CN102162256B - 海上地基基础 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
[0001] 本发明涉及港口、海洋、水利和桥梁工程中的基础结构技术领域，尤其涉及一种风电机组的海上地基基础。
背景技术
[0002] 目前，风电机组的海上地基基础采用的结构型式通常为单粧基础、多粧基础、导管架基础或重力式基础。单粧基础与多粧基础都属于打粧式的支撑粧体，受海底的地质条件及水深的约束较大；安装时需要专用的设备(例如钻孔设备等)，造成施工安装费用较高；对冲刷敏感，需要有特殊防腐、强度和韧性要求。导管架基础应用范围很窄，随着水深的增加，成本呈指数增长。重力式基础一般为钢筋混凝土结构或钢筋混凝土与压载混合结构，其对承载基础的要求高，需要预先海床准备；由于体积、重量大，安装起来很不方便，受气候的影响较大，成本较高。
[0003] 采用以上传统的海上地基基础，其基础建造和海上施工费用昂贵，致使海上地基基础的投资费用较陆上的风电机组地基基础大幅度增加，从而限制了海上风电的发展。对于筒型基础来说，目前国外已有采用全钢筒型基础，采用的结构型式有单筒和多筒型式，但是，其成本非常高。
[0004] 因此，迫切需要提出一种改进型的海上地基基础以克服现有技术中存在的技术问题。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种海上地基基础，能够在降低成本的同时获得良好的受力效果。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案:
[0007] 1.一种海上地基基础，其包括筒型基础和连接塔筒，所述筒型基础的上部设置有密封顶盖，所述连接塔筒形成在所述密封顶盖上，所述连接塔筒的内部套设有内筒，在所述连接塔筒和所述内筒之间布置有软垫层。
[0008] 2.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述软垫层的材料选自由聚丙乙烯、钙塑板、聚乙烯发泡板及聚苯乙烯发泡板组成的组。
[0009] 3.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述软垫层的厚度不小于1cm。
[0010] 4.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述筒型基础为钢筋混凝土结构，所述连接塔筒为混凝土结构，所述内筒为钢质。
[0011] 5.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，在所述密封顶盖的下部设置有钢质箱梁，所述钢质箱梁与所述密封顶盖固结在一起，并且，所述钢质箱梁与所述内筒通过焊接相互连接。
[0012] 6.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述钢质箱梁与所述内筒的连接部分设为筒形，从而形成筒套筒的连接结构形式。
[0013] 7.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述钢质箱梁的下部为箱形结构或者框架结构。
[0014] 8.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，在所述钢质箱梁的箱形结构或者框架结构的内部填充有混凝土。
[0015] 9.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，在所述密封顶盖的上部设有预应力横梁，在所述预应力横梁内布置有预应力筋。
[0016] 10.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述预应力横梁为混凝土结构。
[0017] 11.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述筒型基础、所述连接塔筒以及所述预应力横梁为一整体。
[0018] 12.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述预应力横梁的根数为4〜72根。
[0019] 13.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述预应力横梁的截面尺寸不小于 0.5mX 0.5mο
