一种用于海上风电软基加固的振冲系泊桩及其施工工艺及设备，振冲系泊桩包括地下段、水下段；地下段包括若干圆柱形水泥桩，水泥桩内部具有预应力钢绞线，水泥桩的下端设有端罩，各钢绞线的下端均固定在端罩的周缘；各钢绞线的上端均穿过并固定在一个位于海底的第一平台；水下段包括若干钢管，且各钢绞线位于对应的钢管内；各钢管上端位于海面以上，且均与一第二平台底面固定连接，各钢绞线穿过第二平台并且锚固在第二平台顶面。施工时，先按常规振冲桩施工工艺制成水泥桩，端罩和钢绞线留在水泥桩内，然后将钢绞线位于海水中的部分套设钢管，并分别固定在第一平台和第二平台上。本发明可以满足对地基的承载力以及横向荷载的抗拔能力的要求。
1.一种用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，其特征在于，它包括地下段、水下段；
该地下段位于海底地面以下，包括若干圆柱形水泥桩，该水泥桩内部具有若干沿着该水泥桩轴向设置的钢绞线，该水泥桩的下端设有端罩，各钢绞线的下端均固定在该端罩的周缘；各钢绞线的上端均穿过一个位于海底的第一平台并且与该第一平台固定连接；
该水下段包括数目与钢绞线数目对应的钢管，各钢管下端固定在该第一平台上，且各钢绞线位于对应的钢管内；各钢管上端位于海面以上，且均与一第二平台底面固定连接，各钢管内的钢绞线穿过该第二平台并且锚固在该第二平台顶面。
2.根据权利要求1所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，其特征在于：所述端罩包括圆柱段和圆锥段，该圆柱段周缘设有用于与所述钢绞线固定的索孔；该端罩内部设有与振冲桩机的振冲器端头对应的容置空间，该圆锥段末端设有与该容置空间相通的出水口；所述容置空间内设有与所述振冲器端头的凸出肋板对应的导向槽。
3.根据权利要求2所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，其特征在于：所述圆柱段周缘环设有若干用于摩擦受力的环向肋筋。
4.根据权利要求2或3所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，其特征在于：所述索孔与所述圆锥段之间设有加强肋板。
5.根据权利要求1所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，其特征在于：所述钢管内填充有保护材料。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺，其特征在于：包括下列步骤：A.将预应力钢绞线固定在所述端罩上，将振冲桩机的振冲器端头插入所述端罩的容置空间内；
B.将所述端罩及钢绞线随振冲器打入海底地基中，所述振冲器提升使所述端罩与钢绞线留在海底地基内，所述振冲器与所述端罩分离；振冲桩机按常规施工方法形成水泥桩；
C.所述预应力钢绞线穿过位于海底的第一平台并与所述第一平台固定，将位于海水中的预应力钢绞线外部套上钢管，并将该钢管的上下两端分别与所述第二平台、第一平台固定；
D.所述预应力钢绞线顶端穿过位于海面上的第二平台并与所述第二平台锚固。
7.根据权利要求6所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺，其特征在于：所述步骤C中，在所述钢管内填充保护材料。
8.一种权利要求1所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工设备，其特征在于，它包括振冲桩机及端罩，该端罩包括圆柱段和圆锥段，该圆柱段周缘设有用于与所述钢绞线固定的索孔；该端罩内部设有与所述振冲桩机的振冲器端头对应的容置空间，该圆锥段末端设有与该容置空间相通的出水口；所述容置空间内设有与所述振冲器端头的凸出肋板对应的导向槽。
9.根据权利要求8所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工设备，其特征在于：所述圆柱段周缘环设有若干用于摩擦受力的环向肋筋。
10.根据权利要求9所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工设备，其特征在于：所述索孔与所述圆锥段之间设有加强肋板。
用于海上风电软基加固的振冲系泊桩及其施工工艺和设备
技术领域
[0001] 本发明涉及振冲桩技术领域，特别是一种适用于海上风电软基或其他涉水抗拔基础加固的振冲系泊桩及其施工工艺和设备。
背景技术
[0002] 风能是一种清洁无污染的可再生能源，在生物化石能源紧缺的环境下越来越受到世界各国的重视，近十几年来风力资源的开发利用在迅猛发展。我国风能资源极为丰富，预计可开发量超过10亿kW，随着能源需求的日益增加，近几年我国风电事业同样呈现高速发展状态。目前，我国的风力发电仍以陆上风电为主，海上风电开发与利用才刚刚起步。我国海岸线总长约18,000公里，岛屿6000多个，近海风能资源主要集中在东南沿海和及其附近岛屿，有效风能密度在300W/m2以上。5-25m水深、50m高度海上风电开发潜力约2亿千瓦；我国沿海地区经济发达，能源紧缺，开发丰富的海上风能资源将有效改善能源供应情况，已成为我国能源战略的一个重要内容。
