CN110258613A - 一种陆地单桩倒置双桶式风电基础及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陆地单桩倒置双桶式风电基础，其上端包括一个双桶组合结构，中间设有1个缓冲装置，下端包括1根预制端承摩擦桩。所述的双桶组合结构由中空基础外桶结构与基础内桶结构通过螺纹连接而成，基础内桶结构径高比为2‑4，中空基础外桶结构径高比为6‑10，双桶组合结构安装完成后倒置于圆形基坑中；所述的双桶组合结构与端承摩擦桩连接处设置有缓冲装置，缓冲装置由抗疲劳性能较好的弹簧或橡胶皮垫制成，其尺寸与下部的端承摩擦桩横截面积相同，使用螺栓将双桶组合结构、缓冲装置以及预制端承摩擦桩顺次连接，本发明单桩倒置双桶式基础具有承载力高、地基沉降量小、应用范围广、成本低的特点。

Description

一种陆地单桩倒置双桶式风电基础及其使用方法

技术领域

本发明涉及风电机组地基，具体涉及一种用于陆地风电机组地基的组合式基础。

背景技术

如今，人们逐渐意识到能源危机、环境污染以及全球变暖所带来的危害，为了缓解现状，新能源的开发及利用变得迫在眉睫。风能是一种清洁、高效的新能源，人们通过风力机将风能转化为电能，其有效代替了传统能源，缓解了能源危机。风力发电分为海上风电和陆地风电，相比于陆上风电，海上风电基础受到盐雾腐蚀、海浪荷载、海冰冲撞、台风破坏等不良自然条件的制约，同时，海上风电远离海岸，导致检修和维护费用大大增加，截至到2017年为止，陆地风电基础全球的风电总装机容量达539 GW，其中，陆地风电总量高达491GW，占到装机总量的91%，由此可以看出，陆地风电具有更广阔的前景和发展空间，应该受到重视以及大力发展。

目前，应用最为广泛的陆地风电基础是传统重力式基础与群桩基础，重力式基础以其施工工艺成熟，抗弯、抗剪能力强受到各国认可。但随着风电技术的逐步成熟，风机单机容量不断增加，对基础的设计要求也变得越来越高，传统重力式基础为了满足其上部水平荷载、竖向荷载、弯矩荷载的要求，只能把基础体积变大，其结果是基础的工程量及占地面积较大，造价较高，不能满足工程的经济要求。其次，由于风电场的大规模建设，部分风电场必须建设在软弱地基上，采用重力式基础将会产生地基不均匀变形或者较大的地基沉降。最后，重力式基础的基坑开挖深度相比其他基础形式较大，增加了人工劳动成本，且基坑开挖产生的多余废渣土往往不能及时处理，对环境造成极大的破坏。

群桩基础基础具有承台埋深浅、挖填方量小、控制地基变形能力强等优点，但群桩基础的群桩和承台的工程量较大、工程造价相对较高、施工工期长，很难满足工程经济性的要求，另外由于桩基础抵抗水平与弯矩荷载的能力较差，当桩体受到较大水平荷载或弯矩荷载作用时可能出现断裂，极大影响桩基础的工作性能。因此，针对上述所出现的问题，提出了一种可以有效降低成本、提高承载力、减少地基沉降以及保护环境的风电机组地基基础。

发明内容

本发明的目的是针对现有陆地风电机组重力式基础与群桩基础所存在的问题，提供了一种新型单桩倒置双桶式陆上风电组合基础，该基础综合了桶形基础和桩基础的优点，基坑开挖量较小，基础可适用于任何土质且地基的沉降量较小；由双桶结构与桩基础共同承担水平、竖向、弯矩荷载，极大提高了基础的承载力；在单桩倒置双桶式基础安装完成后倒置于基坑内，其施工方法简单，缩短了施工工期；待基础与塔架安装完成以后，可以把全部废渣土回填，解决了废渣土处理困难的难题。

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：

本发明陆地单桩倒置双桶式风电基础，由双桶组合结构、端承摩擦桩、缓冲装置组合而成，三个构件上分别设有8个圆形孔、连接孔、螺栓孔。双桶组合结构由中空基础外筒结构和基础内筒结构通过螺纹连接而成，双桶组合结构与端承摩擦桩连接处设置缓冲装置，端承摩擦桩为一根钢筋混凝土单桩，通过工厂预制浇筑而成，通过螺栓将双桶组合结构、缓冲装置以及端承摩擦桩顺次连接，形成一个完整的陆地单桩倒置双桶型风电基础。