[0020] 14.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，在所述预应力横梁的交叉部位设有金属承力环，所述金属承力环连接所述预应力横梁中的所述预应力筋。
[0021] 15.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述金属承力环的直径不小于4m、厚度不小于50mm、高度不小于0.5m。
[0022] 16.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，在所述连接塔筒的上部设有法兰环，所述连接塔筒通过法兰环与发电机组塔筒连接。
[0023] 17.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述筒型基础的下部为敞口的结构形式，在所述筒型基础的内部设置有分仓隔板，所述分仓隔板将所述筒型基础的内部空腔分隔为多个仓。
[0024] 18.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述多个仓包括位于内部空腔中间的中仓和位于内部空腔周边的边仓。
[0025] 19.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述多个仓包括I个中仓和4〜8个边仓。
[0026] 20.根据上述技术方案所述的海上地基基础，其中，所述筒型基础的直径不小于20m、壁厚不小于20cm ;所述密封顶盖的厚度不小于20cm、高度不小于3m ;所述连接塔筒的上部内径不小于2m、下部内径不小于4m、壁厚不小于0.3m、高度不小于2m。
[0027] 本发明的海上地基基础通过在连接塔筒的内部套设内筒，并且，在内筒与连接塔筒之间用软垫层连接，形成一种带软垫层的海上地基基础，由于软垫层的弹性模量低，变形大，可以使传到连接塔筒上的外荷载大大降低，从而使得由连接塔筒和筒型基础构成的整个筒的应力处在极限荷载以内，进而可以降低连接塔筒上的受力，减小了连接塔筒和筒型基础的筒壁厚度，提高了海上地基基础的抗振安全性，避免海上地基基础的材料用量多的缺点，从而，能够在降低成本的同时获得良好的受力效果。
[0028] 此外，本发明的海上地基基础具有结构简单、施工方便、工程量小，造价低和受力好的特点，适用于软土地基。
[0029] 通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
[0030] 下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明，其中:
[0031] 图1是根据本发明一种实施方式的海上地基基础的横剖面图。
[0032] 图2是图1中的海上地基基础的俯视图。
具体实施方式
[0033] 为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0034] 图1是根据本发明一种实施方式的海上地基基础的横剖面图。图2是图1中的海上地基基础的俯视图。如图1和图2所示，本发明一种实施方式的海上地基基础100包括筒型基础I以及位于筒型基础I上方的连接塔筒2。连接塔筒2顶部设有法兰环9，连接塔筒2通过法兰环9连接发电机组塔筒3。
[0035] 筒型基础I为钢筋混凝土结构。在筒型基础I的上部设置有密封顶盖10。连接塔筒2为混凝土结构，连接塔筒2形成在筒型基础I的密封顶盖10上。在本实施方式中，筒型基础I为圆柱形，连接塔筒2为椎台形。
[0036] 优选地，筒型基础I的直径不小于30m、壁厚不小于40cm ;密封顶盖10的厚度不小于40cm、高度不小于6m ;连接塔筒2的上部内径不小于4m、下部内径不小于10m、壁厚不小于0.6m、高度不小于11m。更优选地，筒型基础I的直径不小于20m、壁厚不小于20cm ;密封顶盖10的厚度不小于20cm、高度不小于3m ;连接塔筒2的上部内径不小于2m、下部内径不小于4m、壁厚不小于0.3m、高度不小于2m。
[0037] 筒型基础I的下部为敞口的结构形式，在筒型基础I的内部设置有分仓隔板12，从而将筒型基础I的内部空腔分隔为多个仓，其中，多个仓包括位于筒型基础I的内部空腔中间的中仓14和位于内部空腔周边的边仓16。优选地，中仓14为I个，边仓16为4〜8个。
