CN110144930A - 一种具有新型海缆布置方式带负压筒式的海上升压站基础结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有新型海缆布置方式带负压筒式海上升压站基础结构和施工方法，在减少海缆保护管外露长度、数量和海上升压站基础所受冰荷载的同时，提高结构在承受冰荷载时的稳定性及疲劳寿命，并缩短海上施工窗口以利于寒冷海域施工。本发明的的海上升压站基础结构，设置若干根导管架腿，所述基础结构采用锥台形筒和圆柱形筒组合的负压筒对导管架腿进行支撑，导管架腿通过横撑和斜撑进行连接；负压筒上布置抽气导管；在导管架腿承受冰荷载位置安装抗冰锥体；导管架腿在承冰腐蚀区的上部以及在海平面以下的位置分别设置海缆穿孔，导管架腿内布置海缆。

Description

一种具有新型海缆布置方式带负压筒式的海上升压站基础结 构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种应用于冰灾、岩基层埋深浅海域且具有新型海缆布置方式的负压筒式海上升压站基础结构及施工方法，针对常规海上升压站基础结构外侧布置海缆保护管引起冰荷载集聚增大、岩基层埋深海域嵌岩桩基施工困难及平台整体结构稳定等问题，特别适用于冰灾海域或岩基层埋深浅海域海上升压站等海洋工程领域，也可为地质条件良好的非冰灾海域海上升压站设计提供新的思路。

背景技术

海上风电资源丰富、基本不占用土地面积且适宜大规范开发，已成为我国沿海地区风力发电的主要方向。海上升压站作为海上风电场电能汇集、升压、配电和控制中心，成为海上风电场必备的配套设施。

随着海上风电向寒冷海域发展（比如渤海、北黄海等），当出现冰灾时，冰荷载对海上升压站的影响往往十分严重。在风和流的作用下，冰会对结构产生挤压、冲击荷载，且由于水位升降，浮冰还会产生附加浮力和重力，结构暴露在冰层中的面积越大，其所受的荷载也越大。传统的海上升压站海缆保护管(J型管，下同)布置在导管架侧平面（见图1），冰层区域作用面积非常大，一方面海缆保护管布置使整体所受的冰荷载增加，对结构整体的强度、稳定性及疲劳寿命产生一定影响；另一方面，由于外露海缆保护管数量较多，其本身在遭受较大冰荷载时，其强度及稳定性难以保证，不利于海缆保护。此外，对于覆盖层浅海域，传统的桩式导管架施工当采用嵌岩桩基时，需要较长的打桩施工窗口，且海上打桩施工难度大。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提出一种具有新型海缆布置方式带负压筒式海上升压站基础结构，以期在减少海缆保护管外露长度、数量和海上升压站基础所受冰荷载的同时，提高结构在承受冰荷载时的稳定性及疲劳寿命，并缩短海上施工窗口以利于寒冷海域施工。本发明采用的技术方案是：

一种具有新型海缆布置方式带负压筒式的海上升压站基础结构，设置若干根导管架腿，其特征在于所述基础结构采用锥台形筒和圆柱形筒组合的负压筒对导管架腿进行支撑，导管架腿通过横撑和斜撑进行连接；负压筒上布置抽气导管；在导管架腿承受冰荷载位置安装抗冰锥体；导管架腿在承冰腐蚀区的上部以及在海平面以下的位置分别设置海缆穿孔，导管架腿内布置海缆。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案或对这些进一步的技术方案组合使用：

锥台形筒设置在负压筒的上部，其锥度适配海缆的转弯半径。

抗冰锥体结构型式为上下两块锥形管大径端对接，环焊在导管架主腿上，上下两块锥形管对接处大致对应海水水位的平均水位。

连接导管架腿的竖向斜撑均位于海平面以下，减少了冰荷载作用面积。

海缆穿孔的开孔位置采用错层布置, 海缆穿孔外设有或不设有海缆保护管，并在管口设置弯曲限制器。

在导管架腿内设置或不设置海缆固定环。

在在泥面位置为保护海缆根据实际情况安装弯曲限制器。

各根导管架腿分别由独立的负压筒支撑。

本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种上述海上升压站基础结构的施工方法，其特征在于包括步骤如下：

1）、在陆上预制该海上升压站基础结构，所述海上升压站基础结构包括4-6根导管架腿，所述基础结构采用锥台形筒和圆柱形筒组合的负压筒对导管架腿进行支撑，导管架腿通过横撑和斜撑进行连接；负压筒上布置抽气导管；在导管架腿承受冰荷载位置安装抗冰锥体；导管架腿在承冰腐蚀区的上部以及在海平面以下的位置分别设置海缆穿孔；