[0003] 海上风电结构体系要承受强风、巨浪、海流、浮冰等复杂的环境灾害联合作用。根据已有风电的运行经验，在极端恶劣风况条件下会发生风电结构体系的严重破坏，包括基础整体破坏、桨叶折断、塔筒屈曲、螺栓等连接部位疲劳破坏等。其中海上风电的基础倾覆破坏是其中最重要也是最常见的破坏模式。
[0004] 目前，振冲桩是进行海上各类碎石、砂土等地基处理的主要手段，形成的各种碎石桩能够很好地提高地基的承载力，为风电基础建设提供了重要的基础。但是海上风电基础所受的荷载比较复杂，就要求海上风电基础处理不仅能够满足承载力要求，另外还要求能够满足一定的抗拔要求，能够抵抗如强风、巨浪、还流以及浮冰等荷载，避免基础发生倾覆破坏。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，其结合振冲桩与预应力锚索的优点，可以满足海上风电基础对地基的承载力以及抵御风浪浮冰等横向荷载的抗拔能力的要求。
[0006] 本发明的另一目的是提供上述用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺，其为海上风电开发中地基处理提供一种新的地基加固技术与手段。
[0007] 本发明的再一目的是提供上述用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工设备，其结构稳定，施工效率高。
[0008] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
[0009] 一种用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，它包括地下段、水下段；
[0010] 该地下段位于海底地面以下，包括若干圆柱形水泥桩，该水泥桩内部具有若干沿着该水泥桩轴向设置的钢绞线，该水泥桩的下端设有端罩，各钢绞线的下端均固定在该端罩的周缘；各钢绞线的上端均穿过一个位于海底的第一平台并且与该第一平台固定连接；
[0011] 该水下段包括数目与钢绞线数目对应的钢管，各钢管下端固定在该第一平台上，且各钢绞线位于对应的钢管内；各钢管上端位于海面以上，且均与一第二平台底面固定连接，各钢管内的钢绞线穿过该第二平台并且锚固在该第二平台顶面。
[0012] 所述端罩包括圆柱段和圆锥段，该圆柱段周缘设有用于与所述钢绞线固定的索孔；该端罩内部设有与振冲桩机的振冲器端头对应的容置空间，该圆锥段末端设有与该容置空间相通的出水口；所述容置空间内设有与所述振冲器端头的凸出肋板对应的导向槽。
[0013] 所述圆柱段周缘环设有若干用于摩擦受力的环向肋筋。
[0014] 所述索孔与所述圆锥段之间设有加强肋板。
[0015] 所述钢管内填充有保护材料。
[0016] 一种所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺，包括下列步骤：
[0017] A.将预应力钢绞线固定在所述端罩上，将所述振冲桩机的振冲器端头插入所述端罩的容置空间内；
[0018] B.将所述端罩及钢绞线随振冲器打入海底地基中，所述振冲器提升使所述端罩与钢绞线留在海底地基内，所述振冲器与所述端罩分离；振冲桩机按常规施工方法形成水泥桩；
[0019] C.所述预应力钢绞线穿过位于海底的第一平台并与所述第一平台固定，将位于海水中的预应力钢绞线外部套上钢管，并将该钢管的上下两端分别与所述第二平台、第一平台固定；
[0020] D.所述预应力钢绞线顶端穿过位于海面上的第二平台并与所述第二平台锚固。
[0021] 所述步骤C中，在所述钢管内填充保护材料。
[0022] 一种所述的用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工设备，它包括振冲桩机及端罩，该端罩包括圆柱段和圆锥段，该圆柱段周缘设有用于与所述钢绞线固定的索孔；该端罩内部设有与所述振冲桩机的振冲器端头对应的容置空间，该圆锥段末端设有与该容置空间相通的出水口；所述容置空间内设有与所述振冲器端头的凸出肋板对应的导向槽。
[0023] 所述圆柱段周缘环设有若干用于摩擦受力的环向肋筋。
[0024] 所述索孔与所述圆锥段之间设有加强肋板。
[0025] 本发明的有益效果是：本发明能有效将提高地基承载力的振冲桩技术与提供锚固力的预应力锚索结合在一起，将其应用在海上风电基础处理中，使风电基础既能满足风电设备的自重所需的承载力要求，也能满足海风、海浪、海流等对基础产生的抗拔要求。
附图说明
[0026] 图1是本发明用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的结构示意图。
[0027] 图2是本发明用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的俯视图。
[0028] 图3是本发明用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的端罩的主视图。
[0029] 图4是图3中A-A方向的剖视图。
[0030] 图5是本发明用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的端罩的俯视图。
