CN110016930A - 海上风机单桩-吸力筒组合基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上风机单桩‑吸力筒组合基础及其施工方法，包括上下相连的单桩和吸力筒，所述吸力筒内设有隔板，隔板将吸力筒分为所述上筒体和所述下筒体，所述上筒体一般位于海床泥面以上，若考虑冲刷深度，当计算所得冲刷深度较大时也可将所述上筒体沉入海床泥面以下，上筒体的盖板与泥面齐平；所述下筒体朝下开口并贯入岩土覆盖层中；所述单桩的底端穿过所述上筒体并抵接在所述隔板上。本发明利用单桩和吸力筒的整体自重下沉和吸力筒负压下沉将吸力筒贯入指定高程，下沉期间监测吸力筒的倾斜度并利用吸力系统适时调平，避免产生较大幅度的倾斜、摇晃等问题，解决了单桩嵌岩施工难度大、工期长、成本高的问题。

Description

海上风机单桩-吸力筒组合基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种新型组合式基础结构，特别是涉及一种海上风机单桩-吸力筒组合基础及其施工方法。

背景技术

风能作为最具可开发价值的可再生能源而备受世界瞩目。而海上风电场更因具有风速大、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。我国幅员辽阔，海岸线长，海上风能资源十分丰富。

海上风机必须支撑在海上风机基础上。因海洋环境的复杂性，海上风机基础造价占海上风电场成本的20％以上。怎样降低风机基础造价，减少风机基础海上风机基础施工周期，促进风电场尽早发电、创造效益是开发海上风电的重要课题。单桩基础因其施工方便快捷，经济性好而备受关注。目前全球70％以上的风机基础均采用单桩基础。

单桩基础由一个钢管桩沉入海底，钢管桩直径通常在4～6m之间。钢管桩安装在海床下30～60m的地方。传统单桩一般都采用打桩锤将其沉入土层。然而我国辽宁、山东、浙江、福建、广东、广西等沿海存在大面积浅覆盖层地基，因为基岩面埋藏深度浅，往往无法将钢管桩沉入至需要的设计高程，且往往需要在嵌岩上施工。

单桩嵌岩施工难度大、工期长、成本高并且对嵌岩设备要求高，同时还存在设备庞大、设备少、费用高等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种海上风机单桩-吸力筒组合基础及其施工方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种海上风机单桩-吸力筒组合基础，包括上下相连的单桩和吸力筒，吸力筒内设有隔板，隔板将吸力筒分为上筒体和下筒体，所述上筒体带有供单桩穿过的过孔，所述下筒体朝下开口；所述单桩的底端从所述上筒体的过孔穿过并抵接在所述隔板上或者直接穿过隔板到达设计高程，且所述单桩与上筒体固定围成密封腔。

优选的，所述单桩为圆形钢管桩，所述吸力筒为圆形或者方形薄壁钢筒。

优选的，所述单桩的外壁上连接有若干个沿径向延伸的连接件，所述连接件的底边连接在所述上筒体的盖板上。

优选的，所述上筒体内设有若干个沿径向延伸的加固梁，所述加固梁的一端连接在所述单桩的外壁上，另一端连接在所述上筒体的内壁上。

优选的，所述上筒体内设有压重块。

优选的，所述下筒体内设有多个径向延伸分舱板，所述分舱板的顶部连接在所述隔板上，多个分舱板将下筒体内分成多个舱室。更进一步的，所述隔板上对应每个所述舱室设有一个控制舱室内气压的控制阀。

优选的，所述单桩的上端与风机塔筒相连接。

本发明还提供一种海上风机单桩-吸力筒组合基础的施工方法，其包含以下步骤：

1)陆上预制整体件，整体件为如上所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础；

2)检查所述单桩和所述上筒体组成的密封腔的气密性，满足要求后将所述整体件浮运至施工现场；

3)对所述整体件进行自重下沉和负压下沉，下沉期间监测所述吸力筒的倾斜度并利用吸力系统适时调平，直至所述整体件下沉到指定高程。

优选的，所述步骤1)中所述整体件的具体制作过程为：

A、制作所述吸力筒，具体制作过程为：按照下部筒壁→分舱板→隔板组装成底部开口、顶部密封且内部具有多个舱室的下筒体；将加固梁沿筒体径向布置在隔板上，压重块和控制阀安装在所述隔板上，所述控制阀对应于下筒体内的各舱室，盖板铺设在所述加固梁上面，所有加固梁的中间以及盖板中心预留单桩穿过的过孔，所述上部筒壁与所述盖板及隔板构成所述上筒体；

