CN103276743A - 一种拉索式多桩筒型基础复合结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉索式多桩筒型基础复合结构及其施工方法，筒型基础四周均布有多根单桩基础，单桩基础与过渡段之间连接有拉索，拉索的一端通过拉索固定装置固接于单桩基础上部，另一端通过拉索固定装置固接于过渡段；施工方法是先将筒型基础和单桩基础运至安装地点并分别进行安装就位，将拉索两端分别安装于过渡段和单桩基础的拉索固定装置上，并进行预张拉。本发明利用筒型基础承担上部风机机组传递竖向荷载、水平荷载及弯矩荷载，利用单桩基础承担部分水平荷载及弯矩荷载，受力明确，抗弯能力得到提高，可有效减小筒型基础筒径和埋深；同时由于单桩的打桩数量少，桩径小、施工简单、施工周期短，材料成本及施工成本均能得到大幅减少。

Description

一种拉索式多桩筒型基础复合结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑领域的基础结构，具体的说，是涉及一种筒型基础和多桩基础组合受力的基础结构及其施工方法。

背景技术

海上风电结构属于垂向荷载相对较小、水平荷载及弯矩较大的海上高耸结构，抗倾覆能力要求高。目前，海上风电机组地基基础采用的结构型式通常为单桩基础、多桩基础、重力式基础。

单桩基础是常见的海上风电基础形式，其结构简单、受力机制明确，用于1.5MW以下的风力机经济性较好。然而，因单桩基础存在抗倾覆能力差、水平向位移大等弱点，随着海上风机单机容量增加到3MW、5MW或更大，必然导致单桩基础的直径、壁厚以及贯入深度急剧增大，致使海上打桩施工困难，建设成本大幅升高。多桩基础可以有效地分散荷载，提高抗倾覆能力，但结构和施工工艺复杂，对海况条件要求高，导致施工周期长、建造成本高。筒型基础施工速度快，但为了提供较大的抗倾覆能力，筒型基础的直径较大，建造成本较高。

采用以上传统的海上风电机组基础结构，其基础建造成本及海上施工成本高昂，致使海上风电机组地基基础的投资费用较陆上基础大幅度增加，从而限制了海上风电的发展。

发明内容

本发明要解决的是海上风电机组基础结构建造及海上成本高的技术问题，提供一种由筒型基础和多个单桩组合的拉索式多桩筒型基础复合结构及其施工方法，将单桩基础与筒型基础有效结合，发挥其各自的优势，实现用较小筒型基础筒径及较少的单桩桩数及桩径，达到承载要求，进而降低海上施工成本和材料成本，加快施工速度。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种拉索式多桩筒型基础复合结构，包括顶部固定连接有过渡段的筒型基础，所述过渡段用于与风机塔筒连接，所述筒型基础四周均布有多根单桩基础，所述单桩基础与所述过渡段之间连接有拉索，所述拉索的一端通过拉索固定装置固接于所述单桩基础上部，另一端通过拉索固定装置固接于所述过渡段。

所述拉索与所述单桩的数量均为3～8个。

所述拉索相对于水平面的角度呈0°～60°。

所述拉索为钢索、钢丝或钢绞线其中的一种。

所述拉索固定装置位于水平面之上。

所述拉索固定装置为夹片锚具、镦头锚具、螺丝端杆锚具中的一种。

一种所述拉索式多桩筒型基础复合结构的施工方法，包括如下步骤：

（1）预制顶部固定连接有过渡段的筒型基础和多根单桩基础，所述过渡段均布的设置与所述单桩基础数量相同的拉索固定装置，所述单桩基础上分别设置拉索固定装置；

（2）将所述筒型基础和多根所述单桩基础运至安装地点；

（3）安装地点定位；

（4）利用自重下沉和负压下沉将所述筒型基础下沉就位并调平；

（5）将多根所述单桩基础分别安装就位；

（6）以所述过渡段上的所述拉索固定装置作为固定端，所述单桩基础上的所述拉索固定装置作为张拉端，对拉索进行预张拉。

过渡段将上部风电机组传递的竖向荷载全部传递到筒型基础，并将上部风电机组传递的水平荷载和弯矩部分的传递到筒型基础，而大部分水平荷载和弯矩通过拉索的拉力传递到单桩基础。单桩基础主要承受拉索拉力，拉索拉力抵抗了过渡段上大部分的水平荷载和弯矩，使得过渡段传递到筒型基础的荷载主要为竖向荷载，而不会像传统的筒型基础承受巨大的弯矩及水平荷载。

