CN110106909A - 一种锚杆重力式海上风电基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锚杆重力式海上风电基础及其施工方法，该基础包括：中央钢筋混凝土筒、压载隔舱结构、锚杆系统及锚杆施工平台；压载隔舱结构套设在中央钢筋混凝土筒的底部，压载隔舱结构上预留有锚杆孔；锚杆施工平台通过中央钢筋混凝土筒顶部及筒壁上的预埋件支撑固定，锚杆施工平台上预制有定位孔。该施工方法包括：预制中央钢筋混凝土筒、压载隔舱结构及锚杆施工平台；基床开挖等准备工作；将上述结构驳运至工程地点，完成基础的下沉就位；安装锚杆施工平台并进行锚杆束施工；拆卸锚杆施工平台；实施防冲刷防护结构及附属结构安装。本申请结合重力式基础及锚杆受力体系的优点，利用锚杆束对重力式基础施加预压力，能有效控制重力式基础尺度。

Description

一种锚杆重力式海上风电基础及其施工方法

技术领域

本申请属于海上风电基础技术领域，具体涉及一种锚杆重力式海上风电基础及其施工方法。

背景技术

重力式海上风电基础因其结构简单，稳定性好，可靠性高，是目前海上风电机组主要的基础形式之一，传统重力式海上风电基础由于仅靠自身及填料重量抵抗外荷载，基础体积及重量随水深加大增加较快，导致其经济适用水深有所限制。锚杆重力式基础结合了重力式基础及锚杆受力体系的优点，利用锚杆对重力式基础施加预压力，能有效控制重力式基础尺度，扩大其适用范围。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种锚杆重力式海上风电基础及其施工方法。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出了一种锚杆重力式海上风电基础，包括：中央钢筋混凝土筒、压载隔舱结构、锚杆系统以及可拆卸的锚杆施工平台；所述压载隔舱结构套设在所述中央钢筋混凝土筒的底部，且所述压载隔舱结构上预留有锚杆孔；所述锚杆施工平台通过所述中央钢筋混凝土筒顶部及筒壁上的预埋件支撑固定，且所述锚杆施工平台上预制有定位孔，其中，所述定位孔用于架设锚杆系统及锚杆的定位安装。

进一步地，上述的锚杆重力式海上风电基础，其中，所述锚杆系统包括：锚杆束、套管以及锚杆钻机，所述锚杆钻机设置在所述锚杆施工平台上，所述套管穿过所述定位孔和所述锚杆孔设置；所述锚杆束借助所述套管穿过所述定位孔，伸入所述锚杆孔并插入海平面以下设置，所述锚杆束与周围土体采用灌浆连接，注浆强度达到后，将套管抽离。

进一步地，上述的锚杆重力式海上风电基础，其中，所述压载隔舱结构包括：内环隔舱板、外环隔舱板、底板以及多个径向隔舱板，其中，所述内环隔仓板、所述外环隔舱板依次环向设置在所述中央钢筋混凝土筒的外侧；其中，多个所述径向隔舱板沿周向设置在所述中央钢筋混凝土筒外并将所述中央钢筋混凝土筒、所述内环隔仓板以及所述外环隔仓板连接；所述底板则设置在所述径向隔仓板、所述内环隔仓板以及所述外环隔舱板的底部。

进一步地，上述的锚杆重力式海上风电基础，其中，所述径向隔舱板上设有多个锚杆孔。

进一步地，上述的锚杆重力式海上风电基础，其中，所述锚杆孔设置在所述内环隔舱板和所述外环隔舱板之间的部分所述径向隔舱板上。

进一步地，上述的锚杆重力式海上风电基础，其中，所述压载隔舱结构内填充有第一填料。

进一步地，上述的锚杆重力式海上风电基础，其中，所述中央钢筋混凝土筒壁内布置预应力钢绞线，所述钢绞线通过顶部的张拉机构完成张拉，其中，所述中央钢筋混凝土筒由钢筋混凝土浇筑而成；所述中央钢筋混凝土筒顶部设有预应力锚栓和螺栓结构以固定上部塔筒；所述中央钢筋混凝土筒内部填充第二填料。

进一步地，上述的锚杆重力式海上风电基础，其中，在所述中央钢筋混凝土筒和所述锚杆施工平台之间还设有筒顶部扩大段。

本申请还提出了一种锚杆重力式海上风电基础的施工方法，包括如下步骤：

预制中央钢筋混凝土筒、压载隔舱结构以及锚杆施工平台；

基床开挖、抛石、夯实、整平等准备工作；

将上述结构驳运至工程地点，完成基础的下沉就位；

安装锚杆施工平台，并进行锚杆束施工；

全部锚杆束施工完毕后，拆卸锚杆施工平台；

实施基础底部的防冲刷防护结构及附属结构安装。

进一步地，上述的施工方法，其中，将上述结构驳运至工程地点，通过向所述中央钢筋混凝土筒内和所述压载隔舱结构内分别灌填第二填料和第一填料，完成基础的下沉就位。

进一步地，上述的施工方法，其中，将套管通过锚杆施工平台上的定位孔与压载隔仓径向板上的锚杆孔套接，将锚杆钻机吊放至定位架平台上，调整钻机钻头位置准确定位后将支腿固定牢固；钻杆通过套管下放进行钻孔，成孔后进行锚杆束下沉及灌浆工作。