B、将所述单桩吊入所述过孔中，将单桩与所述上筒体固定、且围成密封腔。

优选的，所述步骤B中，所述单桩与上筒体的固定方式为：单桩与加固梁焊接固定，在盖板顶面再通过连接件将单桩与盖板固定相连。

如上所述，本发明涉及的海上风机单桩-吸力筒组合基础及其施工方法，具有以下有益效果：

本发明利用单桩和吸力筒的整体自重下沉和吸力筒负压下沉将吸力筒贯入指定高程，下沉期间监测吸力筒的倾斜度并利用吸力泵适时调平，避免产生较大幅度的倾斜、摇晃等问题，解决了单桩嵌岩施工难度大、工期长、成本高的问题。

附图说明

图1为本发明中吸力筒为方形的结构示意图。

图2为图1中A-A剖视图。

图3为图1中B-B剖视图。

图4为本发明中吸力筒为圆形的结构示意图。

图5为图4中C-C剖视图。

图6为图4中D-D剖视图。

元件标号说明

1 单桩

11 连接件

2 吸力筒

21 上筒体

211 盖板

212 加固梁

22 下筒体

221 分舱板

222 舱室

23 隔板

3 海床泥面

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种海上风机单桩-吸力筒组合基础，包括上部的单桩1和下部的吸力筒2，所述吸力筒2设有隔板23，隔板23将吸力筒分为上筒体21和下筒体22，所述隔板23可为钢板，焊接在所述吸力筒2的内壁上，所述隔板23一般与海床泥面3齐平，也可以位于海床泥面3以下，所述上筒体21一般位于海床泥面3以上，必要时，即当计算所得冲刷深度较大时，所述上筒体21也可以位于海床泥面3以下，使上筒体21顶部的盖板211与海床泥面3齐平，上筒体21带有供单桩1穿过的过孔；下筒体22朝下开口其可贯入岩土覆盖层中。所述单桩1的底端穿过所述上筒体21的过孔并抵接在所述隔板23上或者直接穿过隔板(23)到达设计高程，且所述单桩1与上筒体21围成密封腔；所述单桩1和所述吸力筒2固接在一起，从而形成单桩-吸力筒组合基础。

如图1和图4所示，优选地，所述单桩1为圆形钢管桩，所述吸力筒2为圆形薄壁钢筒(参见图4至图6)或者方形薄壁钢筒(参见图1至图3)，当然，所述吸力筒2也可以制成其他规则形状，但圆形或方形成本低廉，更利于生产。

如图1和图4所示，优选地，所述单桩1的外壁上连接有若干个沿径向延伸的连接件11，所述连接板11为钢板，呈三角形、梯形等形状，侧边焊接在所述单桩1的外壁上，底边焊接在所述上筒体21的盖板211上，将所述单桩1和所述吸力筒2可靠地连接在一起。

如图1和图5所示，优选地，所述上筒体21内设有若干个沿径向延伸的加固梁212，所述加固梁212为钢梁，所述加固梁212的一端连接在所述单桩1的外壁上，另一端连接在所述上筒体21的内壁上，用于增加所述上筒体21的整体强度。优选地，所述上筒体21内设有若干个压重块，调节各压重块的重量可以使单桩和吸力筒的整体自重增加，更有利于下沉。

如图3和图6所示，优选地，下筒体22内设有多个径向延伸分舱板221，所述下筒体22内通过分舱板221分成多个舱室222，所述分舱板221的顶部连接在所述隔板23上，所述分舱板221为钢板，顶部焊接在所述隔板23上，将下筒体22分成多个舱室222后，每个舱室222上方可以安装不同的阀门，及时调节各舱室222的压力，使吸力筒2负压下沉时始终垂直于海床泥面，避免产生较大幅度的倾斜、摇晃等问题，以保证单桩-吸力筒整体结构平稳下沉到位。优选地，所述单桩1的上端与风机塔筒相连接。

本发明还提供一种海上风机单桩-吸力筒组合基础的施工安装方法，其包括：1)先将单桩1和吸力筒2在陆上加工制作，然后将单桩和吸力筒2连接组合起来，形成整体件；2)再检查所述单桩1和所述上筒体21组成的密封腔的气密性，满足要求后将整体件浮运至施工现场；3)利用单桩1和吸力筒2的整体自重下沉和吸力筒负压下沉将吸力筒2贯入指定高程，下沉期间监测吸力筒2的倾斜度并利用吸力系统适时调平，避免产生较大幅度的倾斜、摇晃等问题，以保证整体件平稳下沉到指定高程。

针对上述的海上风机单桩-吸力筒组合基础，本实施例的具体施工过程为：

1)陆上预制筒体的筒壁、分舱板221、隔板23、加固梁212、盖板211、连接件11、钢管桩(即上述单桩1)、控制阀和压重块等构件，除压重块为混凝土块外，其他均为钢制构件；