基础内桶结构与中空基础外桶结构由钢材制作而成，基础内桶的径高比为2-4，中空基础外桶的径高比为6-10。

基础内桶与中空基础外桶连接完成后形成双桶组合结构，倒置于圆形基坑中，为了便于螺栓连接，双桶组合结构的圆形孔与缓冲装置上连接孔分别对应。

缓冲装置由抗疲劳性能较好的弹簧或橡胶皮垫制成，其尺寸与下部的端承摩擦桩横截面积相同，为了便于螺栓连接，缓冲装置的连接孔与端承摩擦桩上螺栓孔分别对应。

将端承摩擦桩基础贯入至基坑底面持平高度，其长度由基础所在位置的持力层深度决定。

基础使用方法包括以下步骤：

第一步，根据具体的工程地质条件以及上部结构达到正常使用极限状态时的荷载设计双桶组合结构与端承摩擦桩具体尺寸；

第二步，开挖一个圆形基坑，基坑深度按单桩基础开挖深度设计，基坑半径不得小于双桶组合结构半径1m；

第三步，采用压桩机以静力将端承摩擦桩挤入基坑中央；

第四步，把缓冲装置放置在端承摩擦桩顶部，连接孔与螺栓孔分别对应；

第五步，在基坑外将中空基础外筒结构与基础内筒结构安装完成，通过绳索把起重机与中空外筒结构的手柄连接在一起，装吊至基坑内，圆形孔与连接孔分别对应；

第六步，使用螺栓依次穿过圆形孔、连接孔，最后与螺栓孔栓接；

第七步，将塔架结构安装在基础上，人工回填渣土，利用压实机械把地基压实。

本发明陆地单桩倒置双桶式风电基础的有益效果如下：本发明将基础内桶结构与中空基础外桶结构通过螺纹连接成双桶组合结构，双桶组合结构增大了桶壁与土体的接触面积，使其与端承摩擦桩共同承担水平荷载，克服了端承摩擦桩抗剪和抗弯能力较差的缺陷；双桶组合结构具有较大的底面积，使其与端承摩擦桩共同承担竖向荷载，提高了基础的竖向承载力；端承摩擦桩作用于较好的持力层上，使基础可以作用于任何土质地基中，有效减少了基础沉降量；端承摩擦桩与桩壁之间通过相互挤压产生一定的抗拔力，提高了双桶组合结构的抗倾覆能力；单桩倒置双桶式基础的基坑开挖深度相对重力式基础较浅，节约了人工成本；双桶组合结构与端承摩擦桩之间设有缓冲装置，对外荷载的冲击作用起到缓冲效果，防止二者连接处发生脆性破坏；将双桶组合结构倒置通过螺栓与端承摩擦桩连接，其施工工艺简单、方便，缩短了施工工期，带来更大的经济效益；基础与塔架安装完成后，可将废渣土全部回填制基坑内，防止渣土对环境产生破坏。

附图说明

图1为单桩倒置双桶式风电基础的上下二等角轴测图；

图2为单桩倒置双桶式风电基础的剖面图；

图3为单桩倒置双桶式风电基础的俯视图；

图4为中空基础外桶结构的上下二等角轴测图；

图5为基础内桶结构的上下二等角轴测图；

图6为缓冲装置的俯视图；

图7为端承摩擦桩的上下二等角轴测图；

图中，1. 组合双桶结构；1-1. 基础内桶结构；1-2. 中空基础外桶结构；2. 基础环；3.手柄；4. 端承摩擦桩；5. 螺栓；6. 缓冲装置；7. 连接孔；8. 螺栓孔；9. 圆形孔。

具体实施方式

如图所示，该陆地单桩倒置双桶式风电基础包括一根端承摩擦桩4，桩顶设有8个螺栓孔8；端承摩擦桩顶端接有缓冲装置6，缓冲装置由抗疲劳性能较好的弹簧或橡胶皮垫组成，其有8个连接孔7分别与螺栓孔8位置相对应；缓冲装置上部接有双桶组合结构1，该组合结构由基础内桶结构1-1和中空基础外桶结构1-2通过螺纹连接而成，基础内桶中设置用来连接上部塔架的基础环2，内桶中央有8个圆形孔9，中空基础外桶结构1-2内径与基础内桶结构1-1外径尺寸相同，桶壁接有4个手柄3，便于起重机对双桶组合结构1进行装吊。最后，使用螺栓5顺次连接双桶组合结构1、缓冲装置6、端承摩擦桩4，组成完整的单桩倒置双桶式风电基础。