2)、将步骤1）预制的海上升压站基础结构通过驳船运输至指定海域，下沉该结构，下沉时将负压筒内空气抽出，下沉后，通过抽气导管调整各根导管架腿的负压筒的压力来调平导管架基础；

3）、在导管架腿内敷设海缆，在导管架腿海缆穿孔连接保护管端部设置海缆保护管，并在泥面海缆出线设置弯曲限制器，至此，整个海上升压站基础安装完成。

本发明提出一种新型海上升压站结构型式，能有效应用于冰灾、岩基层埋深浅的海域。本发明的有益效果是：1、本发明从导管架腿内部进行海缆布设，减少了导管架基础在冰灾区的受力作用面积，在减少海缆保护管外露长度、数量和海上升压站基础所承受强大冰荷载的同时，提高了结构在承受冰荷载时稳定性和疲劳寿命。2、本发明采用负压筒式导管架基础型式，无需插桩，传统桩式导管架打桩施工需14~30天，若为嵌岩桩基则需更长的施工时间，采用负压筒式基础可将海上施工期缩短到1~2天，大大减少了海上施工时间，施工窗口更为自由；3、针对在嵌岩层打桩难度较大、桩与地基间水下灌浆困难问题，采用负压筒式结构无需水下灌浆，大大降低了海上施工难度，简化了施工工序，节省了造价；4、本发明采用负压筒式导管架基础型式，不需要在桩和导管架间灌浆，更为简单、经济。5、在导管架设计时考虑冰锥和斜撑的布置，其结构本身减少了冰荷载作用，符合冰灾海域的设计理念；6、本发明结构简单、可靠、施工简练工期短、造价低，为我国渤海等冰灾海域海上升压站设计提供了新的思路。

附图说明

图1为传统海上升压站三维模型示意图。其中，A代表管架主管，B代表J形管，C代表冰腐蚀区，箭头表示冰载荷。

图2为本发明的三维模型示意图。其中的箭头表示冰载荷。

图3为本发明的俯视图。

图4为本发明海缆布置主视图。其中的箭头表示冰载荷。

图5为本发明导管架腿内部保护环示意图。

图6~8为本发明海上运输安装示意图。

具体实施方式

本实例为一种应用于冰灾、岩基层埋深浅海域且具有新型海缆布置方式的负压筒海上升压站基础结构型式及其施工方法。

如图2所示，对比于图1中传统的海上升压站结构，本发明结构型式冰载区域受力面积更小，所承受的冰荷载更低，强度、稳定性和疲劳等优势更大，在冰灾海域适应性更广。该发明设置4根导管架腿1，每根导管架腿1独立的负压筒2进行支撑，负压筒2采用锥台形筒21和圆柱形筒22组合的结构，锥台形筒21设置在负压筒的上部，不仅有利于海缆进出导管架腿1的弯转且能够利用水压提高结构的稳定性，负压筒2上布置抽气导管6，抽气导管6的数量一般2~4根。导管架腿通过变直径的横撑3和斜撑连接，斜撑包括竖向斜撑4和水平斜撑5，连接导管架腿的竖向斜撑均位于海平面以下，减少了冰荷载作用面积，水平斜撑5布置在下述抗冰锥体7的上方。根据冰荷载作用位置，在导管架腿承受冰荷载位置安装抗冰锥体7，抗冰锥体7的结构型式为上下两块锥形管71、72大径端对接，环焊在导管架主腿上，上下两块锥形管71、72的对接处大致对应海水水位的平均水位，这样，既能保护导管架腿，同时，可以应对海水水位的变化，冰排能受倒上锥形管71和下锥形管72的锥体作用，发生表面、根部弯曲破坏，提高破冰效果。

导管架腿在承受冰荷载位置的上部以及在海平面以下的位置分别设置海缆穿孔，35kV海缆8和220kV海缆9分别布置于导管架腿1内，并成一定角度在导管架腿外侧穿出布置，如图2~3所示；在导管架腿1的冰腐蚀区100上部的海缆穿孔外根据空间情况可设或不设置海缆保护管10a；在导管架腿1的海平面以下的海缆穿孔外根据空间情况可设或不设置海缆保护管10b，在海缆穿孔或海缆保护管10a、10b端部设置弯曲限制器11；海缆保护管10a和10b采用支撑管12固定于导管架腿1或负压筒2上。如图5所示；在导管架腿内，可根据海洋环境资料来确定是否焊接海缆固定环13，其直径为海缆直径的2~4倍，其间保留空隙，起到保护和固定海缆的作用，如需要设置时应当考虑较大的导管架腿1的直径。

