CN101761090A - 海上风电机组的空间桁架式多桶基础 - Google Patents

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朱斌
朱瑞燕
陈仁朋
童建国
李琪
孔德琼
陈云敏
郭俊科
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    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0056—Platforms with supporting legs
    • E02B2017/0073—Details of sea bottom engaging footing
    • E02B2017/0078—Suction piles, suction cans

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Abstract

本发明公开了一种海上风电机组的空间桁架式多桶基础，主要包括连接筒、呈三角形布置的三只吸力式桶或呈四边形布置的四只吸力式桶、与所述吸力式桶数量相同的支撑柱，各吸力式桶通过相应的支撑柱与连接筒固定联接，各支撑柱之间联接有桁架结构的支撑构件。本发明由空间桁架体系与多只吸力式桶形基础组成一个整体结构，将整体基础所承受的倾覆荷载通过支撑柱和空间桁架转化为单个桶形基础上的竖向下压和上拔荷载，充分利用了桶形基础承受竖向荷载的优势，结构受力合理，并可有效解决海上风电机组基础造价高、施工复杂的难题。

Description

海上风电机组的空间桁架式多桶基础
技术领域
本发明涉及到一种海上结构物基础的结构形式，特别是针对海上风电机组基础的一种结构形式。
背景技术
我国近海海床大多为深厚软土，这种地基上建造海上风电机组对基础的选择提出了很大的挑战。传统海上风电机组的型式有：单桩基础和群桩基础。对于单桩基础，由于其本身水平和抗压承载力较低，为了满足承载力要求，桩基需要打入至承载条件较好的持力层，因而桩长往往较长，造价较高，对地质条件要求高，且需专门的大型打桩船只进行施工，打桩困难，进一步增加了施工费用。对于群桩基础的海上混凝土承台施工时还需搭设临时施工平台和模板，施工过程复杂。另外，海上风电机组正逐渐向较大水深条件(15～40m)发展，传统基础形式难以满足这一要求，因而需寻求新的抵抗上部结构倾覆荷载能力强、施工方便、造价较低的基础结构形式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可降低造价的海上风电机组的空间桁架式多桶基础。
本发明的发明构思是：海洋软土中，吸力式桶形基础的竖向下压和上拔承载性能均较好，且采用负压施工在海上也较为方便。本发明利用支撑柱和空间桁架结构的支持构件使得上部结构的大部分倾覆荷载转化为作用在吸力式桶形基础上的竖向下压和上拔荷载，使它们作为一个整体作为风电机组的基础。本发明的基础型式无需专门的打桩船只，降低了基础造价。整个结构受力合理，适合于抵抗上部结构的巨大倾覆荷载，尤其适用于我国深厚软土海床上、较大水深条件下的大型风电机组，施工难度低。
本发明采用的技术方案如下：该海上风电机组的空间桁架式多桶基础主要包括连接筒、呈三角形布置的三只吸力式桶或呈四边形布置的四只吸力式桶、与所述吸力式桶数量相同的支撑柱，各吸力式桶通过相应的支撑柱与连接筒固定联接，各支撑柱之间联接有桁架结构的支撑构件。
进一步地，本发明所述支撑柱为中空结构，该支撑柱的空腔内灌注有填充物。
进一步地，本发明所述吸力式桶的桶盖顶部设有空腔，该桶盖的空腔与支撑柱的空腔密封连通，所述桶盖的空腔内灌注有填充物。