由于筒型基础主要承受竖向荷载，减少了上部风电结构的水平位移，筒型基础承载要求显著降低，能够大大减小筒型基础设计尺寸，降低了材料成本；同时由于拉索拉力的力臂很大，具有很强的抗弯矩能力，因此单桩基础的设计尺寸相比传统单桩风电基础也大大降低，降低了材料成本和施工成本。

本发明的有益效果是：

本发明的拉索式多桩筒型基础复合结构是将筒型基础与单桩基础组合而成的新型结构形式，其整体刚度、抗水平荷载及弯矩能力较单独的单桩基础或筒型基础均有较大提高。

本发明的拉索式多桩筒型基础复合结构充分利用了筒型基础施工方便、竖向承载能力好以及单桩基础水平承载力高、受力明确、土层适用能力强等优势；通过拉索拉力将上部风电机组传递的水平荷载和弯矩传递到四周的单桩基础，有效实现减少风电机组荷载对筒型基础产生的弯矩荷载，减少筒型基础上部风电结构的水平位移，并大大减小了筒型基础结构尺寸，降低了材料成本；由于单桩基础与过渡段之间拉索拉力的力臂很大，具有很强的抗弯矩能力，因此单桩基础的结构尺寸相比传统单桩风电基础大大降低，使材料成本大幅减少，施工工艺也更为简单。另外，分布在筒型基础四周的单桩基础具备防撞桩功能，能够保护风电机组避免受到船舶撞击。

本发明的拉索式多桩筒型基础复合结构施工方法主要包括了筒型基础和桩基础的安装和拉索的张拉，充分利用了筒型基础施工简便快捷的优势，同时由于拉索式多桩筒型基础复合结构中的单桩桩径小、桩数少，相比于海上风机单桩基础对于海上施工机械的要求低，大大降低了施工难度和施工成本，相比于目前广泛应用于海上风电的多桩基础，施工工艺简单，可以大大缩短施工周期。

附图说明

图1是本发明所提供的拉索式多桩筒型基础复合结构的主视图；

图2是本发明所提供的拉索式多桩筒型基础复合结构的俯视图；

图3是本发明所提供的拉索式多桩筒型基础复合结构的使用状态图。

图中：1、筒型基础；2、单桩基础；3、过渡段；4、拉索；5、拉索固定装置；6、支撑肋板。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图3所示，本实施例披露了一种拉索式多桩筒型基础复合结构，主要包括筒型基础1、单桩基础2、过渡段3、拉索4和拉索固定装置5。其中筒型基础1为混凝土筒型基础或钢制筒型基础；过渡段3为混凝土过渡段或钢制过渡段，并且为与筒型基础1同轴的圆筒或圆锥体；拉索4为钢索、钢丝或钢绞线，并处于受拉状态；拉索固定装置5为夹片锚具、镦头锚具、螺丝端杆锚具等，在拉索4张拉后提供有效约束力。

该实施例中，施工海域平均水深10m，极端高水位高程2.4m。筒型基础1是直径为15m，高度为8m，顶盖和侧壁厚度为20mm的钢结构。筒型基础1顶部之上固定设置有过渡段3，过渡段3与筒型基础1同轴。过渡段3是外径为5m，壁厚为40mm，高度为22.5m的钢结构。筒型基础1与过渡段3之间设置有若干个支撑肋板6，支撑肋板6将上部过渡段3传递到筒型基础1的荷载分散到四周。过渡段3距筒型基础1顶部以上21m处周向均匀地设置四个拉索固定装置5。

