CN103758148A - 一种可自浮拖航的重力式海上风电基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种可自浮拖航的重力式海上风电基础，由连接段、基础主体、内部堆载和外部堆载构成，基础主体包括钢筋混凝土锥筒、底板、边墙和肋板，锥筒底部位于底板中心，边墙位于圆形底板的边缘，锥筒与边墙之间的环形空间内径向辐射状均布肋板；底板通过灌浆与岩石地基固定；锥筒内填加内部堆载，边墙、肋板和底板之间形成的空腔填加外部堆载；锥筒和连接段的筒壁内均设有预应力钢筋并通过浇注混凝土连接一体，连接段钢筋混凝土圆筒的顶部通过法兰与风机塔筒连接。本发明的优点是：该基础结构新颖、施工方便、预制安装快捷、可自行漂浮进行拖航作业、施工周期短、操控能力强、可显著降低施工成本，减少施工工程量，具有良好的经济性与适用性。

Description

一种可自浮拖航的重力式海上风电基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及海上风电基础结构型式及其施工方法，特别是一种可自浮拖航的重力式海上风电基础及其施工方法。

背景技术

近年来，世界各国的海上风电发展迅猛，但海上环境复杂多变，基础施工的灵活性与适应性越来越受到风电开发者的重视。现阶段，海上风电基础主要有单桩基础、多桩基础、重力式基础、筒形基础和浮式基础。其中，使用最多的是单桩基础和重力式基础。重力式基础以其自身重量维持结构稳定，设计简单，易于批量制作，一般适用于地质情况较好的海域，水深范围0-30m。

然而，目前所使用的重力式基础在施工方面存在显著的缺陷，对于不可拖航的重力式基础，其结构自身重量大、制造成本高，施工方式一般只能采用吊装方法，施工难度大、危险性高、安全性差且成本高；而对于可拖航的重力式基础，一般需要辅助的漂浮设备如气浮箱，但制造额外的漂浮设备又会增大基础施工的成本并增加基础施工的工程量。为此，本发明提出了一种可自浮拖航的重力式海上风电基础结构型式，该基础型式可在不需要辅助漂浮设备的前提下自行漂浮进行拖航作业，且工程量小、适应能力强、经济性好。

发明内容

本发明的目的旨在针对上述存在问题，提供一种可自浮拖航的重力式海上风电基础及其施工方法，该重力式结构可在不需要外界漂浮设备的情况下自行漂浮，进行拖航作业；其体型简单，便于设计与制造，经济效益好。

本发明的技术方案：

一种可自浮拖航的重力式海上风电基础，由连接段、基础主体、内部堆载和外部堆载构成，连接段为钢筋混凝土圆筒；基础主体位于水平面以下，包括钢筋混凝土锥筒、底板、边墙和肋板，底板、边墙和肋板均为钢筋混凝土结构，钢筋混凝土锥筒底部位于底板中心，边墙为圆筒形结构，位于圆形底板的边缘，钢筋混凝土锥筒与边墙之间的环形空间内径向辐射状均布4-8块肋板，使得边墙、肋板和底板之间形成多个独立的空腔，底板、肋板、边墙和钢筋混凝土锥筒浇筑为一整体；底板通过灌浆与岩石地基固定；钢筋混凝土锥筒内填加内部堆载，边墙、肋板和底板之间形成的空腔填加外部堆载；钢筋混凝土锥筒顶部的直径与连接段钢筋混凝土圆筒的直径相同，钢筋混凝土锥筒和连接段钢筋混凝土圆筒的筒壁内均设有预应力钢筋并通过浇注混凝土连接一体，连接段钢筋混凝土圆筒的顶部通过法兰与风机塔筒连接。

所述底板的直径为钢筋混凝土锥筒底部直径的1.5-3倍，厚度为0.8-1.2m；边墙和肋板的高度                                                

由下式确定：

式中：为结构重量，

为边墙内直径，

水的密度，

为重力加速度，安全超高。

一种所述可自浮拖航的重力式海上风电基础的施工方法，步骤如下：

1）在近岸船坞将整体重力式海上风电基础预制成型，并进行预应力张拉；

2）重力式海上风电基础完成后，将船坞内部注水以抬升船坞水面高度，锥筒空腔和边墙、肋板和底板之间形成的空腔可提供浮力，随水位升高，该浮力会迫使基础逐渐漂浮，当船坞水位与外海水位平齐且基础漂浮稳定后，打开船坞闸门，驶入拖航船只，将拖航船只与基础连接，进行拖航作业；

3）基础拖航到指定地点后，基础与船只断开连接，在基础的外堆载区内注入水体开始下沉作业，由于重量增加，结构开始缓慢下沉，下沉过程中需要船舶吊机辅助，确保基础结构缓慢下沉，船舶吊机的起吊能力不低于基础重力与锥筒空腔提供的浮力之差；

4）基础与岩石地基固定后即完成下沉作业，最后在内、外堆载区填入内部堆载和外部堆载以保证基础的稳定性。

本发明的有益效果是：

该重力式海上风电基础可在不使用漂浮箱或其他外部辅助漂浮设备的前提下自行漂浮，进行拖航作业，可有效降低施工成本，减少施工工程量；该基础结构新颖、施工方便、预制安装快捷、材料用量少、施工周期短、操控能力强，具有良好的经济性与适用性。

