CN101539118B - 一种重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座 - Google Patents

一种重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座 Download PDF

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Abstract

一种重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座，涉及海上风电机组的基础结构，所述被动型防冲刷底座包括一圆盘状钢筋混凝土基座(3)，裙边(4)垂直地沿钢筋混凝土基座(3)圆周设置，钢筋混凝土基座(3)的底面沿径向设有若干均匀分布的肋板(5)，两相邻肋板(5)间的钢筋混凝土基座(3)上设有一灌浆孔(6)和一锚杆孔(7)。本发明所述的重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座，增强了重力式基础结构的抗冲刷能力、防滑移能力和抗倾覆能力，使重力式基础结构可适用于软基海底和冲刷海底。

Description

一种重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座
技术领域
本发明涉及海上风电机组的基础结构，具体的说是一种重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座。
背景技术
海上风电是一种清洁的可再生能源，受到全世界的关注。目前，欧洲和北美已成功建设了数十座海上风电场。海上风电场建设的关键问题是发电成本，而海上风电成本高于陆上风电成本的主要因素是基础结构成本。陆上风电机组基础结构的成本只占总投资的3～5％，而海上风电机组基础结构的成本占总投资的14～16％。因此，降低海上风电机组基础结构成本是开发海上风能的关键。
重力式基础结构是海上风电机组基础结构中成本较低的结构形式，其结构包括钢筋混凝土立柱1，钢筋混凝土立柱1的顶面设有钢筋混凝土承台2、底面设有钢筋混凝土基座3(参见图1)，现有重力式基础结构的基座底面是平面，施工时，须将海底做成水平面基础，然后将重力式基础结构平放在上面。因此，重力式基础结构完全靠结构重量或结构重量加压载石块来保持结构的稳定(抗倾覆、抗滑移)。对于软基海底，海底土的承载能力不足以保持结构的稳定，竖向承载力的不足将导致结构倾斜甚至倾覆。在海洋环境荷载和风机荷载的往复作用下，海底土将产生液化，从而导致结构不稳定。对于冲刷海底，重力式基础结构的基座周围将被冲刷形成1.0～1.5m深的冲蚀坑，从而造成基础结构的不稳定。因此，其抗冲刷和防滑移能力差，只能应用于具有硬质海底的海域。目前，欧洲仅有一座海上风电场采用了重力式基础结构，美国由于近海为软基海底，所以尚没有采用重力式基础结构的海上风电场。我国的渤海湾多为软基海底，且大部分海域是冲淤质海底，因此，也不适用传统的重力式基础结构。传统的重力式基础结构具有以下明显缺点：
1、不具有抗冲刷能力，仅适用于无冲刷的海域；
2、不具有防滑移能力，仅适用于具有硬质海底的海域；
3、抗倾覆能力主要依赖于结构自身的重量，因此，不适用大兆瓦的风力发电机。
由于上述原因，国外大部分海上风电场为了解决10m以下水深的冲刷海底和软基海底应用，只能采用其它的基础结构形式——单桩基础结构。单桩基础结构采用与风电机组塔架相同直径的钢桩，采用液压打桩锤贯入海底，或采用钻孔方法进行大直径桩的施工。桩的顶端露出海面，并采用灌浆方法安装桩帽，桩帽上设有连接风机塔架的法兰。桩帽与桩之间有一定的调整空间，以保证桩帽的垂直度。单桩结构对海底冲刷不敏感，主要是因为可通过增加桩的贯入深度来补偿冲刷效应。与重力式结构相比，单桩结构的成本较高，海上施工周期较长。但因其良好的抗冲刷性能，目前仍是浅海海上风电场的主要结构形式。而我国由于不具备大直径桩(大于2m)的海上施工能力，东海大桥海上风电场采用了四角架基础结构(桩径小于2m)。四角架基础结构的成本不仅高于重力式基础结构，也高于单桩基础结构。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座，增强了重力式基础结构的抗冲刷能力、防滑移能力和抗倾覆能力，使重力式基础结构可适用于软基海底和冲刷海底。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座，其特征在于：所述被动型防冲刷底座包括一圆盘状钢筋混凝土基座3，裙边4垂直地沿钢筋混凝土基座3圆周设置，钢筋混凝土基座3的底面沿径向设有若干均匀分布的肋板5，两相邻肋板5间的钢筋混凝土基座3上设有一灌浆孔6和一锚杆孔7。
