CN106245671B - 一种组合式海上风电基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式海上风电基础及其施工方法，此风电基础包括矩形断面框体结构的沉箱，沉箱内部设置多个装有进水阀和出水阀的隔舱，沉箱与上、下钢套环之间分别均匀布置有斜支撑杆和水平支撑杆；上、下钢套环内穿套并连接有钢管桩；施工时，先将钢管桩和连接后的沉箱、水平支撑杆、斜支撑杆以及上、下钢套环整体浮运到位；然后通过进水阀进水、出水阀排气的方式将沉箱沉至海床；再以上、下钢套环为桩导向将钢管桩打桩至海床内的设计深度；最后分别通过高粘度材料连接钢管桩和上、下钢套环。本发明结构简单，设计合理，建设成本低，可预制，便于施工，具有很强的实用性，能较好地满足海上风电机组的安装需求，可有效提高施工效率与施工质量。

Description

一种组合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，具体的说，是涉及一种组合式海上风电基础，并针对此基础提出相应的施工方法。

背景技术

风能是因太阳辐射而引起的空气流做功所产生的能量，是一种可再生的、无污染的清洁能源。随着工业化的进程不断推进，能源短缺的压力日益加剧，能源价格持续攀升，作为最重要的可再生能源，风能资源的开发和利用已经引起了全世界的重视。相比陆上风电，海上风电具有高风速、低损耗、高产出、环境污染小、不占用耕地等优点。因此，海上风电发展将会是未来风电发展的主要方向。兆瓦级海上风电机组的设计是全球经济增长对工程提出的新要求，其基础设计更是人们较为关注的热点问题。为了承受海上的强风载荷、海水腐蚀和波浪冲击等，海上风电机组的基础远比陆上的结构复杂，其技术难度大，建设成本高。

发明内容

基于海上风电机组的基础较高的设计要求，本发明提供了一种组合式海上风电基础及其施工方法，该基础结构简单，设计合理，建设成本低，可预制，便于施工，具有很强的实用性，能较好地满足海上风电机组的安装需求，可有效提高施工效率与施工质量。

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：

一种组合式海上风电基础，其特征在于，包括沉箱，所述沉箱为具有矩形纵向断面的框体箱式结构，所述沉箱内部设置有将其分隔为多个隔舱的隔板，每个所述隔舱设置有进水阀和出水阀；在所述沉箱的竖向对称中心线上分别设置有上钢套环和下钢套环，所述上钢套环与所述沉箱之间均匀辐射布置有斜支撑杆，所述下钢套环与所述沉箱之间均匀辐射布置有水平支撑杆；所述上钢套环内和所述下钢套环内同时穿套有钢管桩，所述钢管桩分别与所述上钢套环内和所述下钢套环通过高粘度材料连接；所述沉箱底面用于坐落于海床，所述钢管桩底部用于插入海床，所述钢管桩用于通过法兰连接风机塔筒。

其中，所述隔舱的数量为4～16个。

其中，所述沉箱底部外侧的周边设置有趾板。

其中，所述水平支撑杆和所述斜支撑杆均布置有4～16个。

其中，所述斜支撑杆的两端分别与所述上钢套环外侧和所述沉箱内侧焊接。

其中，所述水平支撑杆的两端分别与所述下钢套环外侧和所述沉箱内侧焊接。

其中，所述高粘度材料为普通水泥浆、环氧胶泥或高强灌浆料。

一种组合式海上风电基础的施工方法，按照如下步骤进行：

(1)预制所述沉箱、所述水平支撑杆、所述斜支撑杆、所述上钢套环、所述下钢套环，并将所述沉箱、所述水平支撑杆、所述斜支撑杆、所述上钢套环、所述下钢套环连接为整体结构；

(2)关闭所述沉箱中各所述隔舱的所述进水阀和所述出水阀，将步骤(1)连接后的整体结构及钢管桩浮运至安装地点；

(3)在安装地点定位后，打开各所述隔舱的所述进水阀和所述出水阀，通过所述进水阀进水、所述出水阀排气的方式将所述沉箱沉至已整平的海床上，安装到位后关闭所有的所述进水阀和所述出水阀；

(4)以所述上钢套环和所述下钢套环为桩导向，将所述钢管桩打桩至海床内的设计深度；

(5)分别在所述钢管桩和所述上钢套环之间、所述钢管桩和所述下钢套环之间注入所述高粘度材料。

本发明的有益效果是：

本发明的组合式海上风电基础及其施工方法，相对其它风电基础，结构设计简单，技术难度小，施工效率高。此风电基础中的沉箱结构可以预制，施工速度快、水下工作量小、结构整体性好，沉箱依靠自重来抵抗风电机组荷载和各种环境荷载作用，从而维持基础的抗倾覆、抗滑移稳定；同时，水平支撑杆和斜支撑杆可降低钢管桩所受弯矩作用，提高风机基础的抗弯矩能力。总体来看，本发明的组合式海上风电基础设计简单，施工方便快捷，具有良好的适用性和运用前景。

附图说明

图1是本发明所提供的组合式海上风电基础的立视图；

图2是本发明所提供的组合式海上风电基础的俯视图。

图中：1、沉箱；2、水平支撑杆；3、斜支撑杆；4、钢管桩；5、上钢套环；6、下钢套环；7钢隔板；8、进水阀；9出水阀；10、趾板；11、法兰；12、风机塔筒。

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和图2所示，本实施例公开了一种组合式海上风电基础，针对一兆瓦级风电机组设计，海平面距河床15m，主要由沉箱1、水平支撑杆2、斜支撑杆3、钢管桩4、上钢套环5、下钢套环6组成。

