海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置、总成及灌浆方法

摘要

本发明提供一种海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置、总成及灌浆方法。其中灌浆装置包括注浆管，还包括封堵圈，其第一端的内径小于第二端的内径，封堵圈设置在相互套设的过渡段和钢管桩之间，第一端用于密封抵触在钢管桩的外壁上，第二端用于密封抵触在过渡段的内壁上。单管桩总成包括过渡段、钢管桩和过渡段与钢管桩之间的灌浆层，其中灌浆层中设置有封堵圈。灌浆方法包括：将单管桩总成的过渡段套设在钢管桩的外侧，并在过渡段和钢管桩之间设置封堵圈；向过渡段和钢管桩之间灌注浆料形成灌浆层。本发明提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置、单管桩总成及灌浆方法，解决了现有灌浆装置容易跑浆、漏浆的缺陷，提高了灌浆质量和安全系数。

说明书

技术领域

本发明涉及海上管桩建筑技术，尤其涉及一种海上风力发电机组单管 桩基础灌浆装置、单管桩总成及灌浆方法。

背景技术

随着全球能源危机及环境恶化的加剧，清洁能源与可再生能源越来越受 到各国的重视。近些年来，风电在我国迎来了快速发展期，但是由于土地资 源的减少、电网建设的滞后以及大型风机公路运输困难等因素的限制，陆上 风电的发展受到一定制约。由于我国东部沿海省市人口稠密、经济发达，用 电需求旺盛，而且东部沿海为风能资源丰富区，海上风电逐步受到各个风机 厂商和发电公司的重视，发展空间十分广阔。

海上风力发电机基础主要的结构形式有：混凝土重力式、单管桩、多桩 导管架、漂浮式等。

单管桩基础由于结构简单、施工快捷而适合大规模的风场采用。在欧洲 海上风电场的建设中单管桩的结构形式占有绝对份额。在国内，随着海上打 桩设备的大量引进，预计在今后海上风场中单管桩基础会被广泛采用。

单管桩基础主要由两部分组成：钢管桩和过渡段。由于海上打桩时，钢 管桩的垂直精度是不能够满足风力发电机的安装要求，所以单管桩基础都需 要过渡段将风机塔筒与钢管桩连接起来。过渡段与钢管桩之间留有一定缝隙， 可以在一定范围内纠正钢管桩的垂直度偏差。过渡段调平后用高强灌浆料将 缝隙灌满，以实现过渡段与钢管桩的连接。

现有的灌浆装置通常采用密封膏或泡沫棒等材料来实现灌浆前的封堵工 作，将密封膏或泡沫棒挤压填充到过渡段与钢管桩的缝隙里，这种密封方式 所承受的压力较小，容易在灌浆过程中受压损坏，而且依靠摩擦力固定在过 渡段与钢管桩的缝隙中，容易失效，导致灌浆料跑浆、漏浆或海水反灌，海 水侵蚀灌浆料后会严重影响灌浆料的强度，给结构质量安全造成隐患。

现有的灌浆装置是将灌浆料由上部注入，由于过渡段与钢管桩之间的 空隙较小，灌浆深度很大，浆料凝固速度快，所以很容易形成空腔，致使 灌浆不密实。灌浆结束后，由于灌浆高度大，如果灌浆完成后立即停泵，灌 浆料会立即返流到灌浆管内，造成灌浆不到位、不密实。如果不立即停灌浆 泵，使灌浆管内保持一定压力，则会使灌浆管内的灌浆料凝固发生赌管，造 成浪费。此外，灌浆泵停止后，压力不是绝对恒定的，会有小幅度波动，也 会使凝固中的灌浆料被扰动，影响灌浆料强度。

发明内容

本发明提供了一种海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置、单管桩总成 及灌浆方法，以解决现有灌浆装置容易跑浆、漏浆的缺陷，提高了灌浆质量 和安全系数。