本实施算例中，导管架腿1的尺寸不仅需要考虑承载力的要求，还需考虑内部海缆布设的需求；负压筒2锥台形筒部分的斜度需要考虑海缆的转弯半径，并在合适位置设置支撑管12；导管架腿进出海缆位置，需要考虑开孔对结构造成的损伤，因此在布置时开孔为错层布置；220kV海缆一方面数量较少，另一方面其直径较大，在同一导管架腿内只布置2~3根；抗冰锥体7需要覆盖冰磨蚀区以到达破冰作用；内部的海缆固定装置13可根据实际海况进行增设；在泥面处根据海底情况设置合适长度的弯曲限制器14，保证海缆在泥面位置的可弯曲性。

图6~8为本发明的海上运输安装图，具体实施步骤如下：

1、在陆上预制该新型海上升压站结构100，如图3~4；

2、将该结构通过驳船200进行运输至指定海域，下沉该结构，下沉时将负压筒2内空气抽出，下沉后通过抽气导管6调整各根导管架腿的负压筒2的压力来调平导管架基础；

3、在导管架腿1内敷设海缆8~9，在导管架腿海缆穿孔连接海缆保护管10，并在泥面海缆出线位置设置弯曲限制器14，至此，整个海上升压站基础安装完成。

以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有新型海缆布置方式带负压筒式的海上升压站基础结构，设置若干根导管架腿，其特征在于所述基础结构采用锥台形筒和圆柱形筒组合的负压筒对导管架腿进行支撑，导管架腿通过横撑和斜撑进行连接；负压筒上布置抽气导管；在导管架腿承受冰荷载位置安装抗冰锥体；导管架腿在承冰腐蚀区的上部以及在海平面以下的位置分别设置海缆穿孔，导管架腿内布置海缆。

2.根据权利要求1所述的一种新型海缆布置方式的负压筒式海上升压站基础结构，其特征在于：锥台形筒设置在负压筒的上部，其锥度适配海缆的转弯半径。

3.根据权利要求1所述的一种新型海缆布置方式的负压筒式海上升压站基础结构，其特征在于：抗冰锥体结构型式为上下两块锥形管大径端对接，环焊在导管架主腿上，上下两块锥形管对接处大致对应海水水位的平均水位。

4.根据权利要求1所述的一种新型海缆布置方式的负压筒式海上升压站基础结构，其特征在于：连接导管架腿的竖向斜撑均位于海平面以下，减少了冰荷载作用面积。

5.根据权利要求1所述的一种新型海缆布置方式的负压筒式海上升压站基础结构，其特征在于：海缆穿孔的开孔位置采用错层布置, 海缆穿孔外设有或不设有海缆保护管，并在管口设置弯曲限制器。

6.根据权利要求1所述的一种新型海缆布置方式的负压筒式海上升压站基础结构，其特征在于：在导管架腿内设置或不设置海缆固定环。

7.根据权利要求1所述的一种新型海缆布置方式的负压筒式海上升压站基础结构，其特征在于：在在泥面位置为保护海缆根据实际情况安装弯曲限制器。

8.根据权利要求1所述的一种新型海缆布置方式的负压筒式海上升压站基础结构，其特征在于：各根导管架腿分别由独立的负压筒支撑。

9.一种权利要求1所述海上升压站基础结构的施工方法，其特征在于包括步骤如下：

1）、在陆上预制该海上升压站基础结构，所述海上升压站基础结构包括4-6根导管架腿，所述基础结构采用锥台形筒和圆柱形筒组合的负压筒对导管架腿进行支撑，导管架腿通过横撑和斜撑进行连接；负压筒上布置抽气导管；在导管架腿承受冰荷载位置安装抗冰锥体；导管架腿在承冰腐蚀区的上部以及在海平面以下的位置分别设置海缆穿孔；

2)、将步骤1）预制的海上升压站基础结构通过驳船运输至指定海域，下沉该结构，下沉时将负压筒内空气抽出，下沉后，通过抽气导管调整各根导管架腿的负压筒的压力来调平导管架基础；

3）、在导管架腿内敷设海缆，在导管架腿海缆穿孔连接保护管端部设置海缆保护管，并在泥面海缆出线设置弯曲限制器，至此，整个海上升压站基础安装完成。