进一步地，上述的施工方法，其中，注浆强度达到后，将套管抽离，完成单孔锚杆束的施工。

进一步地，上述的施工方法，其中，所述锚杆束长16-18m，其中6～8m处于径向隔舱板中，其余10m处于地基土中。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请结合了重力式基础及锚杆受力体系的优点，利用锚杆束对重力式基础施加预压力，能有效控制重力式基础尺度，扩大其适用范围；

本申请所有结构均可陆上预制成形，降低施工难度，提升施工效率；同时，基础上配套有可重复装卸利用的锚杆施工平台，有利于提高整体施工效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请锚杆重力式海上风电基础结构示意图；

图2：本申请锚杆重力式海上风电基础仰视图；

图3：本申请锚杆重力式海上风电基础施工方法流程图。

图中：1-上部塔筒；2-中央钢筋混凝土筒；3-压载隔仓结构；4-筒顶部扩大段；5-预应力张拉端；6-预应力钢绞线；7-第二填料；8-径向隔舱板；9-底板；10-第一填料；11-锚杆孔；12-定位孔；13-锚杆束；14-套管；15-锚杆钻机；16-锚杆施工平台；17-海平面；18-海床面；19-内环隔舱板；20-外环隔舱板。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

如图1和图2所示，本实施例锚杆重力式海上风电基础，包括：中央钢筋混凝土筒2、压载隔舱结构3、锚杆系统以及可拆卸的锚杆施工平台16；所述压载隔舱结构3套设在所述中央钢筋混凝土筒2的底部，且所述压载隔舱结构3上预留有锚杆孔11；所述锚杆施工平台16通过所述中央钢筋混凝土筒2顶部及筒壁上的预埋件支撑固定，且所述锚杆施工平台16上预制有定位孔12，其中，所述定位孔12用于架设锚杆系统及锚杆的定位安装。基础顶部风机荷载及风、浪、流荷载通过中央钢筋混凝土筒2结构传递至压载隔仓结构及锚杆体系。本实施例结合了重力式基础及锚杆受力体系的优点，利用锚杆束13对重力式基础施加预压力，能有效控制重力式基础尺度，扩大其适用范围。锚杆重力式基础适用于粉土、砂性土以及岩石地基，在特定环境中采用可降低施工难度，提升经济效益。

所述锚杆施工平台16可预制，所述锚杆施工平台16由中央钢筋混凝土筒2顶部及筒壁上的预埋件支撑固定，并根据下部基础锚杆孔11的位置预设钢制钻孔套管14定位孔12，用于架设锚杆施工设备及锚杆的定位安装。

在所述中央钢筋混凝土筒2和所述锚杆施工平台16之间还设有筒顶部扩大段4。锚杆施工平台16为环形钢质空间桁架结构，圆环外径为28m，通过筒顶部扩大段4上的预埋件架设于基础顶部。

所述锚杆系统包括：锚杆束13、套管14以及锚杆钻机15，所述锚杆钻机15设置在所述锚杆施工平台16上，所述套管14穿过所述定位孔12和所述锚杆孔11设置；所述锚杆束13借助套管穿过所述定位孔12，伸入所述锚杆孔11并插入河床面18以下设置，所述锚杆束13与周围土体采用灌浆连接，当注浆强度达到后，抽离所述套管14。

在本实施例中，所述锚杆束13通过径向隔舱板8与底板9相连，为使锚杆束13充分发挥其抗倾覆能力，建议将其均匀设置在离中央钢筋混凝土筒2较远的内环隔仓板19和外环隔舱板20之间，根据需要和尺寸构造可设单环、双环或多环锚杆束13，锚杆孔11处径向隔舱板8可适当加厚。如图1和图2，示意了设置有三环锚杆束13的情况，但是设置的锚杆束13的环数并不对本申请的保护范围造成限定，本领域技术人员可以根据实际情况适当地增减锚杆束13的环数。