实施例1以桶径为7.5m的双桶组合结构为例，基础内桶结构径高比为2.5，壁厚为0.25m，基础环直径为1.9m、高度为0.5m、厚度为0.15m；中空基础外桶结构径高比为7.5，壁厚为0.25m；端承摩擦桩桩长为12m、直径为1.2m；缓冲装置直径为1.2m、厚度为0.2m；首先开挖一个直径为10m、深度为4m的基坑，把预制端承摩擦桩贯入至与基坑底面持平高度，再把缓冲装置上的连接孔与端承摩擦桩顶端的螺栓孔一一对应，然后将基础内桶结构与中空基础外桶结构通过螺纹连接在一起，使用绳索将起重机与手柄连接在一起，装吊置基坑内，使内桶的圆形孔与连接孔分别对应，通过直径为0.2m的螺栓将3个部件连接在一起，最后，把塔架安装在基础环上，人工回填废渣土，使用压实机械将地基压实即可。

上述描述仅对本发明的实例进行了示意性描述，本发明不局限于这一种施工方式，本领域的施工技术人员可以根据施工现场具体工况，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，选择更加合适的施工方式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种陆地单桩倒置双桶式风电基础，由双桶组合结构、缓冲装置、端承摩擦桩组合而成，三个构件上分别设有8个圆形孔、连接孔、螺栓孔；其特征在于，所述的双桶组合结构由中空基础外筒结构和基础内筒结构通过螺纹连接而成，所述的双桶组合结构与端承摩擦桩连接处设置缓冲装置，所述的端承摩擦桩为一根钢筋混凝土单桩，通过工厂预先浇筑而成；通过螺栓将双桶组合结构、缓冲装置以及端承摩擦桩顺次连接，形成一个完整的陆地单桩倒置双桶式风电基础。

2.根据权利要求1所述的陆地单桩倒置双桶式风电基础，其特征在于，所述的基础内桶结构与中空基础外桶结构由钢材制作而成，基础内桶的径高比为2-4，中空基础外桶的径高比为6-10。

3.根据权利要求1所述的陆地单桩倒置双桶式风电基础，其特征在于，所述的基础内桶与中空基础外桶连接完成后形成双桶组合结构，倒置于圆形的基坑中，为了方便螺栓连接，将双桶组合结构的圆形孔与缓冲装置上连接孔分别对应。

4.根据权利要求1所述的陆地单桩倒置双桶式风电基础，其特征在于，所述的缓冲装置由抗疲劳性能较好的弹簧或橡胶皮垫制成，其尺寸与下部的端承摩擦桩横截面积相同，为了方便螺栓连接，将缓冲装置的连接孔与端承摩擦桩上螺栓孔分别对应。

5.根据权利要求1所述的陆地单桩倒置双桶式风电基础，其特征在于，所述的端承摩擦桩贯入至与基坑底面持平高度，其长度由基础所在位置的持力层深度决定。

6.根据权利要求1所述的陆地单桩倒置双桶式风电基础，其特征在于，所述的基础使用方法包括以下步骤：

第一步，根据具体的工程地质条件以及上部结构达到正常使用极限状态的荷载设计双桶组合结构与端承摩擦桩具体尺寸；

第二步，开挖一个圆形基坑，基坑深度按单桩基础的开挖深度设计，基坑半径不得小于双桶组合结构半径1m；

第三步，采用压桩机以静力将预制端承摩擦桩挤入基坑中央；

第四步，把缓冲装置放置在端承摩擦桩顶部，连接孔与螺栓孔分别对应；

第五步，在基坑外将中空基础外筒结构与基础内筒结构拼接完成，通过绳索把起重机与中空外筒结构手柄连接在一起，装吊至基坑内，圆形孔与连接孔分别对应；

第六步，使用螺栓依次穿过圆形孔、连接孔，最后与螺栓孔栓接；

第七步，将塔架结构安装在基础上，人工回填渣土，利用压实机械把地基压实。