本发明提供了一种海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置，包括注浆管， 其中，还包括：

封堵圈，所述封堵圈的第一端的内径小于第二端的内径，所述封堵圈用 于设置在相互套设的过渡段和钢管桩之间，套设在所述钢管桩的外侧，所述 封堵圈的第一端用于密封抵触在钢管桩的外壁上，所述封堵圈的第二端用于 密封抵触在过渡段的内壁上。

如上所述的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置，其中：

所述封堵圈的纵向截面形状为折线形，所述第一端与第二端的纵向截面 形状均为平直线段。

如上所述的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置，其中：所述封堵圈 为橡胶封堵圈。

如上所述的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置，其中，还包括：

橡胶封堵球，所述橡胶封堵球的直径大于过渡段上用于连接所述注浆管 的注浆口的直径。

如上所述的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置，其中，还包括：

拉绳，固定埋设在所述橡胶封堵球中。

本发明提供了一种海上风力发电机组单管桩总成，包括过渡段、钢管桩 和所述过渡段与钢管桩之间的灌浆层，其中：

所述灌浆层中设置有封堵圈，所述封堵圈的第一端的内径小于第二端的 内径，所述封堵圈套设在所述钢管桩的外侧，所述封堵圈的第一端密封抵触 在钢管桩的外壁上，所述封堵圈的第二端密封抵触在过渡段的内壁上。

如上所述的海上风力发电机组单管桩总成，其中：

所述封堵圈的第一端位于第二端的上方，所述第二端固定在所述过渡段 上。

如上所述的海上风力发电机组单管桩总成，其特征在于：

所述封堵圈的纵向截面形状为折线形，所述第一端与第二端的纵向截面 形状均为平直线段。

如上所述的海上风力发电机组单管桩总成，其中：

所述过渡段的壁面上开设有用于连接注浆管的注浆口，所述注浆口设置 在所述过渡段的下端，且位于所述封堵圈第二端的上方。

如上所述的海上风力发电机组单管桩总成，其中：所述注浆口处设置有 用于与注浆管固定连接的连接法兰。

如上所述的海上风力发电机组单管桩总成，其中：所述注浆口的直径小 于注浆管的出口直径。

如上所述的海上风力发电机组单管桩总成，其中，还包括：档架，固定 设置在所述注浆口外。

本发明提供了一种海上风力发电机组单管桩基础灌浆方法，其中，包括：

将海上风力发电机组单管桩的过渡段套设在钢管桩的外侧，并在过渡段 和钢管桩之间设置封堵圈，所述封堵圈的第一端的内径小于第二端的内径， 所述封堵圈套设在所述钢管桩的外侧，所述封堵圈的第一端密封抵触在钢管 桩的外壁上，所述封堵圈的第二端密封抵触在过渡段的内壁上；

向所述过渡段和钢管桩之间灌注浆料形成灌浆层。

如上所述的海上风力发电机组单管桩基础灌浆方法，其中，将海上风力 发电机组单管桩的过渡段套设在钢管桩的外侧，并在过渡段和钢管桩之间设 置封堵圈包括：

将封堵圈的第二端固定在所述过渡段的下端，所述封堵圈的第一端位于 所述第二端的上方；

将固定有封堵圈的过渡段套设在钢管桩的外侧。

如上所述的海上风力发电机组单管桩基础灌浆方法，其中，向所述过渡 段和钢管桩之间灌注浆料形成灌浆层包括：

将注浆管固定连接在注浆口处，所述注浆口开设在所述过渡段的壁面上， 设置在所述过渡段的下端，且位于所述封堵圈第二端的上方；

通过注浆口向所述过渡段和钢管桩之间灌注浆料形成灌浆层。

如上所述的海上风力发电机组单管桩基础灌浆方法，其中，通过注浆口 向所述过渡段和钢管桩之间灌注浆料形成灌浆层包括：

通过注浆口向所述过渡段和钢管桩之间灌注浆料；

在判断出灌浆达到设定条件时，自注浆管的入口放入橡胶封堵球，所述 橡胶封堵球的直径大于所述注浆口的直径；

在判断出注浆管内压力达到设定门限值时，关闭注浆泵停止注浆。

如上所述的海上风力发电机组单管桩基础灌浆方法，其中，在形成灌浆 层之后，还包括：

通过固定埋设在所述橡胶封堵球中的拉绳取出所述橡胶封堵球。

本发明提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置、单管桩总成及灌 浆方法通过设置封堵圈，解决了现有灌浆装置容易跑浆漏浆的缺陷，同时单 管桩总成更加稳固可靠，提高了使用的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置 中封堵圈结构示意图。

