CN110080274A - 一种海上风电承台基础施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电承台基础施工方法，所述方法用于海上风电承台基础的施工，所述海上风台基础为单立柱三桩结构，所述单立柱三桩结构包括管桩、上支撑架以及法兰；所述上支撑架包括套筒、三角桁架、圆立柱。本发明通过采用上支撑架和管桩分离式，上支撑架在水上完成焊接一体式，减少水下焊接工艺数，降低安装难度；通过设置有打桩辅助定位装置方便精确打桩，同时可拆卸回收；采用面板状的打桩辅助定位装置有助于增大定位装置与海底土壤的接触面，减轻局部区域下沉的不均匀性。打桩辅助定位装置可拆卸组合起来，完成打桩作业后，通过拆卸打桩辅助定位装置，方便取出打桩辅助定位装置。

Description

一种海上风电承台基础施工方法
技术领域
本发明涉及一种风机基础，特别是涉及一种海上风电承台基础施工方法。
背景技术
目前阶段，在欧洲以及国内海上风电场开发过程中，海上风机基础结构形式主要包括单桩基础、多脚架基础、导管架基础、高桩承台基础、重力式基础、以及浮式基础和吸力筒式基础等。根据外观可分为单立柱单桩结构、单立柱三桩结构、导管架结构、重力式结构、浮式结构等五种基本结构。现有的单立柱三桩结构在施工过程中，在管桩定位打桩方面，直接采用套筒、三角桁架组成的三脚架定位打孔；套筒、三角桁架组成的三脚架结构复杂笨重，且为重要部件，定位打孔不方便。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种海上风电承台基础施工方法，旨在能够稳定精确地进行打桩。
为实现上述目的，本发明提供了一种海上风电承台基础施工方法，所述海上风台基础为单立柱三桩结构，所述单立柱三桩结构包括管桩、上支撑架以及法兰；所述上支撑架包括套筒、三角桁架、圆立柱；所述套筒和所述管桩数量均为三个，所述三角桁架包括水平连杆和斜连杆，所述套筒之间通过所述水平连杆固定连接起来，所述套筒和所述水平连杆连接呈等边三角形，所述斜连杆一端与所述套筒固定连接，所述斜连杆远离所述套筒的一端连接所述圆立柱；所述上支撑架通过所述套筒和所述管桩配合安装在一起，所述圆立柱顶部连接有法兰；所述方法包括：
S1步骤、获取本次海上风电承台基础施工的海上施工区域、海底沉桩预定位置以及沉桩设计深度；所述海底沉桩预定位置位于所述海上施工区域内；
S2步骤、清除所述海底沉桩预定位置处的淤泥，削平所述海底沉桩预定位置上的基岩面；
S3步骤、通过运输船将所述海上风电承台基础运送至指定的所述海上施工区域；
S4步骤、根据所述海底沉桩预定位置，将用于辅助所述管桩打桩的打桩辅助定位装置沉到所述海底沉桩预定位置；所述打桩辅助定位装置上设置有三个定位孔，三个所述定位孔的中心呈等边三角形；
S5步骤、根据所述沉桩设计深度，采用打桩机将所述管桩穿过所述打桩辅助定位装置的所述定位孔垂直打入海底土壤中；
S6步骤、将所述打桩辅助定位装置取出；
S7步骤、将所述上支撑架自上而下放下来，所述套筒套进所述管桩，调平所述上支撑架；
S8步骤、检测所述上支撑架的姿态是否与预设姿态相匹配，响应于所述上支撑架的姿态与预设姿态相匹配，将所述上支撑架通过所述套筒与所述管桩固定连接。
在该技术方案中，通过采用上支撑架和管桩分离式，上支撑架在水上完成焊接，减少水下焊接工艺数，降低安装难度；通过设置有打桩辅助定位装置方便精确打桩，同时可拆卸回收。
在一具体实施例中，所述打桩辅助定位装置为面板状，所述面板状为等边三角形，所述面板状内设置有三个所述定位孔。
由于在实际打桩作业过程中，打桩操作会使定位装置下沉；而在本技术方案中，采用面板状的打桩辅助定位装置有助于增大定位装置与海底土壤的接触面，减轻局部区域下沉的不均匀性。
