CN104818727A - 一种单桩-重力式联合海上风电基础 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由单桩与重力式联合的海上风电场风机基础，它包括竖直插入海床中的钢管桩，钢管桩的上端与过渡段连接，过渡段的上端与风机塔筒连接，钢管桩的下端穿过重力式基础锚固于海床上。本发明技术方案给出了由单桩、重力式联合组成的新型基础型式，该基础通过在钢管桩靠近海床面的位置附加中空重力式基础，增强了靠近海床面处的单桩基础刚度，结合了两种基础的优势，扩大了单桩基础的使用范围。此方案增强了单桩基础抵抗弯矩的能力，减小桩身位移，实现了减少钢管桩直径和厚度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上风电基础，特别是一种单桩-重力式联合海上风电基础。
背景技术
当前能源危机越来越严重，作为主要能源的煤和石油，不仅资源有限，而且会对环境造成比较严重的污染。我国海岸线长，海上风能资源十分丰富，海上风电场具有风速大、有效发电时间长、不占用陆地、距离负荷中心近等优点，具有很好的可开发前景。海上环境复杂多变，基础结构的安全性、经济性与适应性是制约海上风电开发的关键因素。
海上风电场风机基础的结构型式可分为重力式基础、单桩基础、多柱基础、吸力式基础等。风机基础的结构选型，需从基础结构特点、自然地质条件、海上施工技术与经验以及经济性方面进行分析比较。
单桩基础一般指单根钢管桩基础，其结构特点是施工方便快捷，经济性好。单桩基础由一根钢管桩构成，其埋入深度由水深和地质条件决定。单桩基础因为成本低、施工方便而在国外获得了广泛应用，在欧洲采用单桩基础的比例达70％以上。单桩基础主要承受风、浪等水平荷载作用，其水平承载性能是其适用与否的关键。由于整体刚度相对较小，桩身位移往往较大，在波浪、风荷载作用下的结构动力响应较大，容易产生疲劳损伤甚至失效。随着海上风电规模化的开发，风力机组单机容量越来越大，5MW 及以上的机组已研发成功并投入使用，采用传统的单桩型式，桩的直径和壁厚将会显著增加，既增加了成本，也增加了施工难度。
重力式基础是最早应用于海上风电场的基础型式，靠其自重固定风机，常用的有混凝土重力式基础和钢沉箱基础两种。该基础型式适用于水深小于10m的海域，在大于10m水深时为保证足够重量抵抗外荷载，其尺寸和造价随水深的增加而迅速增大。这种基础结构简单、造价低、受海床沙砾影响不大，抗风暴和风浪性能好。其缺点在于：需要预先海床准备，海上施工周期较长；由于其体积大、重量大，使得安装起来不方便且运输费用较大；适用水深范围较小，随着水深的增加，其经济性不仅得不到体现，造价反而比其它类型基础要高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种可在无需大幅增大单根钢管桩直径或厚度的，又能保证水平承载性能的单桩-重力式联合海上风电基础。
一种单桩-重力式联合海上风电基础，包括有单根钢管桩及重力式基础，在重力式基础的中间部位设置有大于单根钢管桩的空心圆孔，单根钢管桩穿过重力式基础的空心圆孔并插入到海床中，在单根钢管桩与重力式基础之间的空隙中灌入混凝士。
本发明的单桩-重力式联合海上风电基础由单桩、重力式基础联合组成，单桩与重力式基础之间通过混凝土灌浆连为一体，增强了结构整体刚度及水平承载力，减小了桩身水平位移，提高了基础抗倾覆能力，降低了基础结构的动力响应，扩大了单桩及重力式基础的适用范围，具有很好的应用价值。
所述重力式基础为预制混凝土结构或钢沉箱结构。
所述的重力式基础的中空圆孔直径比钢管桩大0.2～0.6m。
所述的单根钢管桩的直径为2～8m，长20～100m。
综上所述的，本发明相比现有技术如下优点：
本发明技术方案给出了一种新型的海上风电场风机基础型式。所述基础由单桩、重力式基础联合组成，单桩与重力式基础之间通过混凝土灌浆连为一体，增强了结构整体刚度及水平承载力，减小了桩身水平位移，提高了基础抗倾覆能力，降低了基础结构的动力响应，扩大了单桩及重力式基础的适用范围，相对于单桩基础增大直径或厚度，重力式基础增大尺寸或重量具有更好的经济效益。因此，本发明具很高的应用价值。
附图说明
图1 为本发明单桩-重力式联合海上风电基础结构示意图。
图2 为图1的俯视图。
图中1单桩；2 重力式基础；3过渡段；4风机塔筒。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例1
如附图1 和2 所示，一种单桩-重力式联合海上风电基础，包括单根钢管桩1、重力式基础2、过渡段3和风机塔筒4。
重力式基础为预制混凝土结构，圆形，中间为空心圆孔，圆孔与钢管桩同圆心，直径比钢管桩大0.2m。
所述钢管桩通过穿过式基础中间空心圆孔打入海床，直径选择2-8m，长度选择30-80m。
本发明实施过程如下：
（1) 对基础海域海床进行清淤、整平处理；
（2) 将预制好的重力式基础2运至相应位置，并安放好；
（3) 清理重力式基础中间空心圆孔内杂质，将钢管桩1打入海床；
（4) 对钢管桩1与重力式基础2间空隙进行灌浆；
（5) 将过渡段3与钢管桩1连接，在过渡段3的上端安装风机塔筒4。
本实施例未述部分与现有技术相同。
Claims (5)
1.一种单桩-重力式联合海上风电基础，其特征在于：包括有单根钢管桩及重力式基础，在重力式基础的中间部位设置有大于单根钢管桩的空心圆孔，单根钢管桩穿过重力式基础的空心圆孔并插入海床中，在单根钢管桩与重力式基础之间的空隙中灌入混凝士。
2.根据权利要求1所述的单桩-重力式联合海上风电基础，其特征在于：所述重力式基础为预制混凝土结构或钢沉箱结构。
3.根据权利要求2所述的单桩-重力式联合海上风电基础，其特征在于：所述的重力式基础的中空圆孔直径比单根钢管桩大0.2 ～ 0.6m。
4.根据权利要求3所述的单桩-重力式联合海上风电基础，其特征在于：所述的单根钢管桩的直径为2 ～ 8m，长20 ～ 100m。
5.根据权利要求1所述的单桩-重力式联合海上风电基础，其特征在于：（1）在实施时单桩-重力式联合海上风电基础时先对基础海域海床进行清淤、整平处理；
（2) 将预制好的重力式基础运至相应位置，并安放好；
（3) 清理重力式基础中间空心圆孔内杂质，将单根钢管桩打入海床；
（4) 对单根钢管桩与重力式基础间空隙进行灌浆；
（5) 将过渡段与单根钢管桩连接，在过渡段的上端安装风机塔筒。
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