图2为本发明实施例一提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置 中灌浆口局部结构示意图。

图3为本发明实施例二提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置 中灌浆口局部结构示意图。

图4为本发明实施例三提供的海上风力发电机组单管桩总成结构示意 图。

图5为本发明实施例四提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆方法 的流程图。

图6为本发明实施例五提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆方法的 流程图。

附图标记：

1-封堵圈；    2-第一端；      3-封堵圈主体；

4-第二端；    5-过渡段；      6-钢管桩；

7-灌浆层；    8-注浆管；      9-海水；

10-海床；     11-橡胶封堵球； 12-连接法兰；

13-基础内部； 14基础外部；    15-注浆口；

16-固定板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施 例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置中 封堵圈的结构示意图，图2为本发明实施例一提供的海上风力发电机组单管 桩基础灌浆装置中灌浆口局部结构示意图。本发明实施例一提供一种海上风 力发电机组单管桩基础灌浆装置，包括注浆管8，其中，还包括：封堵圈1， 封堵圈1的第一端2的内径小于第二端4的内径，封堵圈1用于设置在相互 套设的过渡段5和钢管桩6之间，如图2所示，套设在钢管桩6的外侧，其 第一端2用于密封抵触在钢管桩6的外壁上，第二端4用于密封抵触在过渡 段5的内壁上。上述结构中，封堵圈1将过渡段5和钢管桩6间的间隙与海 水隔离开，在灌浆过程中起到密封防水的作用。

在上述实施例的基础上，优选的是将封堵圈1设置为纵向截面形状为折 线形，第一端2与第二端4的纵向截面形状均为平直线段。上述形状可以更 严密的贴合过渡段5的内壁以及钢管桩6的外壁，同时平直段的设置延长了 海水的走水路径，使封堵效果更佳。

进一步地，封堵圈1的材料选用橡胶，橡胶封堵圈的弹性好，在套在钢 管桩6外壁时可以绷紧，增强密封防水效果。

本发明实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置利用封堵圈 的密封作用有效的防止灌浆过程的漏浆与跑浆现象，预防海水倒灌入浆料中 影响浆料强度，使结构更安全可靠。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置 中灌浆口局部结构示意图。本发明实施例二提供了一种海上风力发电机组 单管桩基础灌浆装置，包括注浆管8和封堵圈1，其中还包括橡胶封堵球 11，橡胶封堵球11的直径大于过渡段5上注浆口15的直径。当灌浆工作 即将结束时，即泵压达到一设定值时，将橡胶封堵球11放入注浆管8，使 橡胶封堵球11尾随灌浆料经由注浆管8到达注浆口15。由于橡胶封堵球 11的直径大于过渡段5上注浆口15的直径，橡胶封堵球11就会卡在注浆 口15处，将灌浆料封堵在灌浆层7内，同时橡胶封堵球11也会将注浆管 8内的灌浆料清理干净，方便下次使用，也提高了注浆管8的使用寿命。 灌浆结束后拆除注浆管8，取出橡胶封堵球11。

为方便取出橡胶封堵球11，优选的是还设置有拉绳，埋设在橡胶封堵 球11中。

本发明实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆装置通过橡胶封 堵球将灌浆料稳定的封堵在灌浆层内，避免了灌浆料在硬化过程中受到扰动， 同时清理了注浆管，减少了注浆管的浪费。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的海上风力发电机组单管桩总成结构示意 图。本发明实施例提供了一种海上风力发电机组单管桩总成，请同时参照 图1和图3，单管桩总成包括过渡段5、钢管桩6和过渡段5与钢管桩6 之间的灌浆层7，其中：灌浆层7中设置有封堵圈1，封堵圈1的第一端2 的内径小于第二端4的内径，封堵圈1套设在钢管桩6的外侧，其第一端 2密封抵触在钢管桩6的外壁上，第二端4密封抵触在过渡段5的内壁上。