在一具体实施例中，所述打桩辅助定位装置包括第一打桩辅助块、第二打桩辅助块以及第三打桩辅助块；所述第一打桩辅助块、所述第二打桩辅助块以及所述第三打桩辅助块为等腰三角形形状；所述第一打桩辅助块上开设有第一半圆孔和第二半圆孔，所述第二打桩辅助块上开设有第三半圆孔和第四半圆孔，所述第三打桩辅助块上开设有第五半圆孔和第六半圆孔；所述第一半圆孔、所述第二半圆孔、所述第三半圆孔、所述第四半圆孔、所述第五半圆孔以及所述第六半圆孔的直径一致；所述第一打桩辅助块、所述第二打桩辅助块以及所述第三打桩辅助块可拆卸安装一起，且所述第一半圆孔和所述三半圆孔合并形成定位孔，所述第二半圆孔和所述第五半圆孔合并形成定位孔，所述第四半圆孔和所述第六半圆孔合并形成定定位孔。基于此，可拆卸安装的打桩辅助定位装置，可在完成打桩后，通过拆卸打桩辅助定位装置，方便取出打桩辅助定位装置。
在一具体实施例中，所述打桩辅助定位装置的三个端面设置有水平检测装置，所述水平检测装置与所述定位孔一一对应；所述S5步骤还包括打桩工况检测步骤，所述打桩工况检测步骤还包括：
步骤S501、检测各个所述水平检测装置的高度值Hi；所述i＝1,2,3；
步骤S502、判断所述高度值之间的高度均匀度E；所述所述为所述高度值的均值，所述H0为所述水平检测装置的初始设定的基准值；所述α为第一权重系数，所述β为第一权重系数，所述α以及所述β为预设值，所述0<α<1，所述0<β<1；
步骤S503、响应于高度均匀度大于或等于第一预设值Eth，发出报警指令，执行步骤S504；响应于高度均匀度小于第一预设值Eth，返回步骤S501；
步骤S504、待作业人员根据所述报警指令拆解并调整完所述打桩辅助定位装置之后，响应于调整复位指令，返回步骤S501。
在该技术方案中，公式从两个维度考虑是否需要重新调整打桩辅助定位装置，其一为：考虑打桩辅助定位装置的三个端面的高度差，由于在高度差过大时，管桩的打桩作业会发生角度变形，影响打桩效果，在高度差差距较大的情况下，需要进行打桩辅助定位装置的调整；其二为：考虑打桩辅助定位装置整体的下移程度，若打桩作业中造成打桩辅助定位装置陷入海底土壤较深，容易造成后期打桩辅助定位装置的回收，并且打桩辅助定位装置沉陷较深，也不容易对其进行调整，也影响打桩作业的精度。此外，还设置权重系数，在实际场景中，可以根据实际需求进行调整权重。
在一具体实施例中，在所述S5步骤的打桩作业中，所述定位孔的中心轴和所述支撑架上的所述套筒中心轴在同一直线上，所述定位孔的直径大于所述套筒的直径。
在一具体实施例中，所述套筒、所述管桩、所述三角桁架、所述圆立柱以及所述法兰使用材料为钢材。
在一具体实施例中，所述水平连杆两端通过采用焊接固定连接所述套筒，所述斜连杆一端通过焊接固定连接所述套筒，所述斜连杆远离所述套筒的一端通过焊接连接所述圆立柱。
在一具体实施例中，所述步骤S8还包括：
响应于所述上支撑架的姿态与预设姿态相匹配，将高强度化学浆液或填充环氧胶泥灌注于所述套筒与所述管桩之间。
在一具体实施例中，所述打桩辅助定位装置的所述定位孔和所述套管位置相对应。
在一具体实施例中，所述法兰上连接风机塔架。
本发明的有益效果是：1、通过采用上支撑架和管桩分离式，上支撑架在水上完成焊接一体式，减少水下焊接工艺数，降低安装难度；通过设置有打桩辅助定位装置方便精确打桩，同时可拆卸回收。2、采用面板状的打桩辅助定位装置有助于增大定位装置与海底土壤的接触面，减轻局部区域下沉的不均匀性。打桩辅助定位装置有第一打桩辅助块、第二打桩辅助块以及第三第桩辅助块可拆卸组合起来，打桩作业过程中，打桩存在偏差时，可通过拆卸调整并重新安装打桩辅助定位装置进行消除偏差；完成打桩作业后，通过拆卸打桩辅助定位装置，方便取出打桩辅助定位装置。