CN109208630A - 一种适用于海上风电场风机的复合基础结构及施工方法 - Google Patents

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褚文涛
毛伟琦
姚森
吴方明
代皓
张卫红
李娜
夏刚
彭梦泽
杨帆
管容
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    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads

Abstract

本发明公开了一种适用于海上风电场风机的复合基础结构及施工方法，该复合基础结构包括钢管桩、填芯混凝土和多根预应力锚索；所述钢管桩底端穿设在海上地基的持力层中；所述填芯混凝土浇筑于所述钢管桩内并置于所述持力层上；所述预应力锚索顶端锚固于所述钢管桩内壁上，底端穿过所述填芯混凝土并嵌固于海上地基的微风化岩层中。本发明将钢管桩、填芯混凝土、预应力锚索有效结合形成的复合基础结构，各部分协同工作，共同承受上下部结构的竖向力、水平力及水平力产生的弯矩，一方面，保证了基础结构的承载能力以及稳定性要求，另一方面，减小了钢管桩的入土深度，降低了施工难度及施工费用。

Description

一种适用于海上风电场风机的复合基础结构及施工方法
技术领域
本发明涉及海上风电场风机的基础结构设计领域，具体涉及一种适用于海上风电场风机的复合基础结构及施工方法。
背景技术
利用清洁的风能资源是全球能源开发的战略方针，我国首个100MW东海海上风电场于2011年建成。经统计，风机基础成本约占风电场总成本的20％～30％，是造成海上风电场成本较高的原因之一。因此根据不同的水深、地质及环境情况选取合适的海上风电基础型式以及合理的施工方案是降低海上风电场建设成本的关键。
目前海上风电场风机的基础结构一般采用重力式基础、单桩基础、三脚架式基础、导管架式基础、多桩式基础及其他概念型基础等。各种形式的基础均需根据不同的水深、地质条件等进行分别采用，上述方法在具体应用中，风机基础成本占比仍然较高。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种承载力更强、经济性更好的适用于海上风电场风机的复合基础结构。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种适用于海上风电场风机的复合基础结构，其包括：
钢管桩，所述钢管桩底端穿设在海上地基的持力层中；
填芯混凝土，所述填芯混凝土浇筑于所述钢管桩内并置于所述持力层上；
多根预应力锚索，所述预应力锚索顶端锚固于所述钢管桩内壁上，底端穿过所述填芯混凝土并嵌固于海上地基的微风化岩层中。
进一步地，所述复合基础结构还包括钢锚箱，所述钢锚箱设于所述钢管桩内壁上，所述预应力锚索顶端锚固于所述钢锚箱上。
进一步地，所述预应力锚索沿所述钢管桩周向均匀分布。
进一步地，所述钢管桩直径为6～10m，壁厚不小于60mm。
进一步地，所述填芯混凝土厚度不小于6m。
进一步地，所述预应力锚索采用预应力钢绞线。
进一步地，所述钢管桩竖直穿设在海上地基的持力层中，所述预应力锚索竖直嵌固在海上地基的微风化岩层中。
本发明还提供了一种适用于海上风电场风机的复合基础结构的施工方法，包括如下步骤：
插打所述钢管桩，至所述钢管桩进入所述持力层中的长度满足所述钢管桩底端的设计高程；
在所述钢管桩内，浇筑所述填芯混凝土；
在所述微风化岩层中进行所述预应力锚索的钻孔施工，至所述钻孔位于所述微风化岩层中的长度满足所述预应力锚索底端的设计高程；
将所述预应力锚索底端嵌固于所述钻孔中，并对所述钻孔进行注浆封闭；
将所述预应力锚索顶端张拉锚固于所述钢管桩内壁上。
进一步地，在插打所述钢管桩之后、浇筑所述填芯混凝土之前，还包括对所述钢管桩内部进行清基的步骤。
进一步地，所述预应力锚索顶端锚固之前，先在所述钢管桩内壁安装钢锚箱，再将所述预应力锚索顶端锚固在所述钢锚箱上。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明将钢管桩、填芯混凝土、预应力锚索有效结合形成的复合基础结构，各部分协同工作，共同承受上下部结构的竖向力、水平力及水平力产生的弯矩，一方面，保证了基础结构的承载能力以及稳定性要求，另一方面，减小了钢管桩的入土深度，降低了施工难度及施工费用。
(2)本发明有效利用钢管桩、填芯混凝土、预应力锚索的有利特性，具有施工简便、质量可保证、工程量省、承载力大、稳定性好、经济效益好、适应海上施工等优势与特点，具有广阔的应用与发展前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的适用于海上风电场风机的复合基础结构示意图；
图2为图1中A-A向示意图。
图中：1、钢管桩；2、填芯混凝土；3、预应力锚索；4、钢锚箱；5、覆盖层；6、持力层；7、微风化岩层；8、海平面。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，海上地基主要由从上至下依次设置的覆盖层5、坚实的持力层6和微风化岩层7构成，持力层6可以为钢管桩1提供支撑力。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种适用于海上风电场风机的复合基础结构，其包括钢管桩1、填芯混凝土2和多根预应力锚索3；钢管桩1底端穿设在海上地基的持力层6中，钢管桩1的顶端接风机结构；填芯混凝土2浇筑于钢管桩1内并置于持力层6上；预应力锚索3顶端锚固于钢管桩1内壁上，底端穿过填芯混凝土2并嵌固于海上地基的微风化岩层7中。
