CN106013212B - 一种海上风机塔基础结构及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上风电机构领域，目的在于提供一种海上风机塔基础结构及安装方法，所述海上风机塔基础结构及安装方法，包括导管架和柱桩组件，所述导管架包括设置在底部的一个以上的圆筒，所述柱桩组件包括一个以上相互平行的柱桩，所述柱桩组件顶部设置在圆筒中，所述柱桩设置在圆筒中的部分通过连接件相互连接，所述圆筒内灌浆使柱桩组件与圆筒相互连接。本发明的有益效果在于：柱桩可采用小直径钢管桩，多个柱桩经连接件联合在一起并与导管架主导管底部的套筒灌浆连接，使得柱桩之间形成格构式结构，增大了结构惯性矩，增强结构的整体刚度与水平承载力，减小了柱桩桩身水平位移，提高了基础抗倾覆能力。

Description

一种海上风机塔基础结构及安装方法

技术领域

本发明涉及海上风电机构领域，特别涉及一种海上风机塔基础结构及安装方法。

背景技术

在能源日益短缺的情况下，海上风电作为一种清洁的可再生能源发展迅速，风机基础作为海上风电机组的支撑体系，负责将基础过渡连接段传递的风机荷载以及自身受到的波荷载、水流荷载以及靠泊力和撞击力等传递到地基土中，在保证海上风电整体安全方面起着十分重要的作用。

桩基础由于其优良的性能一直备受青睐，成为海上风电基础的主要型式，世界范围内95％以上的海上风电基础都采用桩基础。但是随着风机机组单机容量的越来越大，基础的桩基和壁厚也显著增加，随之既增加了成本，也增加了施工难度。海上风电多桩基础桩基的抗拔能力成为基础的选型的主要控制指标，桩基抗拔能力的提高可通过增加桩长或采用嵌岩桩的方式来完成。桩基的长度设定不仅受经济指标的控制，还受施工难易程度控制，且大直径桩嵌岩需要大型施工船只，打桩和钻机设备，施工费用昂贵，工期长，风险高，是世界性的难题，成为了风机基础发展的制约因素。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种结构简单、施工难度低的海上风机塔基础结构及安装方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种海上风机塔基础结构，包括导管架和柱桩组件，所述导管架包括设置在底部的一个以上的圆筒，所述柱桩组件包括一个以上相互平行的柱桩，所述柱桩组件顶部设置在圆筒中，所述柱桩设置在圆筒中的部分通过连接件相互连接，所述圆筒内灌浆使柱桩组件与圆筒相互连接。

为了解决上述技术问题，本发明采用的方法为：

一种海上风机塔基础安装方法，包括以下步骤：

步骤1、将甲板平台、主导管及圆筒由上至下依次连接预制成导管架，其中主导管的数量为三个以上，圆筒连接在主导管底端；

步骤2、对应主导管位置将柱桩打入岩层中，每个主导管所对应的柱桩数量相同；

步骤3、用连接件将相同主导管所对应的柱桩上部连接起来组成柱桩组件；

步骤4、将导管架移至柱桩组件上方，用圆筒套柱桩组件上端，并固定调平导管架；

步骤5、在圆筒内灌浆，使柱桩组件与圆筒灌浆连接；

步骤6、将风机塔筒安装在甲板平台上。

本发明的有益效果在于：柱桩可采用小直径钢管桩，多个柱桩经连接件联合在一起并与导管架主导管底部的套筒灌浆连接，使得柱桩之间形成格构式结构，增大了结构惯性矩，增强结构的整体刚度与水平承载力，减小了柱桩桩身水平位移，提高了基础抗倾覆能力，降低了基础结构的动力响应。同时小直径柱桩的施工技术非常成熟，嵌岩施工方便，大大降低了施工难度，施工风险和费用。

附图说明

图1是本发明实施例海上风机塔基础结构的主视图；

图2是本发明实施例海上风机塔基础结构的俯视图；

图3是本发明实施例海上风机塔基础结构的圆筒内部结构图。

标号说明：

1、导管架；2、柱桩组件；3、风机塔筒；11、甲板平台；12、主导管；13、圆筒；14、加强筋板；15、斜撑；16、圆环加强板；21、柱桩；22、连接件。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思在于：柱桩可采用小直径钢管桩，经连接件联合并与圆筒灌浆连接钩可提供较强的承载力和抗倾覆能力。

