CN104452798A - 海上风机基础结构、设备及其施工方法 - Google Patents

海上风机基础结构、设备及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上风机基础结构、设备及其施工方法。该海上风机基础结构，包括：多个管桩以及连接该多个管桩的承台，该多个管桩呈规则分布锚定在海床中，该承台位于地面以上，其中，该管桩包括上管部、下管部以及该上管部与该下管部之间过渡的变径管部，该变径管部设在该海床平面以下。本发明提供的基础结构、设备及其施工方法具有稳定性好，整体刚度大，桩身位移和内力小的优点，且安装便利，节省钢身用钢量。

Description

海上风机基础结构、设备及其施工方法
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体涉及到一种海上风机基础结构、设备及其施工方法。
背景技术
10m到20m水深的海域的风力发电是我国下一阶段发展的重点。目前使用的高桩承台基础是由桩和连接桩顶的承台组成的水中基础，且承台底位于地面或冲刷线以上。高桩承台基础因为桩身外露部位没有土的弹性抗力作用，当水深较大时，桩身内力和位移大，稳定性差，整体刚度小。高桩承台基础均造价较高，影响了海上风电的经济可行性。
目前采用的海上风机基础结构，以中国水电顾问集团中南勘测设计研究院有限公司的一种适用于液化软基的风机基础及其施工方法(申请号201410092338.4)为例，其存在以下缺点：1)桩身上下等直径。如没有考虑高耸结构基础压力小，弯矩剪力大的特点；当桩尖持力层埋深很大时，等截面的桩抗压有余而抗弯(上段)又得不到加强；2)桩身出海底地面之后似悬臂柱立在水中，特别是水深达到近20m或以上时桩的水平变形大，基础水平刚度小。影响了风机结构的刚度和自振周期，甚至导致共振；3)高桩承台用普通混凝土，在风机疲劳作用下易开裂，而接近海面处环境腐蚀性很强，开裂的混凝土基础的耐久性较差。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术上述或其他不足，本发明提供了一种海上风机基础结构、设备及其施工方法，解决了在深水区海上风机基础的桩身内力和位移大，稳定性差，整体性刚度小等问题。
本发明一方面提供了一种海上风机基础结构，包括：多个管桩以及连接该多个管桩的承台，该多个管桩呈规则分布锚定在海床中，该承台位于地面以上，其中，该管桩包括上管部、下管部以及该上管部与该下管部之间过渡的变径管部，该变径管部设在该海床平面以下。
进一步地，该管桩为钢管桩，且该管桩的该上管部注有混凝土。
进一步地，该上管部直径与所述下管部的管径比为3：1～3：2。
进一步地，在海床以上到该承台底部之间，该管桩与管桩之间通过钢桁架连接。
进一步地，该管桩外周表面至少布设有一插接槽和若干个栓钉，该插接槽内侧的管桩上焊接该栓钉，所述钢桁架两端具有突出部与该插接槽匹配插接，且该钢桁架靠管桩一侧焊接该栓钉。
进一步地，在该钢桁架和该管桩插接槽空隙内注入灌浆料，使该钢桁架和该钢管桩连成一体。
进一步地，该插接槽外侧与该管桩外壁间设置加劲板。
进一步地，该插接槽端口与该钢桁架接触部位设止水橡胶条。
进一步地，在海床平面下基部，该管桩与管桩之间设有泥面插板。
本发明另一方面提供了一种海上风机基础设备，其包括上述海上风机基础结构。
进一步地，还包括上部塔筒，且采用预应力锚栓连接该塔筒和该基础结构，该承台内具有上、下两层，分别设置交叉预应力钢绞线。
本发明又一方面提供了一种海上风机基础设备施工方法，包括：在海床中预定位置打入多个、管桩；该多个管桩呈规则分布锚定，该承台位于地面以上，其中，该管桩包括上管部、下管部以及该上管部与该下管部之间过渡的变径管部，该变径管部设在该海床平面以下。