[0038] 在连接塔筒2的内部套设有内筒4，优选地，内筒4为钢质。在连接塔筒2和内筒4之间布置有软垫层5。在本具体实施方式中，软垫层5为一种聚丙乙烯软垫层，并且软垫层5的厚度等于2cm。在其他具体实施方式中，软垫层5的材料选自由聚丙乙烯、钙塑板、聚乙烯发泡板及聚苯乙烯发泡板组成的组，并且软垫层5的厚度不小于1cm。
[0039] 在密封顶盖10的上部设有预应力横梁6，预应力横梁6为混凝土结构，并且，在预应力横梁6内布置有预应力筋60。预应力横梁6与筒型基础I以及连接塔筒2现浇为一个整体。优选地，预应力横梁6的根数为4〜72根，并且，预应力横梁6的截面尺寸不小于ImX Im ;更优选地，预应力横梁6的截面尺寸不小于0.5mX 0.5m ;预应力横梁6中的每束预应力筋60产生不小于115t的压力。
[0040] 在预应力横梁6的交叉部位设有金属承力环7，金属承力环7连接预应力横梁6中的预应力筋60。优选地，金属承力环7的直径不小于4.7m、厚度不小于50_、高度不小于Im0更优选地，金属承力环7的直径不小于4m、厚度不小于50mm、高度不小于0.5m。
[0041] 在密封顶盖10的下部设置有钢质箱梁8，钢质箱梁8与密封顶盖10固结在一起，并且，钢质箱梁8与内筒4通过焊接相互连接。钢质箱梁8与密封顶盖10的连接方式可以是钢筋锚入式连接、锚板、锚钉式连接等。在优选的实施方式中，钢质箱梁8与内筒4的连接部分设为筒形，从而钢质箱梁8与内筒4形成筒套筒的连接结构形式，并且，优选地，钢质箱梁8的下部设为箱形结构或者框架结构，在钢质箱梁8的箱形结构或者框架结构的内部填充有混凝土。
[0042] 采用本发明的海上地基基础100的风电机组的具体施工过程包括:1、在陆地上预制完成海上地基基础100部分；2、将筒型基础结构充气浮运至安装地点；3、在安装地点定位；4、将筒型基础抽气下沉，并调平；5、通过筒型基础的边壁充气破土下沉，并辅以抽真空预压，并且在下沉过程中控制水平度，从而将海上地基基础100稳固地安装在预定的海面上；6、吊装风机。
[0043] 本发明的海上地基基础100通过将钢与混凝土结合起来，并在钢质内筒与混凝土的连接塔筒之间用软垫层连接，形成一种带软垫层的海上地基基础，能够充分发挥钢和混凝土的材料性能，减少了预应力筋的用量，提高了海上地基基础的抗振安全性和混凝土结构的耐久性，又避免海上地基基础的材料用量多的缺点，从而，能够在降低成本的同时获得良好的受力效果。
[0044] 本发明的海上地基基础100采用一种带软垫层5的钢混组合的海上地基基础，可实现在陆地预制，降低结构的制作难度。设置软垫层5可以降低连接塔筒上的受力，提高整个海上地基基础100的抗振性，荷载作用在钢质内筒4上，由于软垫层5的弹性模量低，变形大，可以使传到混凝土的连接塔筒2上的外荷载大大降低，从而使得由连接塔筒2和筒型基础I构成的整个混凝土筒的应力处在极限荷载以内，进而减小了连接塔筒2和筒型基础I的筒壁厚度。另外，钢质箱梁8以及预应力横梁6的应用又可使筒型基础I的密封顶盖10的厚度降低，从而降低材料用量。钢质箱梁8下部的箱形结构或框架结构的内仓内可填充混凝土，从而增加筒型基础I的重量，提高筒型基础I的稳定性。风电机组塔筒上部连接的风电机组、风电机组塔筒自重作用下的竖向承载以及风荷载、波浪、水流、冰荷载作用到海上地基基础100上的综合水平力和弯矩都由钢筋混凝土筒型基础I承受。由于该筒型基础I的下部采用分仓设计，从而，海上地基基础100可不用驳船等特定运输设备运到施工现场，可以在一定牵引下拖航，在海上漂浮至施工位置，这样就有效地降低了运输费用；另一方面，该海上地基基础100可不需要大型起吊船吊装放入海底，更不需要在海上打粧施工，降低了施工成本，而且筒型基础I可以回收利用，从而达到环保的效果。通过增加软垫层5和带有预应力筋60的预应力横梁6，既能有效地提高结构的强度和混凝土的抗裂安全度，又能减轻海上地基基础100的自重，节省材料，并且提高结构的耐久性和防腐性。
[0045] 本发明的海上地基基础100具有结构简单、施工方便、工程量小，造价低和受力好的特点，适用于软土地基。
[0046] 本发明虽然以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所限定的范围为准。
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