请参阅图1至图3所示，本实施例的海上风机塔基础结构，包括导管架1和柱桩组件2，所述导管架1包括设置在底部的一个以上的圆筒13，所述柱桩组件2包括一个以上相互平行的柱桩21，所述柱桩组件2顶部设置在圆筒13中，所述柱桩21设置在圆筒13中的部分通过连接件22相互连接，所述圆筒13内灌浆使柱桩组件2与圆筒13相互连接。

本实施例的海上风机塔基础安装方法，包括以下步骤：

步骤1、将甲板平台11、主导管12及圆筒13由上至下依次连接预制成导管架1，其中主导管12的数量为三个以上，圆筒13连接在主导管12底端；

步骤2、对应主导管12位置将柱桩21打入岩层中，每个主导管12所对应的柱桩21数量相同；

步骤3、用连接件22将相同主导管12所对应的柱桩21上部连接起来组成柱桩组件2；

步骤4、将导管架1移至柱桩组件2上方，用圆筒13套柱桩组件2上端，并固定调平导管架1；

步骤5、在圆筒13内灌浆，使柱桩组件2与圆筒13灌浆连接；

步骤6、将风机塔筒3安装在甲板平台11上。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：柱桩21可采用小直径钢管桩，多个柱桩21经连接件22联合在一起并与导管架1主导管12底部的套筒灌浆连接，使得柱桩21之间形成格构式结构，增大了结构惯性矩，增强结构的整体刚度与水平承载力，减小了柱桩21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。同时小直径柱桩21的施工技术非常成熟，嵌岩施工方便，大大降低了施工难度，施工风险和费用。

进一步的，所述导管架1包括甲板平台11、主导管12和圆筒13，所述主导管12的数量为三个以上，所述主导管12于甲板平台11下方均匀间隔分布，所述主导管12顶端与甲板平台11连接，所述主导管12底端连接有所述圆筒13。

由上述描述可知，导管架1结构简单，便于加工，主导管12与圆筒13上下对应，可将风机塔重力及扭矩传递到柱桩21上，使结构更加牢固。

进一步的，所述主导管12向中心倾斜设置，所述主导管12的倾角为80°～89°，相邻主导管12之间通过加强筋板14相互连接。

进一步的，所述主导管12上部直径小于下部直径。

由上述描述可知，主导管12向中心倾斜设置，形成上小下大的梯台结构，主导管12上部直径小于下部直径，可降低重心，使结构稳定，相邻主导管12之间通过加强筋板14相互连接，可提高导管架1强度。

进一步的，所述主导管12内部填充有灌浆。

由上述描述可知，主导管12内部填充有灌浆或不填充，填充灌浆会使主导管12抗冲击能力更好，提高使用寿命。

进一步的，所述柱桩21与圆筒13之间焊接有抗剪键。

由上述描述可知，柱桩21与圆筒13之间焊接有抗剪键，可提高设备抗剪强度。

进一步的，所述柱桩21内填充有混凝土、钢筋混凝土或砂石填充物。

由上述描述可知，柱桩21内填充有混凝土、钢筋混凝土或砂石填充物，可将海水排出，增加柱桩21质量，提高稳定性。

进一步的，所述甲板平台11上方固定有斜撑15，所述斜撑15上方固定有圆环加强板16。

由上述描述可知，风机塔筒3竖直固定在甲板平台11上方，圆环加强板16套设在风机塔筒3上并固定，斜撑15连接甲板平台11、圆环加强板16及风机塔筒3，给风机塔筒3提供外部支撑并与导管架1牢固连接。

请参照图1至图3所示，本发明的实施例一为：

一种海上风机塔基础结构，包括风机塔筒3，所述风机塔筒3的下端连接有甲板平台11，所述甲板平台11下侧间隔设置有四个主导管12，所述主导管12下端设置有圆筒13，所述圆筒13内均布有多根经连接件22相连接的柱桩21，所述柱桩21与圆筒13之间经灌浆连接，所述风机塔筒3上设置有外环加强板，风机塔筒3上且位于外环加强板下侧均布有与甲板平台11固定连接的斜撑15，所述甲板平台11下侧间隔设置有四个主导管12，所述主导管12为直导管或斜导管，斜导管与水平面的夹角为91～100°，相邻两主导管12之间自上而下设置有若干斜置的以及水平的加强筋板14以形成导管架1，所述主导管12内灌浆或不灌浆，主导管12上部细下部粗，所述主导管12直径1.4～1.8m，主导管12高度为14～16m，主导管12与圆筒13的过渡段高1.8～2.3m，所述圆筒13直径为3～4m，圆筒13高度为4.5～5.5m，所述圆筒13内均布有3根呈品字状排列的柱桩21，所述柱桩21位于圆筒13内的部位之间自上而下上间隔设置有4组连接件22，所述柱桩21的上部外表面与圆筒13的内表面之间可焊接有抗剪键或不焊接抗剪键，所述柱桩21内填充有混凝土或者钢筋混凝土或砂石填充物，或不填充，所述柱桩21为钢管桩，柱桩21的直径大于0.5m，相邻两柱桩21之间的距离为1.2～1.8m，柱桩21上部与圆筒13的灌浆连接长度为4.5～5.5m，柱桩21下端可嵌入岩层，嵌入深度为4m。