3、本发明中采用的公式从两个维度考虑是否需要重新调整打桩辅助定位装置，其一为：考虑打桩辅助定位装置的三个端面的高度差，由于在高度差过大时，管桩的打桩作业会发生角度变形，影响打桩效果，在高度差差距较大的情况下，需要进行打桩辅助定位装置的调整；其二为：考虑打桩辅助定位装置整体的下移程度，若打桩作业中造成打桩辅助定位装置陷入海底土壤较深，容易造成后期打桩辅助定位装置的回收，并且打桩辅助定位装置沉陷较深，也不容易对其进行调整，也影响打桩作业的精度；此外，还设置权重系数，在实际场景中，可以根据实际需求进行调整权重。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的一种海上风电承台基础施工方法的流程图；
图2是本发明一具体实施方式的一种海上风电承台基础的结构示意图；
图3是本发明一具体实施方式的一种海上风电承台基础施工的打桩辅助定位装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1-3所示，在本发明第一实施例中，提供一种海上风电承台基础施工方法，所述海上风台基础为单立柱三桩结构，所述单立柱三桩结构包括管桩100、上支撑架300以及法兰200；所述上支撑架300包括套筒301、三角桁架303、圆立柱302；所述套筒301和所述管桩100数量均为三个，所述三角桁架303包括水平连杆3031和斜连杆3032，所述套筒301之间通过所述水平连杆3031固定连接起来，所述套筒301和所述水平连杆3031连接呈等边三角形，所述斜连杆3032一端与所述套筒301固定连接，所述斜连杆3032远离所述套筒301的一端连接所述圆立柱302；所述上支撑架300通过所述套筒301和所述管桩100配合安装在一起，所述圆立柱302顶部连接有法兰200；所述方法包括：
S1步骤、获取本次海上风电承台基础施工的海上施工区域、海底沉桩预定位置以及沉桩设计深度；所述海底沉桩预定位置位于所述海上施工区域内；
值得一提的是，根据GPS确定海上施工区域和海底沉桩预定位置，沉桩设计深度由高度仪进行测定。
S2步骤、清除所述海底沉桩预定位置处的淤泥，削平所述海底沉桩预定位置上的基岩面；
S3步骤、通过运输船将所述海上风电承台基础运送至指定的所述海上施工区域；
S4步骤、根据所述海底沉桩预定位置，将用于辅助所述管桩100打桩的打桩辅助定位装置100沉到所述海底沉桩预定位置；所述打桩辅助定位装置100上设置有三个定位孔，三个所述定位孔的中心呈等边三角形；
S5步骤、根据所述沉桩设计深度，采用打桩机将所述管桩100穿过所述打桩辅助定位装置100的所述定位孔垂直打入海底土壤中；
值得一提的是，在打桩作业中，三台打桩机同时作业；目的在于：三个管桩100同时打桩，有助于打桩辅助定位装置100的稳定性。
S6步骤、将所述打桩辅助定位装置100取出；
S7步骤、将所述上支撑架300自上而下放下来，所述套筒301套进所述管桩100，调平所述上支撑架300；
S8步骤、检测所述上支撑架300的姿态是否与预设姿态相匹配，响应于所述上支撑架300的姿态与预设姿态相匹配，将所述上支撑架300通过所述套筒301与所述管桩100固定连接。
值得一提的是，检测所述上支撑架300的姿态是否与预设姿态相匹配是指：检测上支撑架300的所述圆立柱302是否垂直于海平面。
在本实施例中，所述打桩辅助定位装置100为面板状，所述面板状为等边三角形，所述面板状内设置有三个所述定位孔。
