本發明屬于海上風電領域，具體涉及一種海上風機抗拔樁。

背景技術：

1、海上風機倒鉤式抗拔樁技術是專門為應對海洋環境中風力發電設施的特殊需求而開發的一種地基處理方法。由于海上風電場通常位于水深較大的海域，且面臨著復雜的地質條件和極端的環境負荷(如海流、波浪、風暴等)，傳統的抗拔樁技術可能無法滿足其對穩定性和耐久性的要求。因此，倒鉤式抗拔樁作為一種增強型的地基解決方案，在海上風電領域得到了廣泛應用。

2、抗拔樁是液化場地中常用的抗液化措施，在地下結構設計中也常作為抗浮措施應用；現有技術中常見的抗拔樁多為螺旋擠土灌注樁，其主要是依靠樁身與土層的摩擦力來抵抗軸向拉力；現有的抗拔樁在使用過程中存在諸多不足，在軸向受壓時抗拔樁橫向膨脹，受拉時橫向收縮這導致傳統抗拔樁不僅需要在較大的壓力下插入地面，并且只受到垂直方向的摩擦阻力而沒有水平方向的聯動作用，不僅在壓入地面時費時費力并且抗拔穩定性較差；目前常用的措施包括增加基礎壓重、采用抗拔錨桿等，但普通的抗拔樁主要通過樁的側摩阻力提供抗拔力，抗拔能力有限，或是過于復雜不易實現。以海洋風電的單樁基礎為例，隨著荷載的增加，樁身直徑大、長度大、埋置深。但是常規樁基礎調動周圍巖土體抗力的費效比較低，使得其在材料消耗、施工難度和綜合成本方面均不夠理想。

3、經檢索發現公開號為cn220318512u的中國專利，該抗拔樁為間隔螺旋肋高強預應力樁，多列螺旋肋按照預設數量的螺旋齒，按照預定的間距。該樁主要是依靠樁身與土層的摩擦力來抵抗軸向拉力，雖然可以依靠螺旋齒減小旋入土層的摩阻力，但對于抗拔能力提升有限，并且只受到垂直方向的摩擦阻力而沒有水平方向的聯動作用，需要較大的埋置深度，且螺旋施工方式難度大、成本較高，在遇到不確定土層時難以實現基本的施工要求。

4、經檢索發現公開號為cn118653503a的中國專利,該海上風電多樁基礎平臺下連接有，多個樁基礎插桿，多個樁基礎插桿呈傾斜狀，依靠限位機構控制底端掛桿和彈簧作用，增強抗拔力，但底部控制裝置構造復雜，且向上受拉時，掛桿展開角度有限，與土體接觸面積較小，提升抗拔能力有限，且在土體中依靠彈簧彈力將掛桿旋轉展開，實現難度較大，費效比較低，結構中構件較多，整體性較弱。

5、因此需研發一種能較容易打入土體，且較大提升抗拔能力的海上風機倒鉤式抗拔樁。

技術實現思路

1、本發明的目的是為了解決現有技術中存在的不足而提出的一種海上風機抗拔樁。所采用的技術方案如下：

2、一種抗拔樁，其特征在于，所述抗拔樁包括兩層式的筒體結構、內部抗拔件、外部抗拔件和連接件，其中，

3、所述兩層式的筒體結構包括外側筒、內側筒，外側筒和內側筒均為上下貫通的中空管狀結構，外側筒套設在內側筒的外側；內側筒和外側筒固定連接；

4、所述內部抗拔件包括抗拔角和內側轉軸；內側轉軸固定安裝于內側筒的內壁上；抗拔角為三角結構，三角結構的一側邊連接在內側轉軸上從而使得抗拔角能夠圍繞內側轉軸與內側筒的連接點向上方轉動至抗拔角接觸到內側筒的內壁，抗拔角在起抗拔作用時會受到土體的作用力而向下方展開，所述上方和下方均由抗拔樁在工作狀態時沿著外側筒筒壁的方向判定上方和下方，抗拔角的展開長度由公式(1)確定：

5、

6、式中：l0為抗拔角斜截面長度，θ為抗拔角旋轉角度，r為轉軸半徑；

7、所述外部抗拔件包括伸縮件、彈簧、發射筒和擋板；發射筒底部與內側筒的外壁相連接，發射筒洞口與外側筒相連接；外側筒的筒壁在與發射筒洞口重合的位置處開設有貫通外側筒筒壁的開口；

8、在所述抗拔樁打入土體的過程中，擋板通過遮擋發射筒洞口從而將伸縮件阻擋在發射筒內，此時彈簧位于發射筒內的底部并處于壓縮狀態；

9、所述連接件包括外側轉軸、連接桿件、連接結構一和連接結構二，內側轉軸、外側轉軸、連接結構一、連接桿件、和連接結構二、擋板順次連接；其中內側轉軸和外側轉軸同步旋轉且旋轉方向相反、旋轉角度相同；連接結構二位于連接結構一的下方；

10、當抗拔樁受到拔起的作用力時，抗拔角受到土體的作用力而向下方展開，帶動內側轉軸向下方轉動，進而帶動外側轉軸向上方轉動，進而依次通過連接結構一、連接桿件、連接結構二帶動擋板向上方移動，向土體中釋放發射筒內的伸縮件。

11、優選的，彈簧提供的彈力由公式(2)確定，發射筒的容納體積由公式(3)確定，檔板與外側筒外壁緊密貼合，伸縮件為大體積鋼針，其體積由公式(4)確定；擋板位移大小由公式(5)確定；

12、

13、l＝l1×cosθ1??????????????????????????(5)