在上述技术方案的基础上，裙边4垂直基座3圆周方向的横截面和肋板5垂直基座3半径方向的横截面为矩形，宽度为0.2m，凸出钢筋混凝土基座3的底面1.5～2m。
本发明所述的重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座，增强了重力式基础结构的抗冲刷能力、防滑移能力和抗倾覆能力，使重力式基础结构可适用于软基海底和冲刷海底。
附图说明
本发明有如下附图：
图1重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座的结构示意图
图2裙边剖视示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明公开了一种重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座，所述被动型防冲刷底座包括一圆盘状钢筋混凝土基座3，裙边4垂直地沿钢筋混凝土基座3圆周设置，钢筋混凝土基座3的底面沿径向设有若干均匀分布的肋板5，两相邻肋板5间的钢筋混凝土基座3上设有一灌浆孔6和一锚杆孔7。
在上述技术方案的基础上，裙边4垂直基座3圆周方向的横截面和肋板5垂直基座3半径方向的横截面为矩形，宽度为0.2m，凸出钢筋混凝土基座3的底面1.5～2m。
如上所述，本发明的优势在于：
1、裙边结构在海上施工时，利用重力或负压方法使其嵌入海底土中，周围堆放石块(可与堆放配重石块同时进行)，从而达到防冲刷的目标。
2、在钢筋混凝土基座3上设置裙边和肋板结构，肋板伸出钢筋混凝土基座底面的高度可与裙边相同或低于裙边，视具体施工条件而定。肋板结构在海上施工时，利用重力使其嵌入海底土，从而达到防滑移的目标。
3、在钢筋混凝土基座上预留锚杆孔和灌浆孔，对于软泥海底，施工时，将锚杆从锚杆孔插入海底土，插入深度视海底土具体条件而定，然后将锚杆用混凝土灌注填充。对于冲淤质海底，在插锚杆的基础上，采用灌浆的方法使海底土固结，提高海底土的承载力。灌浆孔同时也可作为负压施工孔。
本发明根据现有重力式基础结构的工作原理和海底冲刷机理，给出了能够防止由于冲刷而造成结构不稳定的重力式基础结构防冲刷和防滑移结构以及提高结构抗倾覆能力的方法。本发明使得重力式基础结构的应用范围从单一的硬质海底条件扩展到软基海底和冲刷海底条件，大大提高了重力式基础结构的适用性，使其成为近海风电场的低成本基础结构。2005年的欧洲海上风电会议上，专家呼吁发展重力式基础结构，就是因为它的低成本优点(总成本比钢结构可降低三分之一)，国外正在施工方面研究更便捷的海上安装方法，以期进一步降低海上施工成本。本发明使得重力式基础结构可以在10m以下水深的海域替代钢结构，从而能够降低近海海上风电场的建设成本。因此，以下优点也是显而易见的：
1、增加重力式海上风电机组基础结构的防冲刷功能
本发明提出的重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座可以解决重力式海上风电机组基础结构在具有冲刷型海底的海域应用问题，如我国的渤海湾，从而突破了重力式海上风电机组基础结构只能应用于无冲刷海底的局限性。
2、增加了重力式海上风电机组基础结构的防滑移功能
本发明提出的重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座可以解决重力式海上风电机组基础结构在软基海底应用的问题，从而突破了重力式海上风电机组基础结构只能应用于硬质海底的局限性。
3、增强了重力式海上风电机组基础结构的抗倾覆能力
本发明提出的重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座可以采用锚固或灌浆两种方法来增大结构的抗倾覆力矩，从而解决重力式结构安装大兆瓦风机的问题。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座，其特征在于：所述被动型防冲刷底座包括一圆盘状钢筋混凝土基座(3)，裙边(4)垂直地沿钢筋混凝土基座(3)圆周设置，钢筋混凝土基座(3)的底面沿径向设有若干均匀分布的肋板(5)，两相邻肋板(5)间的钢筋混凝土基座(3)上设有一灌浆孔(6)和一锚杆孔(7)。
2.如权利要求1所述的重力式海上风电机组基础结构的被动型防冲刷底座，其特征在于：裙边(4)垂直基座(3)圆周方向的横截面和肋板(5)垂直基座(3)半径方向的横截面为矩形，宽度为0.2m，凸出钢筋混凝土基座(3)的底面1.5～2m。
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