所述压载隔舱结构3包括：内环隔舱板19、外环隔舱板20、底板9以及多个径向隔舱板8，其中，所述内环隔仓板、所述外环隔舱板20依次环向设置在所述中央钢筋混凝土筒2的外侧；其中，多个所述径向隔舱板8沿周向设置在所述中央钢筋混凝土筒2外并将所述中央钢筋混凝土筒2、所述内环隔仓板以及所述外环隔仓板连接；所述底板9则设置在所述径向隔仓板、所述内环隔仓板以及所述外环隔舱板20的底部。为减小应力集中影响，径向隔舱板8设计为加劲板结构与中央钢筋混凝土筒2连接。

在实施例中，仅仅公开了设有8个径向隔舱板8的情况，但是其具体设置数量并不对本申请的保护范围造成限定。

压载隔舱结构3的尺寸根据实际压载量的需求设置，除了可以稳固整个基础结构外，较大的隔舱直径为锚杆束13充分发挥作用提供了有利条件。

所述压载隔舱结构3内填充有第一填料10，第一填料10可选择砂、块石等工程材料。径向隔舱板8顶部根据受力需求设置锚杆孔11，通至基础底板9下，其中，所述锚杆孔11可以设置在所述径向隔舱板8上，当然，所述锚杆孔11尽可能地靠近外环板隔仓板20设置，即，设置越外侧越好；为使锚杆束13充分发挥其抗倾覆能力，所述锚杆孔11优选设置在所述内环隔舱板19和所述外环隔舱板20之间的部分所述径向隔舱板8上。

所述中央钢筋混凝土筒2壁内布置预应力钢绞线，所述钢绞线通过顶部的张拉机构完成张拉，如图1所示，示意了所述预应力钢绞线的预应力钢绞端6和预应力张拉端5，其中，所述中央钢筋混凝土筒2由钢筋混凝土浇筑而成；所述中央钢筋混凝土筒2顶部设有预应力锚栓和螺栓结构以固定上部塔筒1；所述中央钢筋混凝土筒2内部填充第二填料7。其中，第二填料7可选择砂、块石等工程材料。

本实施例针对6兆瓦级风机荷载，水深15m，整个基础总高25.5m，主要结构包括外径为6.6m、壁厚0.6m的中央钢筋混凝土筒2，桶内填充第二填料7；压载隔仓结构3高6m，其设有内环隔舱板19、外环隔舱板20，厚1m，通过8块径向隔舱板8隔开，隔舱内抛填第一填料10，底板9直径27m；在内环隔舱板19、外环隔舱板20之间的径向隔舱板8上设置3环共24根锚杆束13，单根锚杆束13直径0.6m，长16～18m，其中6～8m处于径向隔舱板8中，其余10m处于地基土中，锚杆束13与周围土体采用灌浆连接。

如图3所示，本实施例还提出了一种锚杆重力式海上风电基础的施工方法，包括如下步骤：

步骤一，预制中央钢筋混凝土筒2、压载隔舱结构3以及锚杆施工平台16；

其中，整个基础总高25.5m，主要结构包括外径为6.6m、壁厚0.6m的中央钢筋混凝土筒2，筒内填充第二填料7；压载隔仓结构3高6m，其设有内环隔舱板19、外环隔舱板20，厚1m，通过8块径向隔舱板8隔开，隔舱内抛填第一填料10，底板9直径27m；在内环隔舱板19、外环隔舱板20之间的径向隔舱板8上设置3环共24个锚杆孔11。锚杆施工平台16为环形钢质空间桁架结构，圆环外径为28m。

步骤二，基床开挖、抛石、夯实、整平等准备工作；

步骤三，将上述结构驳运至工程地点，完成基础的下沉就位；

具体地，将上述结构驳运至工程地点，通过向所述中央钢筋混凝土筒2内和所述压载隔舱结构3内分别灌填第二填料7和第一填料10，完成基础的下沉就位。

其中，第一填料10和第二填料7均可采用砂、块石等工程材料。

步骤四，安装锚杆施工平台16，并进行锚杆束13施工；

具体地，将套管14通过锚杆施工平台16上的定位孔12与压载隔仓径向板上的锚杆孔11套接，将锚杆钻机15吊放至定位架平台上，调整钻机钻头位置准确定位后将支腿固定牢固；钻杆通过套管14下放进行钻孔，成孔后进行锚杆束13下沉及灌浆工作。

注浆强度达到后，将套管14抽离，完成单孔锚杆束13的施工，然后继续进行其余锚杆束13的施工。

所述锚杆束13长16-18m，其中6～8m处于径向隔舱板8中，其余10m处于地基土中。

步骤五，全部锚杆束13施工完毕后，拆卸锚杆施工平台16；

在本实施例中，所述锚杆束13优选设有3环共24根。

步骤六，实施基础底部的防冲刷防护结构及附属结构安装。

本申请中的中央钢筋混凝土筒2的直径由上部塔筒1过渡段钢结构确定，筒壁竖直，保持最小的筒体体积可使基础所受的风、浪、流荷载较小，基础结构的稳定由基础压载隔舱结构3(包括内环隔舱板19、外环隔舱板20、径向隔舱板8、填料和底板9)及锚杆系统共同承担。

