CN111926850A - 一种六边形海上风电筒型基础水上预制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种六边形海上风电筒型基础水上预制装置和方法，装置包括预制沉垫，所述预制沉垫的边角处设置有立柱，所述立柱外侧设置有卡环，所述卡环穿设有可沿所述立柱上下活动的定位桩，所述预制沉垫的上表面内嵌入设置有预制底座，所述预制沉垫的上表面还设置有养护沉垫，所述六边形海上风电筒型基础水上预制装置还包括筒型基础浇筑模。本发明延长了养护时间，极大提高了装置的预制效率。

Description

一种六边形海上风电筒型基础水上预制装置和方法
技术领域
本发明涉及海上风电基础筒型基础安装的技术领域，更具体地，涉及一种六边形海上风电筒型基础水上预制装置和方法。
背景技术
近年来，全球海上风电的规模化开发速度明显加快。欧洲之外，中国迅速成为新的增长引擎。根据国家能源局统计，2019年，我国新增海上风电装机198万千瓦，累计装机容量达到593万千瓦。当前，我国海上风电依然处于规模化开发的初期，为了进一步贯彻落实平价上网的目标，未来我国海上风电必将向深海、大容量、低成本方向发展。
海洋环境复杂(受到风、波浪、海流、运行等载荷作用)，海上风电基础结构投资占比(20％～30％)通常远高于陆上风电场的同类比重，选择合理的风电基础结构至关重要。目前，较为常见的海上风电基础结构包括桩基、多桩承台、三脚架、导管架、重力式等。近年来，随着海洋岩土领域技术的发展，筒型基础的研究与应用得到较快发展。筒型基础的基本特点在于它既不像桩式基础需要深土的承载能力，也不像重力式基础那样对表层土的承载能力提出很高的要求，其施工速度快，可有效利用海上作业窗口期，安装时噪音小，拆除简便，成本低廉。未来，考虑到进一步降低成本，提高吊装、浮运的安全性能及基础运行的承载性能，筒型基础结构逐步由钢筒向混凝土筒发展，而结构形式逐渐由圆形向多边形发展。
目前，筒型基础的预制都在港口岸边预制完成，预制过程会占据大量的陆上资源，从而增大预制成本，抑制预制速度。同时，对于离岸较远的风电场，其运输距离较长，施工效率降低。因此，现有技术中亟需一种适用于多边形混凝土筒型基础的水上预制，使筒形基础可在不同海域中重复利用，且能够快速预制、安装，提升效率，降低成本的技术方案。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种六边形海上风电筒型基础水上预制装置和方法。
为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：
一种六边形海上风电筒型基础水上预制装置，包括预制沉垫，所述预制沉垫的边角处设置有立柱，所述立柱外侧设置有卡环，所述卡环穿设有可沿所述立柱上下活动的定位桩，所述预制沉垫的上表面内嵌入设置有预制底座，所述预制沉垫的上表面还设置有养护沉垫，所述六边形海上风电筒型基础水上预制装置还包括筒型基础浇筑模。
所述筒型基础浇筑模包括呈六边形设置的筒壁外钢膜和筒壁内钢膜，所述筒壁外钢膜和所述筒壁内钢膜之间设置有浇筑隔仓板，筒壁内钢膜的内部还设置有分仓板。
所述分仓板将所述筒壁内钢膜内部的正六棱柱空间分隔为一个正六棱柱筒仓和六个梯形棱柱筒仓。
所述预制沉垫为内部中空的钢制方箱结构。
所述预制沉垫上设置有气孔。
所述预制底座为混凝土结构。