封堵圈1的第一端2位于第二端4的上方，第二端4可以通过螺栓固定 在过渡段5上，第二端4固定在过渡段5上的方式可以有多种，例如图3所 示，具体是过渡段5下端设有固定板16，可以从下方托住第二端4，同时第 二端4通过螺栓与垫板与过渡段5固定连接，从而使灌浆过程中，封堵圈1 不会移动，牢固可靠。封堵圈1的纵向截面形状为折线形，第一端2与第二 端4的纵向截面形状均为平直线段。上述形状可以更严密的贴合过渡段5的 内壁以及钢管桩6的外壁，同时平直段的设置延长了海水的走水路径，使封 堵效果更佳。

进一步地，过渡段5的壁面上开设有注浆口15，注浆口15设置在过渡 段5的下端，且位于封堵圈1第二端4的上方。现有的灌浆技术是将注浆口 15设置在过渡段5的上端，由于灌浆路径长而且深，容易产生空腔，将注浆 口15设置在过渡段5的下端，有效的改善了这种情况。

进一步地，注浆口15处设置有连接法兰12，用于与注浆管8固定连接。

进一步地，设置注浆口15的直径小于注浆管8的出口直径，既可以防止 空气进入形成空腔，同时在应用本发明提供的橡胶封堵球11时，注浆口15 可以卡住橡胶封堵球11。

进一步地，注浆口15外设置有档架，档架具体可以是遮挡在注浆口15 处的十字形档架，在应用本发明提供的橡胶封堵球11时，可以防止泵送压力 过大，将橡胶封堵球11打入注浆口15。

本发明实施例提供的海上风力发电机组单管桩总成通过将注浆口设置在 过渡段的下端改善了现有技术由上端注入易形成空腔的缺陷，通过设置封堵 圈有效的防止灌浆过程中漏浆跑浆的现象，使单管桩总成结构更牢固可靠。

实施例四

图5为本发明实施例四提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆方法的 流程图，该方法可以采用本发明所提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆 装置来实施，以形成本发明所提供的海上风力发电机组单管桩总成。该方法 具体包括：

步骤510、将海上风力发电机组单管桩总成的过渡段5套设在钢管桩6 的外侧，并在过渡段5和钢管桩6之间设置封堵圈1，封堵圈1的第一端2 的内径小于第二端4的内径，封堵圈1套设在所述钢管桩6的外侧，其第一 端2密封抵触在钢管桩6的外壁上，第二端4密封抵触在过渡段5的内壁上；

步骤520、向过渡段5和钢管桩6之间灌注浆料形成灌浆层7。

封堵圈1的设置能隔离海水的倒灌，有效的预防了跑浆漏浆现象的发生， 保证了灌浆的可靠性。

在上述实施例的基础上，将海上风力发电机组单管桩总成的过渡段5套 设在钢管桩6的外侧，并在过渡段5和钢管桩6之间设置封堵圈1具体可以 包括：

将封堵圈1的第二端4固定在过渡段5的下端，封堵圈1的第一端2位 于第二端4的上方；

将固定有封堵圈1的过渡段5套设在钢管桩6的外侧。

封堵圈1的第二端4可以通过螺栓连接的方式固定在过渡段5的下端， 但并不限于此，同时可以将封堵圈1的第一端2设置在第二端4的上方，再 将固定有封堵圈1的过渡段5套设在钢管桩6的外侧，以实施后续灌浆工作。

