施工的难度，节省施工费用；
4、在设备起重能力一定时，可实现更大直径管桩的施工要求，使单根桩基础适用于水深更深的工程区域。
[0025]作为优选的实施方式，所述内钢管12顶端与外钢桩11顶端平齐或低于其顶端，所述内钢管12的底端高于外钢桩11底端，这样使内钢管12与外钢桩11浇有夹心砼的重叠部分具有较大的刚度，满足抵抗外荷载及限制变位的要求。
[0026]作为优选的实施方式，所述外钢桩11沿竖向可分壁厚不同的上、中、下三段，上段15为顶端以下一定范围内的壁厚较大的区段，该段作为打桩加强段及与上部结构连接段，该段可有或无夹心砼；下段17为桩尖以上一定范围内无夹心砼的区段，管壁可厚可薄；其余为壁厚较薄的中段16，中段有夹心砼。上、中、下三部分的长度、壁厚可根据工程需要灵活设置。
[0027]作为优选的实施方式，所述所述外钢桩11内壁、内钢管12外壁上设置有与钢筋砼13配合的剪力键18。剪力键18可增加砼与管壁粘结力，使外钢桩11、内钢管12与环形钢筋砼13连接更牢固。
[0028]作为优选的实施方式，所述钢筋砼13中的钢筋笼与内钢管12焊接。这样，吊装时可将内钢管12和钢筋笼一起装入外管桩11中，方便施工。
[0029]为了实施如图1至3所示的海上夹心钢管桩基础，本发明还提供了一种施工方法，其包括如下步骤:
51、先在工厂加工制作带有剪力键18的外钢桩11、内钢管12，在岸上绑扎环形钢筋笼19，内钢管12和环形钢筋笼19可预先连成整体，例如通过焊接的方式固定连接；
52、将外钢桩11运至施工海域，利用海上打桩设备进行外钢桩11的海上沉桩施工；
53、利用外钢桩11为支承结构，在外钢桩的顶部搭设施工平台，利用取土设备将外钢桩内侧预定范围内的土体取出，土体取出后，用高压水枪冲洗外钢桩内壁，清除外钢桩内壁上附着的泥土，避免影响外钢桩与钢筋砼之间的粘结；
54、利用起重船将已预先连成整体的内钢管12与钢筋笼19一起吊装设于外钢桩11内侧并固定；
55、利用水上搅拌船及砼泵在内钢管与外钢桩之间形成的环形空间中浇筑夹心微膨胀混凝土，内、外管壁兼做模板，固化后的钢筋砼13牢固连接内、外管壁，形成整体夹心钢管桩10 ;在内钢管与外钢桩之间形成的这种预定的环形空间里浇筑混凝土，普通的混凝土硬化后可能会收缩，造成钢筋砼与管壁脱离，而采用微膨胀混凝土，可抵消这种收缩，保证外钢桩、钢筋砼、内钢管之间的粘结力；
56、最后在海上夹心钢管桩基础10四周的海底预设范围内抛设防冲刷防护体14，管桩基础施工完成，海上设备可直接通过特设的连接方式安装于该海上夹心钢管桩基础10的顶端。
[0030]上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0031]总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种海上夹心钢管桩基础，其特征在于:包括外钢桩(11)和内钢管(12)，所述内钢管(12)安装于外钢桩(11)内，所述内钢管(12)与外钢桩(11)之间形成环形空间，在环形空间内浇筑形成有钢筋砼(13 )。
2.根据权利要求1所述的海上夹心钢管桩基础，其特征在于:所述外钢桩(11)与内钢管(12)同轴。
3.根据权利要求1所述的海上夹心钢管桩基础，其特征在于:所述内钢管(12)顶端与外钢桩(11)顶端平齐或低于其顶端，所述内钢管(12)的底端高于外钢桩(11)底端。
4.根据权利要求1所述的海上夹心钢管桩基础，其特征在于:所述外钢桩(11)的上段为壁厚较大的打桩加强段。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的海上夹心钢管桩基础，其特征在于:所述内钢管(12)外壁上设置有与钢筋砼(13)配合的剪力键(18)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的海上夹心钢管桩基础，其特征在于:所述外钢桩(11)内壁上设置有与钢筋砼(13)配合的剪力键(18)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的海上夹心钢管桩基础，其特征在于:所述钢筋砼(13)中的钢筋笼与内钢管(12)焊接。
8.一种海上夹心钢管桩基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、制作外钢桩、内钢管，环形钢筋笼； 52、利用海上打桩设备进行外钢桩的海上沉桩施工； 53、在外钢桩的顶部搭设施工平台，利用取土设备将外钢桩内侧预定范围内的土体取出； 54、利用起重船将内钢管、环形钢筋笼吊装于外钢桩中，环形钢筋笼位于内钢管与外钢桩之间形成环形空间中，并加以固定； 55、利用水上搅拌船及砼泵在内钢管与外钢桩之间形成的环形空间中浇筑夹心微膨胀混凝土，待固化后形成整体夹心钢管桩； 56、在夹心钢管桩基础四周的海底预设范围内抛设防冲刷防护体。
9.根据权利要求8所述的海上夹心钢管桩基础的施工方法，其特征在于:在步骤S3中，土体取出后，用高压水枪冲洗外钢桩内壁，清除外钢桩内壁上附着的泥土。
10.根据权利要求8或9所述的海上夹心钢管桩基础的施工方法，其特征在于:在步骤Si中，所述内钢管和环形钢筋笼预先连成整体。
【文档编号】E02D27/52GK104153384SQ201410415188
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】熊翱, 张锐, 温文峰 申请人:熊翱