单桩基础2是直径为1.8m，壁厚为30mm，长为65m的钢制圆筒结构，单桩基础2入泥45m，以筒型基础1为中心均匀对称分布。每个单桩基础2水平面以上3.5m处设置1个拉索固定装置5，设置在水平面以上的其优点在于，拉索4能实现在水面以上进行张拉施工，避免了水下施工的不便，提高了施工效率和成本。单桩基础2分布在筒型基础1周围，共计四根，单桩基础2中心距离筒型基础1中心25m。

过渡段3和分布在筒型基础1周围的四根单桩基础2通过固定在拉索固定装置5上的拉索4相连，通过千斤顶对拉索4进行张拉，张拉后利用拉索固定装置5进行锚固，从而将过渡段上3的弯矩和水平荷载传递到单桩基础2。拉索4与水平面的夹角为18°，该夹角通常的取值范围是0°～60°，方便施工和荷载的有效传递。一般根据单桩基础2和筒型基础1的相对位置，考虑到施工方便，先分别确定过渡段3上和单桩基础2上拉索固定装置5的高度，再根据两点连线确定角度。

本实施例的拉索式多桩筒型基础复合结构的施工方法如下：

（1）先预制设置有过渡段3的筒型基础1及四根单桩基础2，同时在过渡段3上均布的设置四个拉索固定装置5，单桩基础2上分别设置拉索固定装置5；

（2）将固定有过渡段3的筒型基础1充气浮运或船舶拖运至安装地点，将单桩基础2拖运至安装地点；

（3）安装地点定位；

（4）放掉筒型基础1内的气体，利用自重下沉使其下沉到泥面以下，对筒型基础1抽水，使得筒型基础1内外形成压力差，利用压力差完成装筒型基础1的进一步下沉，并调平；

（5）完成四根单桩基础2的安装；

（6）以过渡段3上的拉索固定装置5作为固定端，单桩基础2上的拉索固定装置5作为张拉端，对拉索4进行预张拉。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种拉索式多桩筒型基础复合结构，包括顶部固定连接有过渡段的筒型基础，所述过渡段用于与风机塔筒连接，其特征在于，所述筒型基础四周均布有多根单桩基础，所述单桩基础与所述过渡段之间连接有拉索，所述拉索的一端通过拉索固定装置固接于所述单桩基础上部，另一端通过拉索固定装置固接于所述过渡段。

2.根据权利要求1所述的一种拉索式多桩筒型基础复合结构，其特征在于，所述拉索与所述单桩的数量均为3～8个。

3.根据权利要求1所述的一种拉索式多桩筒型基础复合结构，其特征在于，所述拉索相对于水平面的角度呈0°～60°。

4.根据权利要求1所述的一种拉索式多桩筒型基础复合结构，其特征在于，所述拉索为钢索、钢丝或钢绞线其中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种拉索式多桩筒型基础复合结构，其特征在于，所述拉索固定装置位于水平面之上。

6.根据权利要求1所述的一种拉索式多桩筒型基础复合结构，其特征在于，所述拉索固定装置为夹片锚具、镦头锚具、螺丝端杆锚具中的一种。

7.一种如权利要求1-6所述拉索式多桩筒型基础复合结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）预制顶部固定连接有过渡段的筒型基础和多根单桩基础，所述过渡段均布的设置与所述单桩基础数量相同的拉索固定装置，所述单桩基础上分别设置拉索固定装置；

（2）将所述筒型基础和多根所述单桩基础运至安装地点；

（3）安装地点定位；

（4）利用自重下沉和负压下沉将所述筒型基础下沉就位并调平；

（5）将多根所述单桩基础分别安装就位；

（6）以所述过渡段上的所述拉索固定装置作为固定端，所述单桩基础上的所述拉索固定装置作为张拉端，对拉索进行预张拉。

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