CN110397070A - 一种筒边桩式海上风电基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种筒边桩式海上风电基础，包括筒型结构和桩结构两部分；筒型结构由筒裙、筒顶盖、分舱板、主梁、圈梁、混凝土顶盖、支撑杆和加劲肋组成；筒裙与筒顶盖组成一开口向下的半封闭筒型结构；筒顶盖上沿径向均匀布置有3～12根主梁，沿环向布置有3～6根圈梁；主梁和圈梁上均设有加劲肋，分舱板布置于半封闭筒型结构内并处于主梁和圈梁的正下方，分舱板使半封闭筒型结构内的中心位置形成有正多边形半封闭结构；在正多边形半封闭结构外侧通过分舱板形成有3～12个半封闭结构；筒顶盖上设有混凝土顶盖；桩结构由立桩构成，在主梁外侧端部环向均匀布置有3～12个立桩；立桩下端超出筒裙的高度5～30m；立桩上端与主梁上端面齐平且主梁穿过立桩上端与立桩相连。

Description

一种筒边桩式海上风电基础

技术领域

本发明属于海洋工程的基础结构技术领域，具体是涉及一种采用筒型结构和桩结构组合而成的海上风电基础。

背景技术

风能是可再生能源的重要组成部分，积极地开发风能对于改善能源系统结构、缓解能源危机、保护生态环境具有深远意义。随着风电技术逐渐由陆上延伸到海上，海上风力发电已经成为世界可再生能源发展领域的焦点。进入新世纪以来，我国海上风电发展态势迅猛，逐渐成为我国应对能源供应和能源安全问题的一项重要举措，海上风力发电已经进入了一个快速发展的阶段。

海上风电基础结构处于复杂的海洋环境中，极易受到各种海洋环境荷载的灾害性作用，从而影响基础结构的安全性。因此，根据海域地质、海洋环境等因素选择不同的基础形式就成了风电工程设计中极为重要的一项任务。

创新基础结构形式，保证风电基础结构安全是海上风电场建设的关键。传统的基础形式有钢管桩基础、重力式基础、导管架基础、多桩承台基础、筒型基础和浮式基础等。其中，钢管桩基础和导管架基础的施工工艺复杂，运输安装需要大型设备配合运输及吊装，成本高。重力式基础整体依靠结构自重以及填料和压载抵抗环境荷载，从而维持结构稳定。其施工简单，填料及压载材料成本低，但其对地基的地质要求较高。

筒型基础结构形式简单，运输安装方便，承载能力强，可实现一步式安装，同时筒裙抗滑移稳定性较高，适应范围较广。针对深水大容量风机时，由于弯矩荷载的增加，导致筒裙的直径不断增加，使得基础结构的受力条件恶化，安装的难度增大；针对表层有较厚淤泥质地基时，筒裙高度需要做的比较大或筒直径做的比较大，才能有效的控制整个基础的不均匀沉降。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种筒边桩式海上风电基础，在降低基础建造费用情况下，保证整个风机结构的设计变形要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种筒边桩式海上风电基础，包括筒型结构和桩结构两部分；所述筒型结构由筒裙、筒顶盖、分舱板、主梁、圈梁、混凝土顶盖、支撑杆和加劲肋组成；筒裙与筒顶盖组成一开口向下的半封闭筒型结构；筒顶盖上沿径向均匀布置有3～12根主梁，沿环向布置有3～6根圈梁；所述主梁和圈梁上均设有所述加劲肋，所述分舱板布置于上述半封闭筒型结构内并处于主梁和圈梁的下方，分舱板使半封闭筒型结构内的中心位置形成有由3～12个边组成的正多边形半封闭结构；在正多边形半封闭结构各竖直边位置的外侧通过所述分舱板形成有3～12个半封闭结构；所述筒顶盖上设有所述混凝土顶盖；

所述桩结构由立桩构成，在主梁外侧端部环向均匀布置有3～12个立桩；立桩下端超出筒裙的高度5～30m；立桩上端与主梁上端面齐平且主梁穿过立桩上端与立桩相连；立桩与筒裙、筒顶盖、混凝土顶盖相交；相交部分立桩桩身内不设置筒裙，立桩桩顶不设置筒顶盖和混凝土顶盖以保持立桩内部上下贯通。

进一步的，所述主梁、圈梁均由工字钢构成。

进一步的，筒裙、筒顶盖、分舱板、主梁、圈梁、加劲肋均为钢质结构，通过焊接连接为一整体；混凝土顶盖浇筑于筒顶盖上，并将主梁、圈梁和加劲肋埋入混凝土中。

进一步的，所述立桩为两端开口的钢制管状结构。

进一步的，立桩的上端面还设有与主梁垂直连接的支撑杆，支撑杆为工字形杆件。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.针对海床由表层10～20m淤泥质地基或具有一定厚度和较高承载力的黏性土层或砂性土层或粉土层等组成的层状地基，本发明上风电基础中立桩可以插入具有较高承载力的土层，从而显著提高整个基础结构的承载力和抗变形的能力。相对宽浅式筒型基础来说，筒的直径和筒裙深度都可以得到显著降低，从而降低造价。尤其是对于表层为上述层状地基，厚度约30～40m，然后为岩石地基的海床，本发明海上风电基础可以避免传统桩基础的嵌岩，从而显著降低海上工程施工时间，从而降低施工成本。

