CN103276744A - 一种拉索式多桩辅助单桩风电基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉索式多桩辅助单桩风电基础及其施工方法，主桩四周均布有多根辅助桩，主桩与辅助桩之间通过拉索固定装置连接有拉索；施工方法是先将主桩和辅助桩运至安装地点并分别进行安装就位，以主桩上的拉索固定装置作为固定端，辅助桩上的拉索固定装置作为张拉端，对拉索进行预张拉。本发明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辅助桩，有效实现减少风电机组荷载对主桩产生的弯矩荷载，减少主桩上部风电结构的水平位移，并减小了主桩结构尺寸，降低了材料成本；辅助桩主要承受拉索拉力，由于拉索拉力的力臂较大，能提供较强的抗弯矩能力，因此辅助桩的设计尺寸相对较小，使得材料成本大幅减少，施工工艺也更为简单。

Description

一种拉索式多桩辅助单桩风电基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑领域的基础结构，具体的说，是涉及一种多根单桩基础通过拉索协同受力的海上风电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，提供由一根主桩和多根辅助桩通过拉索连接联合受力的拉索式多桩辅助单桩风电基础及其施工方法，实现用较小桩径及较少的桩数达到承载要求，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：

一种拉索式多桩辅助单桩风电基础，包括四周均布有多根辅助桩的主桩，所述主桩与每个所述辅助桩之间连接有拉索，所述拉索的一端通过拉索固定装置固接于所述辅助桩上部，另一端通过拉索固定装置固接于所述主桩上部。

所述拉索与所述辅助桩的数量均为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辅助单桩风电基础的施工方法，包括如下步骤：

（1）预制主桩和多根辅助桩，所述主桩均匀设置与所述辅助桩数量相同的拉索固定装置，每个所述辅助桩上分别设置拉索固定装置；

（2）将所述主桩和多根所述辅助桩运至安装地点；

（3）安装地点定位；

（4）将所述主桩和多根所述辅助桩分别安装就位；

（5）以所述主桩上的所述拉索固定装置作为固定端，所述辅助桩上的所述拉索固定装置作为张拉端，对拉索进行预张拉。

上部风电机组传递的竖向荷载全部传递到主桩，且上部风电机组传递的水平荷载和弯矩的小部分传递到主桩，大部分水平荷载和弯矩通过拉索的拉力传递到辅助桩，由辅助桩承担，使得传递到主桩的荷载主要为竖向荷载，水平荷载及弯矩大大降低，从而固定在主桩上部的风电机组结构的水平位移很少。

由于对主桩的承载要求大大降低，主桩设计尺寸相应减小，从而降低了材料成本；辅助桩主要承受拉索拉力，拉索拉力抵抗了上部风电机组传递的大部分水平荷载和弯矩，由于拉索拉力的力臂较大，能提供较强的抗弯矩能力，因此辅助桩的设计尺寸相对较小，从而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辅助单桩风电基础是一根主桩和多个辅助桩通过拉索连接联合受力的新型结构形式，其整体刚度、抗水平荷载及弯矩能力较单独的单桩基础有较大提高。

本发明的拉索式多桩辅助单桩风电基础充分利用了桩基础水平和竖向承载力高、土层适用能力强、受力明确等优势：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辅助桩，有效实现减少风电机组荷载对主桩产生的弯矩荷载，减少主桩上部风电结构的水平位移，并减小了主桩结构尺寸，降低了材料成本；辅助桩主要承受拉索拉力，由于拉索拉力的力臂较大，能提供较强的抗弯矩能力，因此辅助桩的设计尺寸相对较小，使得材料成本大幅减少，施工工艺也更为简单。另外，分布在主桩四周的辅助桩具备防撞桩功能，能够保护位于主桩上的风电机组避免受到船舶撞击。

本发明的拉索式多桩辅助单桩风电基础施工方法主要包括了主桩和辅助桩的安装和拉索的张拉，由于桩径小、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辅助单桩风电基础的主视图；

图2是本发明所提供的拉索式多桩辅助单桩风电基础的俯视图；

图3是本发明所提供的拉索式多桩辅助单桩风电基础的使用状态图。

图中：1、主桩；2、辅助桩；3、拉索；4、拉索固定装置。

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辅助单桩风电基础，主要包括主桩1、辅助桩2、拉索3和拉索固定装置4。其中拉索3为钢索、钢丝或钢绞线，并处于受拉状态；拉索固定装置4为夹片锚具、镦头锚具、螺丝端杆锚具等，在拉索3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。主桩1是直径为4.5m，长度为65m，壁厚为45mm的钢管桩。主桩1距泥面以上21m处均匀设置四个拉索固定装置4。

辅助桩2是直径为1.8m，长为65m，壁厚为30mm的钢管桩，辅助桩2入泥45m。辅助桩2以主桩1为中心均匀对称分布在其周围，共计四根，辅助桩2中心距离主桩1中心25m。辅助桩2水平面以上3.5m处设置1个拉索固定装置4，拉索固定装置4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。

主桩1和分布在主桩1周围的四根辅助桩2通过固定在拉索固定装置4上的拉索3相连。通过千斤顶对拉索3进行张拉，张拉后利用拉索固定装置4进行锚固，从而将上部风电结构传递的弯矩和水平荷载传递到辅助桩2。拉索3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。一般根据辅助桩2和主桩1的相对位置，考虑到施工方便，先分别确定主桩1上和辅助桩2上拉索固定装置4的高度，再根据两点连线确定角度。

本实施例的拉索式多桩辅助单桩风电基础的施工方法如下：

（1）先预制主桩1和四根辅助桩2，同时在主桩1上均匀设置四个拉索固定装置4，每个辅助桩2上分别设置拉索固定装置4；

（2）将主桩1和四根辅助桩2拖运至安装地点；

（3）安装地点定位；

（4）将主桩1和四根辅助桩2分别安装就位；

（5）以主桩1上的拉索固定装置4作为固定端，辅助桩2上的拉索固定装置4作为张拉端，对拉索3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)

1.一种拉索式多桩辅助单桩风电基础，其特征在于，包括四周均布有多根辅助桩的主桩，所述主桩与每个所述辅助桩之间连接有拉索，所述拉索的一端通过拉索固定装置固接于所述辅助桩上部，另一端通过拉索固定装置固接于所述主桩上部。

2.根据权利要求1所述的一种拉索式多桩辅助单桩风电基础，其特征在于，所述拉索与所述辅助桩的数量均为3～8个。

3.根据权利要求1所述的一种拉索式多桩辅助单桩风电基础，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辅助单桩风电基础，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辅助单桩风电基础，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辅助单桩风电基础，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所述拉索式多桩辅助单桩风电基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）预制主桩和多根辅助桩，所述主桩均匀设置与所述辅助桩数量相同的拉索固定装置，每个所述辅助桩上分别设置拉索固定装置；

（2）将所述主桩和多根所述辅助桩运至安装地点；

（3）安装地点定位；

（4）将所述主桩和多根所述辅助桩分别安装就位；

（5）以所述主桩上的所述拉索固定装置作为固定端，所述辅助桩上的所述拉索固定装置作为张拉端，对拉索进行预张拉。

Images