沉箱1为正四边形的钢制框体箱式结构，该框体结构的纵向断面为矩形。沉箱1的厚度为25mm，外侧长×宽×高为21m×21m×5m，内侧长×宽×高为16m×16m×5m。沉箱1内部设有若干厚度为25mm的钢隔板7，将整个沉箱1分为4～16个隔舱，可增加沉箱1的刚度及稳定性。沉箱1的每个隔舱顶部分别设有进水阀8和出水阀9，用于水和气的进入和排出。沉箱1底部外侧四周设置有钢制趾板10，趾板厚度为25mm，高度为500mm；趾板10插入地基中可以提高基础的抗滑和抗倾覆能力。

沉箱1下部的中心处设置有下钢套环6，下钢套环6的高度为1m，厚度为50mmm。下钢套环6与沉箱1之间布置有八根水平支撑杆2，水平支撑杆2采用型号为I50C的工字钢制成，其两端分别与下钢套环6外侧与沉箱1内侧进行焊接。通常地，下钢套环6与沉箱1之间均匀辐射布置有4～16根水平支撑杆2，每根水平支撑杆2均沿水平方向设置。

下钢套环6的正上方设置有上钢套环5，上钢套环5的高度为3m，厚度为50mmm。上钢套环5与沉箱1之间布置有四根斜支撑杆3，斜支撑杆3采用直径2.5m、壁厚25mm的钢管制成，其两端分别与上钢套环5外侧与沉箱1内侧进行焊接。通常地，上钢套环5与沉箱1之间均匀辐射布置有4～16根斜支撑杆3，每根斜支撑杆3均由沉箱1内侧至上钢套环5外侧沿斜向上方向设置。

沉箱1的对称中心沿竖直方向设置有钢管桩4，钢管桩4外径为5m，厚度为60mm。钢管桩4穿套在上钢套环5和下钢套环6内，并且分别与上钢套环5和下钢套环6通过高粘度材料连接，高粘度材料可以是普通水泥浆、环氧胶泥和高强灌浆料等。钢管桩4底部深入海床当中，可以增强抗倾覆能力和稳定性，钢管桩4入土深度为30m。钢管桩4顶部用于通过法兰11与风机塔筒12连接。

上述组合式海上风电基础的施工方法，按照如下步骤进行：

1、预制沉箱1、水平支撑杆2、斜支撑杆3、上钢套环5、下钢套环6，并将以上部件连接为整体结构。

2、关闭沉箱1中各个隔舱的进水阀8和出水阀9，此时沉箱1内部为空气，用拖船浮运以上整体结构和钢管桩4至指定位置。

3、定位后打开所有的进水阀8和出水阀9，通过进水阀8向沉箱1内灌水，同时通过出水阀9排出沉箱1内部空气；随灌水过程，沉箱1缓慢沉到已整平的海床上，趾板10也插入海床，直至安装到位后关闭进水阀8和出水阀9。

4、以上钢套环5和下钢套环6为桩导向，打桩船将钢管桩4打入海床，直至设计深度。

5、分别在钢管桩4和上钢套环5之间、钢管桩4和下钢套环6之间注入高粘度材料。

6、通过法兰11将钢管桩4与风机塔筒12连接起来，完成风电机组的安装。

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 (5)

1.一种组合式海上风电基础，其特征在于，包括沉箱，所述沉箱为具有矩形纵向断面的框体箱式结构，所述沉箱内部设置有将其分隔为多个隔舱的隔板，每个所述隔舱设置有进水阀和出水阀；在所述沉箱的竖向对称中心线上分别设置有上钢套环和下钢套环，所述上钢套环与所述沉箱之间均匀辐射布置有斜支撑杆，所述斜支撑杆的两端分别与所述上钢套环外侧和所述沉箱内侧焊接；所述下钢套环与所述沉箱之间均匀辐射布置有水平支撑杆，所述水平支撑杆的两端分别与所述下钢套环外侧和所述沉箱内侧焊接；所述上钢套环内和所述下钢套环内同时穿套有钢管桩，所述钢管桩分别与所述上钢套环和所述下钢套环通过高粘度材料连接，所述高粘度材料为普通水泥浆、环氧胶泥或高强灌浆料；所述沉箱底面用于坐落于海床，所述钢管桩底部用于插入海床，所述钢管桩用于通过法兰连接风机塔筒。

2.根据权利要求1所述的一种组合式海上风电基础，其特征在于，所述隔舱的数量为4～16个。

3.根据权利要求1所述的一种组合式海上风电基础，其特征在于，所述沉箱底部外侧的周边设置有趾板。

4.根据权利要求1所述的一种组合式海上风电基础，其特征在于，所述水平支撑杆和所述斜支撑杆均布置有4～16个。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述组合式海上风电基础的施工方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

(1)预制所述沉箱、所述水平支撑杆、所述斜支撑杆、所述上钢套环、所述下钢套环，并将所述沉箱、所述水平支撑杆、所述斜支撑杆、所述上钢套环、所述下钢套环连接为整体结构；

(2)关闭所述沉箱中各所述隔舱的所述进水阀和所述出水阀，将步骤(1)连接后的整体结构及钢管桩浮运至安装地点；

(3)在安装地点定位后，打开各所述隔舱的所述进水阀和所述出水阀，通过所述进水阀进水、所述出水阀排气的方式将所述沉箱沉至已整平的海床上，安装到位后关闭所有的所述进水阀和所述出水阀；

(4)以所述上钢套环和所述下钢套环为桩导向，将所述钢管桩打桩至海床内的设计深度；

(5)分别在所述钢管桩和所述上钢套环之间、所述钢管桩和所述下钢套环之间注入所述高粘度材料。