附图说明

图1该重力式海上风电基础立体结构示意图。

图2该重力式海上风电基础剖视结构示意图。 

图3该重力式海上风电基础俯视结构示意图。

图中：1.连接段    2.钢筋混凝土锥筒   3.底板   4.肋板   5.边墙

6.内部堆载   7.外部堆载   8.预应力钢筋  。 

具体实施方式

实施例：

一种可自浮拖航的重力式海上风电基础，如图1-图3所示，由连接段1、基础主体、内部堆载6和外部堆载7构成，连接段1为钢筋混凝土圆筒；基础主体位于水平面以下，包括钢筋混凝土锥筒2、底板3、边墙5和肋板4，底板3、边墙5和肋板4均为钢筋混凝土结构，钢筋混凝土锥筒2底部位于底板3中心，边墙5为圆筒形结构，位于圆形底板3的边缘，钢筋混凝土锥筒2与边墙5之间的环形空间内径向辐射状均布6块肋板4，使得边墙5、肋板4和底板3之间形成多个独立的空腔，底板3、肋板4、边墙5和钢筋混凝土锥筒2浇筑为一整体；底板3通过灌浆与岩石地基固定；钢筋混凝土锥筒2内填加内部堆载6，边墙5、肋板4和底板3之间形成的空腔填加外部堆载7；钢筋混凝土锥筒2顶部的直径与连接段1钢筋混凝土圆筒的直径相同，钢筋混凝土锥筒2和连接段1钢筋混凝土圆筒的筒壁内均设有预应力钢筋8并通过浇注混凝土连接一体，连接段1钢筋混凝土圆筒的顶部通过法兰与风机塔筒连接。

该实施例为5MW重力式海上风电基础，具体尺寸如下：基础主体钢筋混凝土锥筒2底部外径16m、上部外径7m、高20m、壁厚0.6m；过渡段1外径7m、高7m、厚0.6m；底板3直径30.6m、厚0.8m；肋板高7m、厚1m；边墙5直径30m、高7m、厚0.3m；内部堆载高7m；外部堆载高5m。

该可自浮拖航的重力式海上风电基础的施工方法，步骤如下：

1）在近岸船坞将整体重力式海上风电基础预制成型，并进行预应力张拉；

2）将船坞内部注水以抬升船坞水面高度，随水位升高，该浮力会迫使基础逐渐漂浮，当船坞水位与外海水位平齐且基础漂浮稳定后，打开船坞闸门，驶入拖航船只，将拖航船只与基础连接，进行拖航作业；

3）基础拖航到指定地点后，基础与船只断开连接，在基础的外堆载区内注入水体开始下沉作业，下沉过程中需要船舶吊机辅助，确保基础结构缓慢下沉；

4）基础与岩石地基固定后即完成下沉作业，最后在内、外堆载区填入内部堆载和外部堆载以保证基础的稳定性。

Claims (3)

1.一种可自浮拖航的重力式海上风电基础，其特征在于：由连接段、基础主体、内部堆载和外部堆载构成，连接段为钢筋混凝土圆筒；基础主体位于水平面以下，包括钢筋混凝土锥筒、底板、边墙和肋板，底板、边墙和肋板均为钢筋混凝土结构，钢筋混凝土锥筒底部位于底板中心，边墙为圆筒形结构，位于圆形底板的边缘，钢筋混凝土锥筒与边墙之间的环形空间内径向辐射状均布4-8块肋板，使得边墙、肋板和底板之间形成多个独立的空腔，底板、肋板、边墙和钢筋混凝土锥筒浇筑为一整体；底板通过灌浆与岩石地基固定；钢筋混凝土锥筒内填加内部堆载，边墙、肋板和底板之间形成的空腔填加外部堆载；钢筋混凝土锥筒顶部的直径与连接段钢筋混凝土圆筒的直径相同，钢筋混凝土锥筒和连接段钢筋混凝土圆筒的筒壁内均设有预应力钢筋并通过浇注混凝土连接一体，连接段钢筋混凝土圆筒的顶部通过法兰与风机塔筒连接。

2.根据权利要求1所述可自浮拖航的重力式海上风电基础，其特征在于：所述底板的直径为钢筋混凝土锥筒底部直径的1.5-3倍，厚度为0.8-1.2m；边墙和肋板的高度                                               

由下式确定：

式中：

为结构重量，

为边墙内直径，

水的密度，

为重力加速度，

安全超高。

3.一种如权利要求1所述可自浮拖航的重力式海上风电基础的施工方法，其特征在于步骤如下：

1）在近岸船坞将整体重力式海上风电基础预制成型，并进行预应力张拉；

2）重力式海上风电基础完成后，将船坞内部注水以抬升船坞水面高度，锥筒空腔和边墙、肋板和底板之间形成的空腔可提供浮力，随水位升高，该浮力会迫使基础逐渐漂浮，当船坞水位与外海水位平齐且基础漂浮稳定后，打开船坞闸门，驶入拖航船只，将拖航船只与基础连接，进行拖航作业；

3）基础拖航到指定地点后，基础与船只断开连接，在基础的外堆载区内注入水体开始下沉作业，由于重量增加，结构开始缓慢下沉，下沉过程中需要船舶吊机辅助，确保基础结构缓慢下沉，船舶吊机的起吊能力不低于基础重力与锥筒空腔提供的浮力之差；

4）基础与岩石地基固定后即完成下沉作业，最后在内、外堆载区填入内部堆载和外部堆载以保证基础的稳定性。

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