本发明将钢管桩1、填芯混凝土2、预应力锚索3有效结合形成的复合基础结构，各部分协同工作，共同承受上下部结构的竖向力、水平力及水平力产生的弯矩，一方面，保证了复合基础结构的承载能力以及稳定性要求，另一方面，采用钢管桩1嵌入沉桩较为容易持力层6的方式，减小了钢管桩1的入土深度，也能够为灌注填芯混凝土2以及钻孔锚固预应力锚索3提供施工条件，采用预应力锚索3锚固在沉桩困难但钻孔较为容易的微风化岩层7，大大提高了嵌岩的施工效率，降低了嵌岩的施工风险，降低了施工难度及施工费用。
为了更好地锚固预应力锚索3，复合基础结构还包括钢锚箱4，钢锚箱4设于钢管桩1内壁上，预应力锚索3顶端锚固于钢锚箱4上，参见图1和图2所示，本实施例中，钢锚箱4为与钢管桩1同轴的圆环结构，外径与钢管桩1内径相适应，预应力锚索3沿钢管桩1周向均匀分布，确保钢管桩1不会因受力不均匀而倾斜。
本实施例中，钢管桩1直径为6～10m，壁厚不小于60mm，填芯混凝土2厚度不小于6m，预应力锚索3采用预应力钢绞线。
本发明实施例提供的复合基础结构可以根据具体情况设计为竖桩，也可以设计为斜桩。当复合基础结构设计为竖桩时，如图1所示，钢管桩1竖直穿设在海上地基的持力层6中，预应力锚索3竖直嵌固在海上地基的微风化岩层7中，几个钢管桩1组成一组，在顶面上设置风机结构，各个钢管桩1的截面尺寸相同，顶部高出海平面8的距离相同。
当复合基础结构设计为斜桩时，几个钢管桩1与海上地基之间均具有夹角，且几个钢管桩1顶面向中间聚集，几个钢管桩1围成的空间横截面由上至下逐渐增大，顶部高出海平面8的距离相同。
参见图1所述，本发明实施例还提供了适用于海上风电场风机的复合基础结构的施工方法，包括如下步骤：
S1：利用驳船、浮吊等水上运输设备设置施工平台；
S2：利用施工平台，插打钢管桩1，至钢管桩1进入覆盖层5并置于持力层6中的长度满足钢管桩1底端的设计高程；
S3：对钢管桩1内部进行清基，在钢管桩1内，将填芯混凝土2浇筑在持力层6上；
S4：在微风化岩层7中进行预应力锚索3的钻孔施工，至钻孔位于微风化岩层7中的长度满足预应力锚索3底端的设计高程；钻孔自上而下穿过填芯混凝土2和持力层6，并进入微风化岩层7。
S5：将预应力锚索3底端嵌固于微风化岩层7的钻孔中，并对钻孔进行压力注浆封闭；
S6：待钻孔内部的混凝土强度满足要求后，将预应力锚索3顶端张拉锚固于钢管桩1内壁上。
本实施例中，在预应力锚索3顶端锚固之前，先在钢管桩1内壁安装钢锚箱4，再将预应力锚索3顶端锚固在钢锚箱4上。
本实施例提供的方法，具有施工简便、质量可保证、工程量省、承载力大、稳定性好、经济效益好、适应海上施工等优势与特点，具有广阔的应用与发展前景。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种适用于海上风电场风机的复合基础结构，其特征在于，其包括：
钢管桩(1)，所述钢管桩(1)底端穿设在海上地基的持力层(6)中；
填芯混凝土(2)，所述填芯混凝土(2)浇筑于所述钢管桩(1)内并置于所述持力层(6)上；
多根预应力锚索(3)，所述预应力锚索(3)顶端锚固于所述钢管桩(1)内壁上，底端穿过所述填芯混凝土(2)并嵌固于海上地基的微风化岩层(7)中。
2.如权利要求1所述的适用于海上风电场风机的复合基础结构，其特征在于：所述复合基础结构还包括钢锚箱(4)，所述钢锚箱(4)设于所述钢管桩(1)内壁上，所述预应力锚索(3)顶端锚固于所述钢锚箱(4)上。
3.如权利要求1或2所述的适用于海上风电场风机的复合基础结构，其特征在于：所述预应力锚索(3)沿所述钢管桩(1)周向均匀分布。
4.如权利要求1所述的适用于海上风电场风机的复合基础结构，其特征在于：所述钢管桩(1)直径为6～10m，壁厚不小于60mm。
5.如权利要求1所述的适用于海上风电场风机的复合基础结构，其特征在于：所述填芯混凝土(2)厚度不小于6m。
6.如权利要求1所述的适用于海上风电场风机的复合基础结构，其特征在于：所述预应力锚索(3)采用预应力钢绞线。
7.如权利要求1所述的适用于海上风电场风机的复合基础结构，其特征在于：所述钢管桩(1)竖直穿设在海上地基的持力层(6)中，所述预应力锚索(3)竖直嵌固在海上地基的微风化岩层(7)中。
8.一种如权利要求1所述的适用于海上风电场风机的复合基础结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
插打所述钢管桩(1)，至所述钢管桩(1)进入所述持力层(6)中的长度满足所述钢管桩(1)底端的设计高程；
在所述钢管桩(1)内，浇筑所述填芯混凝土(2)；
在所述微风化岩层(7)中进行所述预应力锚索(3)的钻孔施工，至所述钻孔位于所述微风化岩层(7)中的长度满足所述预应力锚索(3)底端的设计高程；
将所述预应力锚索(3)底端嵌固于所述钻孔中，并对所述钻孔进行注浆封闭；
将所述预应力锚索(3)顶端张拉锚固于所述钢管桩(1)内壁上。
9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于：在插打所述钢管桩(1)之后、浇筑所述填芯混凝土(2)之前，还包括对所述钢管桩(1)内部进行清基的步骤。
10.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于：所述预应力锚索(3)顶端锚固之前，先在所述钢管桩(1)内壁安装钢锚箱(4)，再将所述预应力锚索(3)顶端锚固在所述钢锚箱(4)上。
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