避免应力集中风电预应力基础桩及其制备方法与流程

本发明属于风电项目基础领域，尤其涉及一种避免应力集中风电预应力基础桩及其制备方法。

背景技术：

1、目前，全国风电基础采用同一持力层的钢筋混凝土桩底板，风电项目的风机绝大部分是选择在海拔比较高的山区，风力比较大，例如某风电项目处地势由东北向西南倾斜，地貌大体上由梁峁、沟壑、川台、河谷四部分形成。以山地为主，海拔在1486m～2659.4m之间。东北部陇山巍峨，峻岭重叠；西南部山峦起伏，沟壑纵横。源于陇山纵贯全境的六条山梁，宛如手指，自东北向西南伸展。境内地貌复杂，东北部为陇山石质、土石山地，中东部为红土与红砂岩粘土相间山地，中西部为黄土梁峁沟壑山地。小时平均风速值范围为0m/s～40m/s；风向值范围0°～360°。根据风场勘探资料，地基土主要为第四系上更新统风积黄土(q3 eol)，且厚度较大，局部地段沟谷谷底见有白垩系砂质泥岩、泥质砂岩(k1)。

2、传统工程基桩采用干作业孔扩底混凝土灌注桩，基桩成孔原则上要求采用机械钻孔并扩孔。在实际操作中还是采用人工挖孔方法，人工挖孔在这么深的孔内作业，尤其扩孔，是不安全的，一旦出现坍塌埋人事故，施救是十分困难的事，所以，有关部门也明确将人工挖孔列为淘汰工法。另外，风机桩基往往受到的力是极其不均匀的，受力涵盖了拉、压、剪、扭、弯等多种形式，人们往往对风机桩基苛刻的受力环境缺乏足够的认识和重视。基桩设计采用同一个持力层，大部分情况下桩长相同，大家都不认为有什么不妥，然而在某些情况下就会出现问题，甚至是严重的问题，例如风机遭遇到台风或龙卷风等突如其来的外部荷载，基桩就会承受不均匀的抗拔荷载，这时因为桩底位于同一层，甚至可能是一个水平层，就会很容易被拔出。更糟糕的是上拔力还没有传到桩下部，桩身混凝土首先断了，从而导致桩承受上拔力的功能大打折扣甚至丧失。

3、有鉴于此，如何设计一种风机桩基来解决上述技术问题，以达到在复杂受力环境下能确保混凝土不断裂，更不会出现桩基被拔出的情况，成为本领域的技术难题。

技术实现思路

1、本发明旨在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种避免应力集中风电预应力基础桩及其制备方法，基础柱采用带孔底孔侧注浆管的部分粘结预应力长短不一的桩基型式，由于桩长有高度差，桩的下端不在一个持力层上，这样就避免了应力集中的问题，实现延长其上建构筑物寿命的目的，同时，在相同承载力布桩作业中，能减少用料，节约成本，提高施工效率。

2、为实现上述目的，在本发明的一个方面，本发明提供了一种避免应力集中风电预应力基础桩包括桩底板和位于所述桩底板底部的多根工程桩，所述工程桩以所述桩底板中心为圆心环形阵列布置，所述工程桩包括长度不同的至少两种型号，所述工程桩远离所述桩底板的一端深入地底并在端部形成扩大端，所述工程桩内设置有桩端注浆管和桩侧注浆管，所述桩端注浆管伸入所述扩大端形成桩端压浆带阀短节，所述桩侧注浆管包括沿所述桩底板高度方向布置的至少两根孔底注浆管和绕所述桩底板周侧布置的至少一个孔侧环形注浆管。

3、优选地，所述工程桩以所述桩底板中心环形阵列有两圈。

4、优选地，所述工程桩包括ⅰ型工程桩和ⅱ型工程桩，所述ⅰ型工程桩和所述ⅱ型工程桩的桩径相同，长度不同，所述ⅰ型工程桩和所述ⅱ型工程桩的长度差至少是桩径的4倍。

5、优选地，所述ⅰ型工程桩和ⅱ型工程桩交替布置。

6、优选地，所述孔底注浆管为钢管，所述孔侧环形注浆管为钢管或树脂材料管。

7、优选地，所述孔底注浆管以所述工程桩轴心为圆心均匀布置。

8、优选地，所述桩底板包括承台和位于所述承台周侧的回填水泥土，所述承台浇筑于所述工程桩顶部，并与所述工程桩之间具有c20垫层。

9、优选地，所述工程桩包括桩芯混凝土、位于桩芯混凝土外围的保护层混凝土、位于所述桩芯混凝土内的钢筋笼，所述钢筋笼的中间部位设置有至少一个承载体，所述钢筋笼的长度方向内贯穿有多根钢绞线，位于所述钢筋笼上端、下端和所述承载体下端的所述钢绞线上设置有多个用于锁定的钢绞线粘结段。