在本实施例中，所述打桩辅助定位装置100包括第一打桩辅助块101、第二打桩辅助块102以及第三打桩辅助块103；所述第一打桩辅助块101、所述第二打桩辅助块102以及所述第三打桩辅助块103为等腰三角形形状；所述第一打桩辅助块101上开设有第一半圆孔1011和第二半圆孔1012，所述第二打桩辅助块102上开设有第三半圆孔1021和第四半圆孔1022，所述第三打桩辅助块103上开设有第五半圆孔1031和第六半圆孔1032；所述第一半圆孔1011、所述第二半圆孔1012、所述第三半圆孔1021、所述第四半圆孔1022、所述第五半圆孔1031以及所述第六半圆孔1032的直径一致；所述第一打桩辅助块101、所述第二打桩辅助块102以及所述第三打桩辅助块103可拆卸安装一起，且所述第一半圆孔1011和所述三半圆孔合并形成定位孔，所述第二半圆孔1012和所述第五半圆孔1031合并形成定位孔，所述第四半圆孔1022和所述第六半圆孔1032合并形成定定位孔。
在本实施例中，所述打桩辅助定位装置100的三个端面设置有水平检测装置，所述水平检测装置与所述定位孔一一对应；所述S5步骤还包括打桩工况检测步骤，所述打桩工况检测步骤还包括：
步骤S501、检测各个所述水平检测装置的高度值Hi；所述i＝1,2,3；
步骤S502、判断所述高度值之间的高度均匀度E；所述所述为所述高度值的均值，所述H0为所述水平检测装置的初始设定的基准值；所述α为第一权重系数，所述β为第一权重系数，所述α以及所述β为预设值，所述0<α<1，所述0<β<1；
步骤S503、响应于高度均匀度大于或等于第一预设值Eth，发出报警指令，执行步骤S504；响应于高度均匀度小于第一预设值Eth，返回步骤S501；
步骤S504、待作业人员根据所述报警指令拆解并调整完所述打桩辅助定位装置100之后，响应于调整复位指令，返回步骤S501。
值得一提的是，可选的，调整复位指令是作业人员在完成打桩辅助定位装置100的调整之后，点击水平检测装置上的复位按钮而形成的。
在本实施例中，在所述S5步骤的打桩作业中，所述定位孔的中心轴和所述支撑架上的所述套筒301中心轴在同一直线上，所述定位孔的直径大于所述套筒301的直径。
在本实施例中，所述套筒301、所述管桩100、所述三角桁架303、所述圆立柱302以及所述法兰200使用材料为钢材。
在本实施例中，所述水平连杆3031两端通过采用焊接固定连接所述套筒301，所述斜连杆3032一端通过焊接固定连接所述套筒301，所述斜连杆3032远离所述套筒301的一端通过焊接连接所述圆立柱302。
在本实施例中，所述步骤S8还包括：
响应于所述上支撑架300的姿态与预设姿态相匹配，将高强度化学浆液或填充环氧胶泥灌注于所述套筒301与所述管桩100之间。
在本实施例中，所述打桩辅助定位装置100的所述定位孔和所述套管位置相对应。
在本实施例中，所述法兰200上连接风机塔架。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海上风电承台基础施工方法，所述方法用于海上风电承台基础的施工，其特征在于，所述海上风台基础为单立柱三桩结构，所述单立柱三桩结构包括管桩、上支撑架以及法兰；所述上支撑架包括套筒、三角桁架、圆立柱；所述套筒和所述管桩数量均为三个，所述三角桁架包括水平连杆和斜连杆，所述套筒之间通过所述水平连杆固定连接起来，所述套筒和所述水平连杆连接呈等边三角形，所述斜连杆一端与所述套筒固定连接，所述斜连杆远离所述套筒的一端连接所述圆立柱；所述上支撑架通过所述套筒和所述管桩配合安装在一起，所述圆立柱顶部连接有法兰；所述方法包括：
S1步骤、获取本次海上风电承台基础施工的海上施工区域、海底沉桩预定位置以及沉桩设计深度；所述海底沉桩预定位置位于所述海上施工区域内；
S2步骤、清除所述海底沉桩预定位置处的淤泥，削平所述海底沉桩预定位置上的基岩面；
S3步骤、通过运输船将所述海上风电承台基础运送至指定的所述海上施工区域；