本申请结合了重力式基础及锚杆受力体系的优点，利用锚杆束对重力式基础施加预压力，能有效控制重力式基础尺度，扩大其适用范围；本申请所有结构均可陆上预制成形，降低施工难度，提升施工效率；同时，基础上配套有可重复装卸利用的锚杆施工平台，有利于提高整体施工效率。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (13)

1.一种锚杆重力式海上风电基础，其特征在于，

包括：中央钢筋混凝土筒、压载隔舱结构、锚杆系统以及可拆卸的锚杆施工平台；

所述压载隔舱结构套设在所述中央钢筋混凝土筒的底部，且所述压载隔舱结构上预留有锚杆孔；

所述锚杆施工平台通过所述中央钢筋混凝土筒顶部及筒壁上的预埋件支撑固定，且所述锚杆施工平台上预制有定位孔，其中，所述定位孔用于架设锚杆系统及锚杆的定位安装。

2.根据权利要求1所述的锚杆重力式海上风电基础，其特征在于，所述锚杆系统包括：锚杆束、套管以及锚杆钻机，所述锚杆钻机设置在所述锚杆施工平台上，所述套管穿过所述定位孔和所述锚杆孔设置；所述锚杆束借助套管穿过所述定位孔，伸入所述锚杆孔并插入河床面以下设置，所述锚杆束与周围土体采用灌浆连接，待注浆强度达到后，抽离所述套管。

3.根据权利要求1所述的锚杆重力式海上风电基础，其特征在于，所述压载隔舱结构包括：内环隔舱板、外环隔舱板、底板以及多个径向隔舱板，

其中，所述内环隔仓板、所述外环隔舱板依次环向设置在所述中央钢筋混凝土筒的外侧；

其中，多个所述径向隔舱板沿周向设置在所述中央钢筋混凝土筒外并将所述中央钢筋混凝土筒、所述内环隔仓板以及所述外环隔仓板连接；

所述底板则设置在所述径向隔仓板、所述内环隔仓板以及所述外环隔舱板的底部。

4.根据权利要求3所述的锚杆重力式海上风电基础，其特征在于，所述径向隔舱板上设有多个锚杆孔。

5.根据权利要求4所述的锚杆重力式海上风电基础，其特征在于，所述锚杆孔设置在所述内环隔舱板和所述外环隔舱板之间的部分所述径向隔舱板上。

6.根据权利要求1至5任一项所述的锚杆重力式海上风电基础，其特征在于，所述压载隔舱结构内填充有第一填料。

7.根据权利要求1所述的锚杆重力式海上风电基础，其特征在于，所述中央钢筋混凝土筒壁内布置预应力钢绞线，所述钢绞线通过顶部的张拉机构完成张拉，其中，所述中央钢筋混凝土筒由钢筋混凝土浇筑而成；所述中央钢筋混凝土筒顶部设有预应力锚栓和螺栓结构以固定上部塔筒；所述中央钢筋混凝土筒内部填充第二填料。

8.根据权利要求1或2或3或4或7所述的锚杆重力式海上风电基础，其特征在于，在所述中央钢筋混凝土筒和所述锚杆施工平台之间还设有筒顶部扩大段。

9.基于权利要求1至8任一项所述的锚杆重力式海上风电基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

预制中央钢筋混凝土筒、压载隔舱结构以及锚杆施工平台；

基床开挖、抛石、夯实、整平等准备工作；

将上述结构驳运至工程地点，完成基础的下沉就位；

安装锚杆施工平台，并进行锚杆束施工；

全部锚杆束施工完毕后，拆卸锚杆施工平台；

实施基础底部的防冲刷防护结构及附属结构安装。

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，将上述结构驳运至工程地点，通过向所述中央钢筋混凝土筒内和所述压载隔舱结构内分别灌填第二填料和第一填料，完成基础的下沉就位。

11.根据权利要求9或10所述的施工方法，其特征在于，将套管通过锚杆施工平台上的定位孔与压载隔仓径向板上的锚杆孔套接，将锚杆钻机吊放至定位架平台上，调整钻机钻头位置准确定位后将支腿固定牢固；钻杆通过套管下放进行钻孔，成孔后进行锚杆束下沉及灌浆工作。

12.根据权利要求11所述的施工方法，其特征在于，注浆强度达到后，将套管抽离，完成单孔锚杆束的施工。

13.根据权利要求12所述的施工方法，其特征在于，所述锚杆束长16-18m，其中6～8m处于径向隔舱板中，其余10m处于地基土中。