10、优选地，两对称的所述钢绞线穿过所述钢筋笼的下端呈u形相接。

11、在本发明的另一个方面，本发明还提供一种避免应力集中风电预应力基础桩的制备方法，用于上述避免应力集中风电预应力基础桩的制备，该制备方法包括以下步骤：

12、步骤s1、场地布置和桩位布置；

13、步骤s2、埋设护筒；

14、步骤s3、钻机成孔及清孔；

15、步骤s4、吊放钢筋笼；

16、步骤s5、安装导管并二次清孔；

17、步骤s6、灌注混凝土并提拔护筒；

18、步骤s7、桩侧桩底后注浆。

19、本发明公开了以下技术效果：

20、本发明的避免应力集中风电预应力基础桩及其制备方法，能够避免集中受力，延长其上建构筑物的寿命；同样承载力条件下可以减少工程桩的布置，或者同样桩数条件下可减少桩长或桩径，进而节约混凝土及其他人机费用，仅承载力提高带来的成本节约可占总成本约20％以上；同时有助于提高施工效率。

技术特征：

1.一种避免应力集中风电预应力基础桩，其特征在于，包括桩底板(1)和位于所述桩底板(1)底部的多根工程桩，所述工程桩以所述桩底板(1)中心为圆心环形阵列布置，所述工程桩包括长度不同的至少两种型号，所述工程桩远离所述桩底板(1)的一端深入地底并在端部形成扩大端(111)，所述工程桩内设置有桩端注浆管(104)和桩侧注浆管，所述桩端注浆管(104)伸入所述扩大端(111)形成桩端压浆带阀短节(110)，所述桩侧注浆管包括沿所述桩底板(1)高度方向布置的至少两根孔底注浆管(105)和绕所述桩底板(1)周侧布置的至少一个孔侧环形注浆管(106)。

2.根据权利要求1所述的避免应力集中风电预应力基础桩，其特征在于，所述工程桩以所述桩底板(1)中心环形阵列有两圈。

3.根据权利要求2所述的避免应力集中风电预应力基础桩，其特征在于，所述工程桩包括ⅰ型工程桩(2)和ⅱ型工程桩(3)，所述ⅰ型工程桩(2)和所述ⅱ型工程桩(3)的桩径相同，长度不同，所述ⅰ型工程桩(2)和所述ⅱ型工程桩(3)的长度差至少是桩径的4倍。

4.根据权利要求3所述的避免应力集中风电预应力基础桩，其特征在于，所述ⅰ型工程桩(2)和ⅱ型工程桩(3)交替布置。

5.根据权利要求1所述的避免应力集中风电预应力基础桩，其特征在于，所述孔底注浆管(105)为钢管，所述孔侧环形注浆管(106)为钢管或树脂材料管。

6.根据权利要求5所述的避免应力集中风电预应力基础桩，其特征在于，所述孔底注浆管(105)以所述工程桩轴心为圆心均匀布置。

7.根据权利要求1所述的避免应力集中风电预应力基础桩，其特征在于，所述桩底板(1)包括承台(11)和位于所述承台(11)周侧的回填水泥土(5)，所述承台(11)浇筑于所述工程桩顶部，并与所述工程桩之间具有c20垫层(7)。

8.根据权利要求1所述的避免应力集中风电预应力基础桩，其特征在于，所述工程桩包括桩芯混凝土(12)、位于桩芯混凝土(12)外围的保护层混凝土(13)、位于所述桩芯混凝土(12)内的钢筋笼(10)，所述钢筋笼(10)的中间部位设置有至少一个承载体，所述钢筋笼(10)的长度方向内贯穿有多根钢绞线(107)，位于所述钢筋笼(10)上端、下端和所述承载体下端的所述钢绞线(107)上设置有多个用于锁定的钢绞线粘结段(115)。

9.根据权利要求8所述的避免应力集中风电预应力基础桩，其特征在于，两对称的所述钢绞线(107)穿过所述钢筋笼(10)的下端呈u形相接。

10.一种避免应力集中风电预应力基础桩的制备方法，用于权利要求1至9中任一项所述的避免应力集中风电预应力基础桩的制备，其特征在于包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种避免应力集中风电预应力基础桩及其制备方法，涉及风电项目基础领域，基础桩包括桩底板和位于桩底板底部的多根工程桩，工程桩以桩底板中心为圆心环形阵列布置，工程桩包括长度不同的至少两种型号，工程桩远离桩底板的一端深入地底并在端部形成扩大端，工程桩内设置有桩端注浆管和桩侧注浆管，桩端注浆管伸入扩大端形成桩端压浆带阀短节，桩侧注浆管包括沿桩底板高度方向布置的至少两根孔底注浆管和绕桩底板周侧布置的至少一个孔侧环形注浆管。本发明能够避免集中受力，延长其上建构筑物的寿命；同样承载力条件下可以减少工程桩的布置，或者同样桩数条件下可减少桩长或桩径，节约用料的同时有助于提高施工效率。技术研发人员：何世鸣,宋友红,杨根胜,姚华丽,郭党生,王之军,章玉平,李君,岳忠杰,郁河坤,贾城,陈辉,司呈庆,黄鑫峰,陈鹏,梁成华,丁鑫,曾有维,喻智,石超伟,洪伟,王海宁,梁德周,郝雨,李伟受保护的技术使用者：深圳市南华岩土工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29