14、式中：k為彈簧的彈性系數，x是彈簧的形變量，r為內側筒半徑，r1是發射筒的截面半徑，r2是伸縮件的截面半徑，h2是伸縮件圓柱部分的長度，h3是伸縮件圓錐部分的長度；l1為連接件的桿件的長度，θ1為連接桿件的旋轉角度。

15、優選的，所述外部抗拔件和內部抗拔件組成為一組聯動結構，抗拔樁設施有多組所述聯動結構，圍繞抗拔樁的中軸線對稱排布。

16、優選的，彈簧的壓縮程度可保證產生足夠的彈力將伸縮件推出，并且抗拔件上裝有限位裝置以保證伸縮件會留有一部分保留在發射筒中。

17、優選的，外側筒體上留有空洞可使擋板上下移動。

18、優選的，所述外側筒外表面與擋板貼合。

19、優選的，抗拔樁與土體的摩擦力、插入土層中的抗拔件所帶來的粘結力以及土體對抗拔角所產生的壓力共同組成土體抗拔作用效果，極限抗拔力可由公式(6)計算得到：

20、

21、式中：qult為樁身的極限抗拔承載力；ap為樁的端面積；as為樁的側面積；f為土體的抗拔強度；α為樁的長度效應修正系數，取決于樁的長徑比和地層類型；β為土體的加速度系數，取決于地震作用；p為土壓力；a1為伸縮件的受力面積；a2為抗拔角的受力面積。

22、與現有技術相比，本發明具有如下效益：

23、(1)本發明的抗拔樁在打入時與普通樁基礎打入的方式一致，無特殊施工要求。在打入后起抗拔作用時，內部抗拔件在插入土中時，抗拔件的抗拔角可以向上轉動，減少插入時的受力面積；當起抗拔作用時，抗拔角會通過土的作用效應使抗拔角向下轉動，起抗拔作用，并通過連接件使擋板向上移動，使外部抗拔件的伸縮件向外伸出，起雙重抗拔作用，通過聯動機構節省了人力對機械的操作。

24、(2)本發明的內側筒和外側筒圍成的中空環狀結構在打入土體過程中具有更小的受力表面積，更易于打入，同時可以節省材料，所述內側筒的內表面上固定著內部抗拔件，內部為上下貫通，內部抗拔件可以在內部的土體力起抗拔作用，同時在打入時又可減少阻力，有利于施工的簡便進行。

25、(3)本發明抗拔樁的抗拔結構通過利用土的作用效應實現自動展開，無需任何人工外力，其良好的整體性也極大增強了實用性。

技術特征：

1.一種抗拔樁，其特征在于，所述抗拔樁包括兩層式的筒體結構、內部抗拔件、外部抗拔件和連接件，其中，

2.根據權利要求1所述的抗拔樁，其特征在于，抗拔角(9)為三角結構，抗拔角(9)的展開長度由公式(1)確定：

3.根據權利要求1所述的抗拔樁，其特征在于，所述連接件包括外側轉軸(7)、連接桿件(5)、連接結構一(6)和連接結構二(4)，內側轉軸(8)、外側轉軸(7)、連接結構一(6)、連接桿件(5)、和連接結構二(4)、擋板(3)順次連接；其中內側轉軸(8)和外側轉軸(7)同步旋轉且旋轉方向相反、旋轉角度相同；連接結構二(4)位于連接結構一(6)的下方；

4.根據權利要求1所述的抗拔樁，其特征在于，彈簧提供的彈力由公式(2)確定，發射筒的容納體積由公式(3)確定，檔板與外側筒外壁緊密貼合，伸縮件為大體積鋼針，其體積由公式(4)確定；擋板(3)位移大小由公式(5)確定；

5.根據權利要求1所述的抗拔樁，其特征在于，所述外部抗拔件和內部抗拔件組成為一組聯動結構，抗拔樁設施有多組所述聯動結構，圍繞抗拔樁的中軸線對稱排布。

6.根據權利要求1所述的抗拔樁，其特征在于，彈簧的壓縮程度可保證產生足夠的彈力將伸縮件推出，并且抗拔件上裝有限位裝置(12)以保證伸縮件(10)會留有一部分保留在發射筒(11)中。

7.根據權利要求1所述的抗拔樁，其特征在于，外側筒體上留有空洞可使擋板(3)上下移動。

8.根據權利要求1所述的抗拔樁，其特征在于，所述外側筒(2)外表面與擋板(3)貼合。

9.根據權利要求1所述的抗拔樁，其特征在于，抗拔樁與土體的摩擦力、插入土層中的抗拔件所帶來的粘結力以及土體對抗拔角(9)所產生的壓力共同組成土體抗拔作用效果，極限抗拔力可由公式(6)計算得到：

10.權利要求1-9任一項所述的抗拔樁在土體抗拔中的應用。

技術總結
本發明提供了一種海上風機抗拔樁，樁體包括外側筒和內側筒，在外側筒內部沿其縱向裝有多列抗拔件；內側轉軸固定安裝于內側筒的內壁上；抗拔角的一側邊連接在內側轉軸上從而使得抗拔角能夠圍繞內側轉軸與內側筒的連接點向上方轉動至抗拔角接觸到內側筒的內壁，抗拔角在起抗拔作用時會受到土體的作用力而向下方展開，當起抗拔作用時，內部抗拔件向下旋轉帶動擋板上移使伸縮件打入土中，內外抗拔件同時起抗拔作用。本發明通過土體的作用效應實現自動展開，減小打入時與土體的接觸面積同時提高了抗拔樁的抗拔力，整體性能良好，在增強樁基結構強度的同時也使抗拔樁具有良好的實用性。

技術研發人員：孫寶印,曹宏健,周杭茗,夏鵬,吳勇信
受保護的技術使用者：河海大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28