与现有技术相比，本发明的优点是：(1)由于吸力式桶利用负压方式进行沉贯，避免了传统单桩基础和群桩基础海上施工复杂的问题，并降低了工程造价。(2)本发明由支撑柱、桁架结构的支撑构件以及多只吸力式桶组成一个整体结构，有效解决了海上风电机组基础、施工复杂的难题。(3)利用吸力式桶承受竖向荷载的优势，通过支撑柱和桁架结构的支撑构件将风力发动机等上部结构作用在连接筒上的大部分倾覆荷载转化为吸力式桶上的竖向下压和上拔荷载，使结构受力合理。(4)在吸力式桶的桶盖顶部及中空支撑柱的空腔内灌注混凝土等填充物，可增大本发明空间桁架式多桶基础的竖向压力，从而可有效减小单个吸力式桶的上拔力，进一步提高空间桁架式多桶基础的整体抗倾覆承载力。
附图说明
图1是本发明的三桶基础在海底安装完毕后的状态示意图(灌注混凝土后)。
图2是本发明的四桶基础在海底安装完毕后的状态示意图(灌注混凝土后)。
图3是三桶基础的桶形基础平面布置示意图。
图4是四桶基础的桶形基础平面布置示意图。
图中：1、吸力式桶，2、支撑柱，3、桁架结构的支撑构件，4、连接筒，5、填充物，6、海面，7、海床，8.支撑架。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明。
参见图1和图3，本实施方式中的海上风电机组的空间桁架式多桶基础设有三只吸力式桶1，这三只吸力式桶1呈平面三角形布置，可使整体桶形基础具有较好的稳定性。若三只吸力式桶1呈正三角形布置，则可进一步保证整体桶形基础在不同方向受倾覆荷载时有稳定的承载力，从而具有更好的稳定性。
如图1和图3所示，与吸力式桶1的数量相同，有三根支撑柱2。连接筒4的外壁固定安装有一支撑架8。每个吸力式桶1通过一根支撑柱2与连接筒4的支撑架8固定联接；各支撑柱2之间联接有桁架结构的支撑构件3，以保证整体桶形基础有足够的刚度和稳定性。连接筒4用于连接上部风电机组的塔筒。
支撑柱2可为中空结构，其内部的空腔可用于灌注混凝土、砂石等填充物。相应地，各吸力式桶1的桶盖顶部也设有空腔以用于灌注混凝土、砂石等填充物。各吸力式桶1的桶盖顶部的空腔与相应的支撑柱2的空腔连通，以使填充物可经由支撑柱2的空腔灌入吸力式桶1的桶盖顶部的空腔内。另需要对两者的连接处作密封处理，从而防止海水灌入吸力式桶1的桶盖顶部的空腔以及支撑柱2的空腔内。
如图1所示，各支撑柱2的顶部露出海面6以避免海水灌入支撑柱2内。支撑柱2可以是中空的钢管。
本发明利用吸力式桶1承受竖向荷载的优势，通过支撑柱2和桁架结构的支撑构件3将风力发动机等上部结构作用在连接筒4上的大部分倾覆荷载转化为吸力式桶1上的竖向下压和上拔荷载，使结构受力合理。在吸力式桶1的桶盖顶部及中空的支撑柱2内灌注混凝土或砂等填充物5，可增大本发明空间桁架式多桶基础的竖向压力，从而可有效减小吸力式桶1的上拔力，进一步提高提高整体基础的抗倾覆承载力。
作为本发明的另一种实施方式，本发明也可如图2所示设有四只吸力式桶1，该四只吸力式桶1呈四边形布置。与前述同理，若四只吸力式桶1布置成正四边形，可进一步增强整体桶形基础的稳定性。

Claims (4)

1.一种海上风电机组的空间桁架式多桶基础，其特征是：包括连接筒、呈三角形布置的三只吸力式桶或呈四边形布置的四只吸力式桶、与所述吸力式桶数量相同的支撑柱，各吸力式桶通过相应的支撑柱与连接筒固定联接，各支撑柱之间联接有桁架结构的支撑构件。
2.根据权利要求1所述的海上风电机组的空间桁架式多桶基础，其特征是：所述三角形为正三角形，所述四边形为正四边形。
3.根据权利要求1或2所述的海上风电机组的空间桁架式多桶基础，其特征是：所述支撑柱为中空结构，该支撑柱的空腔内灌注有填充物。
4.根据权利要求3所述的海上风电机组的空间桁架式多桶基础，其特征是：所述吸力式桶的桶盖顶部设有空腔，该桶盖的空腔与支撑柱的空腔密封连通，所述桶盖的空腔内灌注有填充物。
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