进一步地，还包括以下步骤：向该管桩内注混凝土；在各管桩之间打入泥面插板；再将多个钢桁架插入到相邻两钢管桩的插接槽内；将灌浆料注入插接槽与预制预应力框架的间隙内；制作钢筋混凝土承台，在该承台内张拉双层双向预应力钢绞线；最后安装风机底节，张拉预应力锚栓。
本发明与现有技术相比，其具有以下优点：同传统深水区高桩承台相比，钢桁架插接一体化海上风机基础具有稳定性好，整体刚度大，桩身位移和内力小的优点，且安装便利。
附图说明
图1为本发明示意性示出海上风机基础结构平面示意图；
图2为本发明示意性示出钢桁架单元的平面示意图；
图3为本发明图1中示意性示出海上风机基础结构沿A-A方向的剖面图；
图4本发明图2中示意性示出钢桁架的沿B-B方向的剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本发明示意性示出海上风机基础结构平面示意图。如图1所示，本发明提供了一种海上风机基础结构，包括：多根管桩1以及连接该多个管桩1的承台12，该多个管桩1呈规则分布如呈圆周分布等方式锚定在海床中，该承台12位于地面以上，其中，该管桩1包括上管部、下管部以及该上管部与该下管部之间过渡的变径管部1B，该变径管部设在该海床平面以下，其位置可以综合根据上部荷载和海水深度以及桩身弯矩等因素进行调整。
其中，该管桩1为钢管变径桩，且该管桩的该上管部注有混凝土2，优选地，在变径处以上注入混凝土，在变径处设有隔板，变径处以下的下管部无混凝土注入。根据高耸结构桩的受力特点，上粗下细的变径桩。该上管部直径与所述下管部的管径比为3：1～3：2。上管部主要用于抗弯曲，其弯矩大；下管部基本不受弯只受压。而高耸结构压力较小。
参考图1，在海床以上到该承台12底部之间，该管桩1与管桩1之间通过多个钢桁架单元连接，在海床平面下基部，该管桩1与管桩1之间设有泥面插板6形成一体化多桩。其避免桩身独立于较深的海水中成悬臂柱而削弱基础水平刚度。
图2为本发明示意性示出钢桁架单元的平面示意图。如图2所示，钢桁架单元包括四边形框架7和多个钢桁架栓钉9，在其一边的中点设置第一节点板，在其对置边的两角分别设置第二节点板和第三节点板，在该第一、二节点板与该第一三节点板上分别通过节点连接一单腹式杆件，该杆件为两个角钢组成的T形截面,可选择地也可为十字形、槽形或管形等截面，其中，钢桁架单元的个数以及形状根据海床以上钢管的长度进行调整。
图3为本发明图1中示意性示出海上风机基础结构沿A-A方向的剖面图，如图3所示，本发明提供的多个管桩包括一中心管桩，且其他多根管桩围绕一中心管桩呈圆周分布，图示管桩数量仅为示意性示出，其还可以是多个管桩围绕同一中心沿由小到大的多个圆周分布。优选地，沿圆周分布的多根管桩通过多个上述钢桁架单元连接，该中心管桩与在水平轴线上和垂直轴线上的管桩通过多个上述钢桁架单元连接。每个管桩1上设置至少两个插接槽3，在管桩1与管桩1的插接槽3之间插入经特殊防腐处理的预制钢桁架7，然后在连接槽中压入灌浆料10，如聚酯砂浆，使多个管桩1形成一体化空间桁架，增加基础刚度。
图4本发明图2中示意性示出钢桁架的沿B-B方向的剖面图。如图4所示，相邻钢管桩1在海床以上连接钢桁架7对应位置处设置插接槽3，插接槽3外侧同钢管桩外壁间设置加劲板4，位于插接槽3内侧的钢管桩上焊接栓钉5，插接槽3端部同钢桁架7相接触部位设置止水橡胶条8。钢桁架7靠桩1一侧焊接栓钉9。
钢桁架7的两侧有T形突出，将钢桁架7依次放入两相邻钢管桩1的插槽3内。灌浆料10注入插槽3同钢桁架7的间隙内。钢管桩与承台所连栓钉11置于钢管桩上部，钢筋混凝土承台12通过钢管桩与承台所连栓钉11同钢管桩相连。
本发明另一方面提供了一种海上风机基础设备，其包括上述海上风机基础结构。