S4步骤、根据所述海底沉桩预定位置，将用于辅助所述管桩打桩的打桩辅助定位装置沉到所述海底沉桩预定位置；所述打桩辅助定位装置上设置有三个定位孔，三个所述定位孔的中心呈等边三角形；
S5步骤、根据所述沉桩设计深度，采用打桩机将所述管桩穿过所述打桩辅助定位装置的所述定位孔垂直打入海底土壤中；
S6步骤、将所述打桩辅助定位装置取出；
S7步骤、将所述上支撑架自上而下放下来，所述套筒套进所述管桩，调平所述上支撑架；
S8步骤、检测所述上支撑架的姿态是否与预设姿态相匹配，响应于所述上支撑架的姿态与预设姿态相匹配，将所述上支撑架通过所述套筒与所述管桩固定连接。
2.如权利要求1所述的一种海上风电承台基础施工方法，其特征在于，所述打桩辅助定位装置为面板状，所述面板状为等边三角形，所述面板状内设置有三个所述定位孔。
3.如权利要求2所述的一种海上风电承台基础施工方法，其特征在于，所述打桩辅助定位装置包括第一打桩辅助块、第二打桩辅助块以及第三打桩辅助块；所述第一打桩辅助块、所述第二打桩辅助块以及所述第三打桩辅助块为等腰三角形形状；所述第一打桩辅助块上开设有第一半圆孔和第二半圆孔，所述第二打桩辅助块上开设有第三半圆孔和第四半圆孔，所述第三打桩辅助块上开设有第五半圆孔和第六半圆孔；所述第一半圆孔、所述第二半圆孔、所述第三半圆孔、所述第四半圆孔、所述第五半圆孔以及所述第六半圆孔的直径一致；所述第一打桩辅助块、所述第二打桩辅助块以及所述第三打桩辅助块可拆卸安装一起，且所述第一半圆孔和所述三半圆孔合并形成定位孔，所述第二半圆孔和所述第五半圆孔合并形成定位孔，所述第四半圆孔和所述第六半圆孔合并形成定定位孔。
4.如权利要求1所述的一种海上风电承台基础施工方法，其特征在于，所述打桩辅助定位装置的三个端面设置有水平检测装置，所述水平检测装置与所述定位孔一一对应；所述S5步骤还包括打桩工况检测步骤，所述打桩工况检测步骤还包括：
步骤S501、检测各个所述水平检测装置的高度值Hi；所述i＝1,2,3；
步骤S502、判断所述高度值之间的高度均匀度E；所述所述为所述高度值的均值，所述H0为所述水平检测装置的初始设定的基准值；所述α为第一权重系数，所述β为第一权重系数，所述α以及所述β为预设值，所述0<α<1，所述0<β<1；
步骤S503、响应于高度均匀度大于或等于第一预设值Eth，发出报警指令，执行步骤S504；响应于高度均匀度小于第一预设值Eth，返回步骤S501；
步骤S504、待作业人员根据所述报警指令拆解并调整完所述打桩辅助定位装置之后，响应于调整复位指令，返回步骤S501。
5.如权利要求1所述的一种海上风电承台基础施工方法，其特征在于，在所述S5步骤的打桩作业中，所述定位孔的中心轴和所述支撑架上的所述套筒中心轴在同一直线上，所述定位孔的直径大于所述套筒的直径。
6.如权利要求1所述的一种海上风电承台基础施工方法，其特征在于，所述套筒、所述管桩、所述三角桁架、所述圆立柱以及所述法兰使用材料为钢材。
7.如权利要求1所述的一种海上风电承台基础施工方法，其特征在于，所述水平连杆两端通过采用焊接固定连接所述套筒，所述斜连杆一端通过焊接固定连接所述套筒，所述斜连杆远离所述套筒的一端通过焊接连接所述圆立柱。
8.如权利要求1所述的一种海上风电承台基础施工方法，其特征在于，所述步骤S8还包括：
响应于所述上支撑架的姿态与预设姿态相匹配，将高强度化学浆液或填充环氧胶泥灌注于所述套筒与所述管桩之间。
9.如权利要求1所述的一种海上风电承台基础施工方法，其特征在于，所述打桩辅助定位装置的所述定位孔和所述套管位置相对应。
10.如权利要求1所述的一种海上风电承台基础施工方法，其特征在于，所述法兰上连接风机塔架。
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