[0031] 图6是本发明用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的端罩与振冲器的装配示意图。
[0032] 图7是本发明用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺步骤示意图一。
[0033] 图8是本发明用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺步骤示意图二。
[0034] 图9是本发明用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺步骤示意图三。
具体实施方式
[0035] 以下通过具体实施例对本发明做详细的说明，然而并非用以限制本发明的实施范围。
[0036] 系泊，是指用链条、缆绳、锚或其它工具把船、艇、飞行器定位的动作。系泊设备主要包括缆索、带缆桩、导缆器、系缆卷车和系缆机械。而本发明提供一种用于海上风电软基加固的振冲系泊桩，如图1所示，以在海水中的地理位置区分，包括地下段1、水下段2，即该地下段1位于海底地面以下，该水下段2位于海水之中。
[0037] 该地下段1包括若干圆柱形水泥桩11，该水泥桩11内部具有若干沿着该水泥桩轴向设置的钢绞线12，该水泥桩的下端设有端罩，各钢绞线12的下端均固定在该端罩的周缘。各钢绞线12的上端均穿过一个位于海底的第一平台3并且与该第一平台3固定连接。该第一平台3的作用是对预应力钢绞线12与上部结构的连接与定位。
[0038] 该水下段2包括数目与钢绞线12数目对应的钢管21，各钢管21下端固定在该第一平台3上，且各钢绞线12位于对应的钢管21内，该钢管21内填充有保护材料，以保护钢绞线12。各钢管21上端位于海面以上，且均与一第二平台4底面固定连接，各钢管21内的钢绞线
12穿过该第二平台4并且锚固在该第二平台4顶面。该第二平台4即工作平台，可以安装海洋风电风机的主体支撑柱5等结构。如图2所示，该第一平台3和第二平台4截面为圆形。
[0039] 如图3、图4、图5、图6所示，具体来说，该端罩6包括圆柱段61和圆锥段62，该圆柱段61周缘设有用于与该钢绞线12固定的索孔63。该端罩6内部设有与振冲桩机8的振冲器7端头对应的容置空间64，该圆锥段62末端设有与该容置空间64相通的出水口65。该容置空间
64内设有与该振冲器7端头的凸出肋板71对应的导向槽66。进一步的，该圆柱段61周缘环设有若干用于摩擦受力的环向肋筋67，使得振冲器7上提的过程中，增加端罩6与地基之间的摩擦力，使得端罩6与振冲器7容易分离。该索孔63与该圆锥段62之间设有加强肋板68，以加强索孔63的结构强度，避免预应力钢绞线12因索孔断裂而失效。
[0040] 本发明还提供上述用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工工艺，如图6、图7、图8、图9所示，包括下列步骤：
[0041] A.将预应力钢绞线12固定在该端罩6上，将该振冲桩机8的振冲器7端头插入该端罩6的容置空间内。振冲器7端部的凸出肋板71插入振冲桩端罩6内部的导向槽66内。
[0042] B.将该端罩6及钢绞线12随振冲器7打入海底地基中，该振冲器7提升使该端罩6与钢绞线12留在海底地基内，该振冲器7与该端罩6分离。振冲桩机8按常规施工方法形成水泥桩11。
[0043] C.该预应力钢绞线12穿过位于海底的第一平台3并与该第一平台3固定，将位于海水中的预应力钢绞线12外部套上钢管21，并将该钢管21的上下两端分别与该第二平台4、第一平台3固定。在该钢管21内填充保护材料，以保护内部的钢绞线12。
[0044] D.该预应力钢绞线12顶端穿过位于海面上的第二平台4并与该第二平台4锚固，固定方法类似于常规的预应力锚固方法，采用锚具与相应夹片组合使用，锁紧钢绞线。
[0045] 如图3-图6所示，本发明还提供一种上述用于海上风电软基加固的振冲系泊桩的施工设备，它包括振冲桩机8及端罩6，该端罩6包括圆柱段61和圆锥段62，该圆柱段61周缘设有用于与该钢绞线12固定的索孔63。该端罩6内部设有与振冲桩机8的振冲器7端头对应的容置空间64，该圆锥段62末端设有与该容置空间64相通的出水口65。该容置空间64内设有与该振冲器7端头的凸出肋板对应的导向槽66。进一步的，该圆柱段61周缘环设有若干用于摩擦受力的环向肋筋67，使得振冲器7上提的过程中，增加端罩6与地基之间的摩擦力，使得端罩6与振冲器7容易分离。该索孔63与该圆锥段62之间设有加强肋板68，以加强索孔63的结构强度，避免预应力钢绞线12因索孔断裂而失效。
[0046] 本发明用于风电基础软基加固的振冲系泊桩工艺，将预应力锚索与振冲桩组合起来，所形成的新型振冲系泊桩，不仅在承载力方面可以满足风电基础需求，另外通过预应力锚索的张拉使新型的桩体结构在抗拔方面也具有很大优势，可以有效抵抗海面上各种复杂的荷载作用，保证风电设备运行安全。本发明迎合了当前海上风电发展的契机，项目研究成果应用与实际，可以大大推动风电发展，取得显著的经济效益与社会效益。
[0047] 本发明是以权利要求所限定的。但基于此，本领域的普通技术人员可以做出种种显然的变化或改动，都应在本发明的主要精神和保护范围之内。