2)组装吸力筒2，按照下部筒壁→分舱板221→隔板23→加固梁212→上部筒壁→压重块→控制阀→盖板211的顺序依次组装，隔板23为壁厚较大的压型钢板，隔板23与下部筒壁及分舱板221连接成整体构成底部开口、顶部密封且内部具有多个舱室222的的下筒体22，加固梁212一般为工字梁，沿筒体径向布置在隔板23上，中间预留钢管桩孔位，压重块和控制阀安装在所述隔板23上，控制阀对应于下筒体22的各个舱室222，盖板211铺设在加固梁212上面，盖板中心预留钢管桩的孔位，上部筒壁与盖板211及隔板23连接成整体构成上筒体21，所述上筒体21和所述下筒体22组成吸力筒2，所述吸力筒2既可以是圆形筒体也可以是方形筒体。

3)将钢管桩吊入上筒体21的孔位中并与加固梁212焊接连接，可通过设置加劲板和斜撑等加固连接，在所述盖板211上设置所述连接件11，使用所述连接件11将所述钢管桩与所述吸力筒2固接在一起，形成整体件，且钢管桩与上筒体21形成一个密封的钢结构；

4)检查所述钢管桩和所述吸力筒组成的密封钢结构的气密性，满足要求后将整体件浮运至施工现场，进行自重下沉和负压下沉，下沉期间监测吸力筒的倾斜度并利用吸力系统(即上述控制阀)适时调平，直至整体件下沉到指定高程。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种海上风机单桩-吸力筒组合基础，其特征在于，包括上下相连的单桩(1)和吸力筒(2)，所述吸力筒(2)内设有隔板(23)，隔板(23)将吸力筒分为上筒体(21)和下筒体(22)，所述上筒体(21)带有供单桩(1)穿过的过孔，所述下筒体(22)朝下开口；所述单桩(1)的底端从所述上筒体(21)的过孔穿过并抵接在所述隔板(23)上或者直接穿过隔板(23)到达设计高程，且所述单桩(1)与上筒体(21)固定围成密封腔。

2.根据权利要求1所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础，其特征在于：所述单桩(1)为圆形钢管桩，所述吸力筒(2)为圆形或者方形薄壁钢筒。

3.根据权利要求1所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础，其特征在于：所述单桩(1)的外壁上连接有若干个沿径向延伸的连接件(11)，所述连接件(11)的底边连接在所述上筒体(21)顶部的盖板(211)上。

4.根据权利要求1所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础，其特征在于：所述上筒体(21)内设有若干个沿径向延伸的加固梁(212)，所述加固梁(212)的一端连接在所述单桩(1)的外壁上，另一端连接在所述上筒体(21)的内壁上。

5.根据权利要求4所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础，其特征在于：所述上筒体(21)内设有压重块。

6.根据权利要求1所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础，其特征在于：所述下筒体(22)内设有多个径向延伸分舱板(221)，所述分舱板(221)的顶部连接在所述隔板(23)上，多个分舱板(221)将下筒体(22)内分成多个舱室(222)。

7.根据权利要求6所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础，其特征在于：所述隔板(23)上对应每个所述舱室(222)设有一个控制舱室内气压的控制阀。

8.根据权利要求1所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础，其特征在于：所述单桩(1)的上端与风机塔筒相连接。

9.一种海上风机单桩-吸力筒组合基础的施工方法，其特征在于：包含以下步骤：

1)陆上预制整体件，整体件为权利要求1所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础；

2)检查所述单桩(1)和所述上筒体(21)组成的密封腔的气密性，满足要求后将所述整体件浮运至施工现场；

3)对所述整体件进行自重下沉和负压下沉，下沉期间监测所述吸力筒(2)的倾斜度并利用吸力系统适时调平，直至所述整体件下沉到指定高程。

10.根据权利要求9所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础的施工方法，其特征在于：所述步骤1)中所述整体件的具体制作过程为：

A、制作所述吸力筒(2)，具体制作过程为：按照下部筒壁→分舱板(221)→隔板(23)组装成底部开口、顶部密封且内部具有多个舱室(222)的下筒体(22)；将加固梁(212)沿筒体径向布置在隔板(23)上，压重块和控制阀安装在所述隔板(23)上，所述控制阀对应于下筒体(22)内的各舱室，盖板(211)铺设在所述加固梁(212)上面，所有加固梁(212)的中间以及盖板中心预留单桩(1)穿过的过孔，所述上部筒壁与所述盖板(211)及隔板(23)构成所述上筒体(21)；

B、将所述单桩(1)吊入所述过孔中，将单桩(1)与所述上筒体(21)固定、且围成密封腔。

11.根据权利要求10所述的海上风机单桩-吸力筒组合基础的施工方法，其特征在于：所述步骤B中，所述单桩与上筒体的固定方式为：单桩(1)与加固梁(212)焊接固定，在盖板顶面再通过连接件(11)将单桩(1)与盖板(211)固定相连。