进一步地，向过渡段5和钢管桩6之间灌注浆料形成灌浆层7包括：

将注浆管8固定连接在注浆口15处，注浆口15开设在过渡段5的壁面 的下端，且位于封堵圈1第二端4的上方；

通过注浆口15向过渡段5和钢管桩6之间灌注浆料形成灌浆层7。

上述注浆口15位置的设置可以克服现有技术自上向下灌浆，由于路径较 长容易产生空腔的缺陷。

进一步地，通过注浆口15向过渡段5和钢管桩6之间灌注浆料形成灌浆 层7具体包括：

通过注浆口15向过渡段5和钢管桩6之间灌注浆料；

在判断出灌浆达到设定条件时，自注浆管8的入口放入橡胶封堵球11， 橡胶封堵球11的直径大于注浆口15的直径。

上述技术方案所谓设定条件是将注浆泵的压力设定一门限值，大于该 门限值即表示浆料已注满，浆料压力稳定，此时可以停泵以停止继续灌浆， 对注浆泵压力的判断可以采用控制设备进行判断，也可以人工判断，当灌 浆工作即将结束时，即泵压达到上述门限值时，将橡胶封堵球11放入注浆 管8，使橡胶封堵球11尾随灌浆料经由注浆管8到达注浆口15。由于橡胶封 堵球11的直径大于过渡段5上注浆口15的直径，橡胶封堵球11就会卡在注 浆口15处，将灌浆料封堵在灌浆层7内，同时橡胶封堵球11也会将注浆管8 内的灌浆料清理干净，方便下次使用，也提高了注浆管8的使用寿命。

在判断出注浆管8内压力达到设定门限值时，关闭注浆泵停止注浆。

应用橡胶封堵球11可以在注浆泵停止后，使灌浆料稳定的保持在灌浆层 内，防止灌浆料被扰动，从而提高了灌浆层7的强度。

进一步地，在形成灌浆层7之后，还具体包括：

通过固定埋设在橡胶封堵球11中的拉绳取出橡胶封堵球11。浆料凝固 后，为防止橡胶封堵球11难以取出，设置有拉绳，使用更方便有效。

本发明实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础灌浆方法改善了现有 工程中灌浆层易出现空腔，灌浆过程易跑浆漏浆，以及灌浆结束后浆料不稳 定的缺陷，提高了灌浆层的强度和使用安全性。

实施例五

图6为本发明实施例五提供的单管桩基础灌浆方法流程图。本发明实施 例五提供了一种优选的单管桩基础灌浆方法，其具体步骤如下：

步骤610、将海上风力发电机组单管桩总成的过渡段5套设在钢管桩6 的外侧，并在过渡段5和钢管桩6之间设置封堵圈1；

步骤620、将封堵圈1的第二端4固定在过渡段5的下端，封堵圈1的 第一端2位于第二端4的上方；

步骤630、将固定有封堵圈1的过渡段5套设在钢管桩6的外侧，其第 一端2密封抵触在钢管桩6的外壁上，第二端4密封抵触在过渡段5的内壁 上；

步骤640、检查过渡段5与钢管桩6之间的间隙，保证灌浆厚度符合要求， 用水泵排出钢管桩6内的海水，架设灌浆操作平台。用自来水将过渡段5与钢 管桩6之间的待灌浆间隙反复冲洗干净，冲洗后的余水从注浆管8排出；

步骤650、将注浆管8固定连接在注浆口15处，注浆口15开设在过渡 段5的壁面的下端，且位于封堵圈1第二端4的上方；

步骤660、通过注浆口15向过渡段5和钢管桩6之间灌注浆料；

步骤670、在判断出灌浆达到设定条件时，自注浆管8的入口放入橡胶 封堵球11，橡胶封堵球11的直径大于注浆口15的直径；

步骤680、在判断出注浆管8内压力达到设定门限值时，关闭注浆泵停 止注浆。

步骤690、浆料凝固后，通过固定埋设在橡胶封堵球11中的拉绳取出 橡胶封堵球11。

本发明实施例提供的单管桩基础灌浆方法解决了现有灌浆方法易跑浆漏 浆以及灌浆过程中浆料压力不稳的缺陷，提高了灌浆层的密封防水性和安全 性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技 术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。