进一步地，还包括上部塔筒，且采用预应力锚栓连接该塔筒和该基础结构，该承台内具有上、下两层，分别设置双层双向预应力钢绞线13。承台内上下两层双向交叉预应力钢绞线和竖直向的预应力锚栓14共同使承台成为三向受压的无裂缝实体。采用预应力锚栓连接上部塔筒和基础，同时对基础承台混凝土施加了竖向预应力；承台水平双向双层即上、下表面分别配预应力筋，使承台在三向受压，减小受多种复合疲劳荷载下的开裂。
本发明又一方面提供了上述海上风机基础设备的施工方法，具体包括以下步骤：
1、按照预定位置打入若干根钢管桩1。在海床中预定位置打入多个管桩1；该多个管桩呈规则分布锚定，该承台位于地面以上，其中，该管桩包括上管部、下管部以及该上管部与该下管部之间过渡的变径管部，该变径管部设在该海床平面以下。
2、向钢管桩内注混凝土2。
3、在各钢管桩1之间打入泥面插板6。
4、在工厂完成钢桁架7的组装并运送至现场。
5、将若干榀钢桁架7插入到相邻两钢管桩1的插接槽3内。
8、将灌浆料10注入插接槽3与预制预应力框架的间隙内。
9、制作钢筋混凝土承台12，养护。
10、张拉双层双向预应力钢绞线13，如采用后张法。
11、安装风机底节，张拉预应力锚栓。
本发明与现有技术相比，其具有以下优点：同传统深水区高桩承台相比，钢桁架插接一体化海上风机基础具有稳定性好，整体刚度大，桩身位移和内力小的优点，且安装便利，节省钢身用钢量。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种海上风机基础结构，包括：多个管桩以及连接该多个管桩的承台，该多个管桩呈规则分布锚定在海床中，该承台位于地面以上，其中，该管桩包括上管部、下管部以及该上管部与该下管部之间过渡的变径管部，该变径管部设在该海床平面以下。
2.根据权利要求1所述海上风机基础结构，其特征在于：该管桩为钢管桩，且该管桩的该上管部注有混凝土。
3.根据权利要求1或2所述海上风机基础结构，其特征在于：该上管部直径与所述下管部的管径比为3：1～3：2。
4.根据权利要求1所述海上风机基础结构，其特征在于：在海床以上到该承台底部之间，该管桩与管桩之间通过钢桁架连接。
5.根据权利要求4所述海上风机基础结构，其特征在于：该管桩外周表面至少布设有一插接槽和若干个栓钉，该插接槽内侧的管桩上焊接该栓钉，所述钢桁架两端具有突出部与该插接槽匹配插接，且该钢桁架靠管桩一侧焊接该栓钉。
6.根据权利要求5所述海上风机基础结构，其特征在于：在该钢桁架和该管桩插接槽空隙内注入灌浆料，使该钢桁架和该钢管桩连成一体。
7.根据权利要求4-6任一项所述海上风机基础结构，其特征在于：该插接槽外侧与该管桩外壁间设置加劲板。
8.根据权利要求4-6任一项所述海上风机基础结构，其特征在于：该插接槽端口与该钢桁架接触部位设止水橡胶条。
9.根据权利要求1所述海上风机基础结构，其特征在于：在海床平面下基部，该管桩与管桩之间设有泥面插板。
10.一种海上风机基础设备，其包括如权利要求1-9任一项所述海上风机基础结构。
11.根据权利要求10所述海上风机基础设备，其特征在于：还包括上部塔筒，且采用预应力锚栓连接该塔筒和该基础结构，该承台内具有上、下两层，分别设置交叉预应力钢绞线(13)。
12.一种海上风机基础设备施工方法，包括：在海床中预定位置打入多个管桩；该多个管桩呈规则分布锚定，该承台位于地面以上，其中，该管桩包括上管部、下管部以及该上管部与该下管部之间过渡的变径管部，该变径管部设在该海床平面以下。
13.根据权利要求12所述海上风机基础设备，其特征在于：还包括以下步骤：向该管桩内注混凝土；在各管桩之间打入泥面插板；再将多个钢桁架插入到相邻两钢管桩的插接槽内；将灌浆料注入插接槽与预制预应力框架的间隙内；制作钢筋混凝土承台，在该承台内张拉双层双向预应力钢绞线；最后安装风机底节，张拉预应力锚栓。
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