所述养护沉垫为内部中空的钢制方箱结构。
所述养护沉垫上设置有排水充气孔。
所述养护沉垫自下而上逐层设置，所述养护沉垫的数量为2-4个。
本发明还提出了如下技术方案。
一种六边形海上风电筒型基础水上预制方法，包括以下步骤：
S1、将养护沉垫逐一罗列在预制沉垫之上，并将预制沉垫、立柱、定位桩和卡环组成的整机进行浮运，当整机到达预制地点后，向养护沉垫内充气，使养护沉垫逐一漂浮在预制沉垫周围；
S2、向养护沉垫内注水，使养护沉垫下沉至指定位置；
S3、根据设计的六边形海上风电筒型基础选择合适的筒壁外钢膜、筒壁内钢膜及浇筑隔仓板，并在预制沉垫进行组装、焊接，再架设分仓板，并进行焊接，然后在筒壁内钢膜的顶部盖上筒顶盖，并焊接；
S4、进行混凝土浇筑，在浇筑到过程中，预制沉垫下沉，同时，通过筒顶盖上的打气孔向分仓板分隔成的筒仓内充气，使得筒仓脱离预制沉垫并漂浮；
S5、将六边形海上风电筒型基础浮运到养护沉垫所在位置后，将六边形海上风电筒型基础下沉，直至筒仓稳定坐落在养护沉垫上后，继续进行筒壁以及筒顶盖的所有浇筑工作；在浇筑的同时，对已经完成浇筑的部分进行养护；与此同时，预制沉垫上开始进行下一个六边形海上风电筒型基础的预制工作；
S6、在筒顶盖上预制过渡段，完成整个六边形海上风电筒型基础的预制工作；
S7、六边形海上风电筒型基础预制完成后，在筒仓内部打气，使六边形海上风电筒型基础漂浮出水面，再将六边形海上风电筒型基础其浮运至指定地点进行沉放；
S8、在所有的筒型基础都预制完成后，对养护沉垫抽水并充气，使养护沉垫浮出水面，再将养护沉垫逐一罗列在预制沉垫之上，然后将整机浮运到下一指定地点，进行预制工作。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1.先在预制沉垫上完成六边形筒型基础筒壁的大部分浇筑工作，最后移至养护沉垫上完成剩余的筒壁浇筑及后期养护，实现了筒形基础单个浇筑、多个养护同时进行，延长了养护时间，极大提高了装置的预制效率。
2.预制沉垫设置立柱既可保证装置浮运与下沉过程的稳定性，提供较大的回复力矩；同时，立柱内部可入住施工人员，并放置必要的施工设备。
3.筒壁外钢膜、筒壁内钢膜及隔仓板为一体化、模块化结构，拼装快捷，拼装、焊接后形成整体，浇筑前结构稳定，浇筑后还可进一步加强筒壁强度与抗腐蚀能力，一举多得。
4.装置结构简单，可拆卸，并且可重复利用。
附图说明
图1是本发明中整机上放置养护沉垫的结构示意图。
图2是本发明中整机的结构示意图。
图3是本发明在筒壁模板架设后的结构示意图。
图4是筒壁部分浇筑完成且沉垫下沉后的结构示意图。
图5是部分浇筑完成的筒型基础漂浮后的结构示意图。
图6是筒型基础浇筑模放置在养护沉垫上的状态图。
图7是筒壁浇筑完成后的状态图。
图8是六边形海上风电筒型基预制完毕后的状态图。
附图标记：1、预制沉垫；2、立柱；3、定位桩；4、卡环；5、预制底座；6、养护沉垫；7、筒壁外钢膜；8、筒壁内钢膜；9、浇筑隔仓板；10、分仓板；11、筒壁；12、筒顶盖；13、过渡段。
具体实施方式
下面根据具体实施方式对本发明做进一步阐述。