综上所述，本发明提供的海上风机塔基础结构及安装方法，柱桩可采用小直径钢管桩，多个柱桩经连接件联合在一起并与导管架主导管底部的套筒灌浆连接，使得柱桩之间形成格构式结构，增大了结构惯性矩，增强结构的整体刚度与水平承载力，减小了柱桩桩身水平位移，提高了基础抗倾覆能力，降低了基础结构的动力响应。同时小直径柱桩的施工技术非常成熟，嵌岩施工方便，大大降低了施工难度，施工风险和费用，导管架结构简单，便于加工，主导管与圆筒上下对应，可将风机塔重力及扭矩传递到柱桩上，使结构更加牢固，主导管向中心倾斜设置，形成上小下大的梯台结构，主导管上部直径小于下部直径，可降低重心，使结构稳定，相邻主导管之间通过加强筋板相互连接，可提高导管架强度，主导管内部填充有灌浆或不填充，填充灌浆会使主导管抗冲击能力更好，提高使用寿命，柱桩与圆筒之间焊接有抗剪键，可提高设备抗剪强度，柱桩内填充有混凝土、钢筋混凝土或砂石填充物，可将海水排出，增加柱桩质量，提高稳定性，风机塔筒竖直固定在甲板平台上方，圆环加强板套设在风机塔筒上并固定，斜撑连接甲板平台、圆环加强板及风机塔筒，给风机塔筒提供外部支撑并与导管架牢固连接。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种海上风机塔基础结构，其特征在于：包括导管架和柱桩组件，所述导管架包括设置在底部的一个以上的圆筒，所述柱桩组件包括一个以上相互平行的柱桩，所述柱桩组件顶部设置在圆筒中，所述柱桩设置在圆筒中的部分通过连接件相互连接，所述圆筒内灌浆使柱桩组件与圆筒相互连接。

2.根据权利要求1所述的海上风机塔基础结构，其特征在于：所述导管架包括甲板平台、主导管和圆筒，所述主导管的数量为三个以上，所述主导管于甲板平台下方均匀间隔分布，所述主导管顶端与甲板平台连接，所述主导管底端连接有所述圆筒。

3.根据权利要求2所述的海上风机塔基础结构，其特征在于：所述主导管向中心倾斜设置，所述主导管的倾角为80°～89°，相邻主导管之间通过加强筋板相互连接。

4.根据权利要求2所述的海上风机塔基础结构，其特征在于：所述主导管上部直径小于下部直径。

5.根据权利要求2所述的海上风机塔基础结构，其特征在于：所述主导管内部填充有灌浆。

6.根据权利要求1所述的海上风机塔基础结构，其特征在于：所述柱桩与圆筒之间焊接有抗剪键。

7.根据权利要求1所述的海上风机塔基础结构，其特征在于：所述柱桩内填充有混凝土、钢筋混凝土或砂石填充物。

8.根据权利要求2所述的海上风机塔基础结构，其特征在于：所述甲板平台上方固定有斜撑，所述斜撑上方固定有圆环加强板。

9.一种海上风机塔基础安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将甲板平台、主导管及圆筒由上至下依次连接预制成导管架，其中主导管的数量为三个以上，圆筒连接在主导管底端；

步骤2、对应主导管位置将柱桩打入岩层中，每个主导管所对应的柱桩数量相同；

步骤3、用连接件将相同主导管所对应的柱桩上部连接起来组成柱桩组件；

步骤4、将导管架移至柱桩组件上方，用圆筒套柱桩组件上端，并固定调平导管架；

步骤5、在圆筒内灌浆，使柱桩组件与圆筒灌浆连接；

步骤6、将风机塔筒安装在甲板平台上。