2.本发明海上风电基础中立桩的顶部是开口的，当基础下沉时，如果立桩内部淤泥可以通过顶部开口挤出，从而避免立桩内部形成的土塞限制基础结构的整体下沉。

附图说明

图1是本发明风电基础的立体结构示意图。

图2是本发明风电基础在仰视视角下的立体结构示意图。

附图标记：1-工字钢主梁，2-工字钢圈梁，3-混凝土顶盖，4-筒顶盖，5-筒裙，6-分舱板，7-支撑杆，8-加劲肋，9-立桩

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明涉及的一种筒边桩式海上风电基础，包括筒型结构和桩结构两部分。筒型结构由筒裙5、筒顶盖4、分舱板6、工字钢主梁1、工字钢圈梁2、混凝土顶盖3、支撑杆7和加劲肋8组成；

筒裙5与筒顶盖4组成一开口向下的半封闭筒型结构；筒裙5高度10m，厚度20mm，直径30m；顶盖厚度10mm；

筒顶盖4上侧沿径向均匀布置6根工字钢主梁1，沿环向布置4圈工字钢圈梁2；工字钢主梁1、工字钢圈梁2上均设有加劲肋8；工字钢主梁1高度50cm，翼缘板厚30mm，宽度30cm；工字钢圈梁2高度50cm，翼缘板厚20mm，宽度20cm；

分舱板6布置于上述半封闭筒型结构内，在半封闭筒型结构的中心形成一6边的正多边形半封闭结构；在正多边形半封闭结构各竖直边外侧沿径向布置分舱板6，形成6个半封闭结构；径向分舱板6处在工字钢主梁1的正下方；分舱板厚度15mm；

筒顶盖4上设有混凝土顶盖3；混凝土厚度50cm；

筒裙5、筒顶盖4、分舱板6、工字钢主梁1、工字钢圈梁2、加劲肋8为钢质结构，通过焊接连接为一整体；混凝土顶盖3浇筑在筒顶盖4上，将工字钢主梁1、工字钢圈梁2、加劲肋8埋入混凝土中。

桩结构中立桩9是两端开口的钢制管状结构，沿筒裙5环向均匀在工字钢主梁1外侧端部布置6个，直径3m；立桩9下端超出筒裙5的高度10m；立桩9上端与工字钢主梁1上翼缘齐平；工字钢主梁1穿过立桩9上端；工字钢圈梁2、筒裙5、分舱板6在立桩9位置断开；在立桩9的上端，垂直工字钢主梁1设有支撑杆7，支撑杆7为工字形杆件；立桩9与筒裙5、筒顶盖4、混凝土顶盖3相交；相交部分立桩9桩身内不设置筒裙5，立桩9桩顶不设置筒顶盖4和混凝土顶盖3以保持立桩内部上下贯通。

立桩9、筒裙5、工字钢主梁1、工字钢圈梁2、分舱板6、支撑杆7均为钢质结构，通过焊接连接为一整体。

本实施例的具体施工方法如下：

(1)首先在陆上工厂预制并安装筒型结构、桩结构及上部过渡段。

(2)将基础结构预制完成后通过船舶运送到指定安装地点。

(3)通过负压下沉，将整个基础沉入海床，使其顶盖与海床紧密接触。

(4)基础施工完成后，通过浮吊安装上部风机塔筒、机头等。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种筒边桩式海上风电基础，其特征在于，包括筒型结构和桩结构两部分；

所述筒型结构由筒裙、筒顶盖、分舱板、主梁、圈梁、混凝土顶盖、支撑杆和加劲肋组成；筒裙与筒顶盖组成一开口向下的半封闭筒型结构；筒顶盖上沿径向均匀布置有3～12根主梁，沿环向布置有3～6根圈梁；所述主梁和圈梁上均设有所述加劲肋，所述分舱板布置于上述半封闭筒型结构内并处于主梁和圈梁的下方，分舱板使半封闭筒型结构内的中心位置形成有由3～12个边组成的正多边形半封闭结构；在正多边形半封闭结构各竖直边位置的外侧通过所述分舱板形成有3～12个半封闭结构；所述筒顶盖上设有所述混凝土顶盖；

所述桩结构由立桩构成，在主梁外侧端部环向均匀布置有3～12个立桩；立桩下端超出筒裙的高度5～30m；立桩上端与主梁上端面齐平且主梁穿过立桩上端与立桩相连；立桩与筒裙、筒顶盖、混凝土顶盖相交并保持立桩内部上下贯通。

2.根据权利要求1所述一种筒边桩式海上风电基础，其特征在于，所述主梁、圈梁均由工字钢构成。

3.根据权利要求1所述一种筒边桩式海上风电基础，其特征在于，筒裙、筒顶盖、分舱板、主梁、圈梁、加劲肋均为钢质结构，通过焊接连接为一整体；混凝土顶盖浇筑于筒顶盖上，并将主梁、圈梁和加劲肋埋入混凝土中。

4.根据权利要求1所述一种筒边桩式海上风电基础，其特征在于，所述立桩为两端开口的钢制管状结构。

5.根据权利要求1所述一种筒边桩式海上风电基础，其特征在于，立桩的上端面还设有与主梁垂直连接的支撑杆，支撑杆为工字形杆件。