如图1-8所示的六边形海上风电筒型基础水上预制装置，包括预制沉垫1，预制沉垫1为内部中空的钢制方箱结构，本实施例中，预制沉垫1长、宽均为49m，高度3m。预制沉垫1上设置有气孔。预制沉垫1的边角处设置有立柱2，本实施例中，立柱2截面边长4m，高度12m；立柱内部入住施工人员，并放置浮运、下沉、预制、浇筑、养护等设备。立柱2外侧设置有卡环4，卡环4穿设有可沿立柱2上下活动的定位桩3，本实施例中，定位桩3长度20m，卡环4上设有可以固定住定位桩3的卡扣。预制沉垫1的上表面内嵌入设置有预制底座5，预制底座5为混凝土结构。预制底座5的形状为内外两层正六边形构成的环廊，其外轮廓与需要预制的最大六边形筒型基础外轮廓一致；内轮廓与需要预制的最小六边形筒型基础内轮廓一致，本实施例中，外轮廓直径45m，内轮廓直径30m。预制沉垫1的上表面还设置有养护沉垫6，养护沉垫6也为内部中空的钢制方箱结构。养护沉垫6上设置有排水充气孔。养护沉垫6自下而上逐层设置，养护沉垫6的数量为2-4个，每个养护沉垫6的厚度与预制沉垫1一致，本实施例中，每个养护沉垫6的平面尺寸47*47m，厚度与预制沉垫一致，数量3个。该六边形海上风电筒型基础水上预制装置还包括筒型基础浇筑模。筒型基础浇筑模包括呈六边形设置的筒壁外钢膜7和筒壁内钢膜8，筒壁外钢膜7和筒壁内钢膜8之间设置有浇筑隔仓板9，本实施例中，浇筑隔仓板设置18个。筒壁内钢膜8的内部还设置有分仓板10。分仓板10将筒壁内钢膜8内部的正六棱柱空间分隔为一个正六棱柱筒仓和六个梯形棱柱筒仓。本实施例中，预制的六边形海上风电筒型基础直径为45m。
采用上述装置进行的六边形海上风电筒型基础水上预制方法，包括以下步骤：
S1、将养护沉垫6逐一罗列在预制沉垫1之上，并将预制沉垫1、立柱2、定位桩3和卡环4组成的整机进行浮运，当整机到达预制地点后，向养护沉垫6内充气，使养护沉垫6逐一漂浮在预制沉垫1周围；
S2、通过排水充气孔向养护沉垫6内注水，使养护沉垫6下沉至指定位置；
S3、根据设计的六边形海上风电筒型基础选择合适的筒壁外钢膜7、筒壁内钢膜8、浇筑隔仓板9和分仓板10，并在预制沉垫1进行组装、焊接，本实施例中，外轮廓直径45m，内轮廓直径30m，因而选用的钢膜和钢板在拼接完成之后，要满足筒壁外钢膜7形成的正六棱柱的外接圆直径不超过45m，筒壁内钢膜8形成的正六棱柱的内切圆直径不低于30m即可；再架设分仓板10，并进行焊接，然后在筒壁内钢膜8的顶部盖上筒顶盖12，并焊接；筒顶盖12的形状尺寸与筒壁内钢膜8围成的正六边形完全相同，筒顶盖12完全覆盖了筒壁内钢膜8，且筒顶盖12上还设有打气孔；
S4、进行混凝土浇筑，在浇筑到过程中，在筒壁11的重力作用下，预制沉垫1下沉，同时，通过筒顶盖12上的打气孔向分仓板10分隔成的筒仓内充气，使得筒仓脱离预制沉垫1并漂浮；
S5、将六边形海上风电筒型基础浮运到养护沉垫6所在位置后，将六边形海上风电筒型基础下沉，直至筒仓稳定坐落在养护沉垫6上后，继续进行筒壁11以及筒顶盖12的所有浇筑工作；在浇筑的同时，对已经完成浇筑的部分进行养护；与此同时，预制沉垫1上开始进行下一个六边形海上风电筒型基础的预制工作，组装、焊接下一个筒形基础所用到的钢膜和钢板等；
S6、在筒顶盖12上预制过渡段13，先焊接，再浇筑，完成整个六边形海上风电筒型基础的预制工作；
S7、六边形海上风电筒型基础预制完成后，通过筒顶盖12上还设有打气孔向筒仓内部打气，使六边形海上风电筒型基础漂浮出水面，再将六边形海上风电筒型基础其浮运至指定地点进行沉放；
S8、在所有的六边形海上风电筒型基础都预制完成后，通过排水抽气孔对养护沉垫6抽水并充气，使养护沉垫6浮出水面，再将养护沉垫6逐一罗列在预制沉垫1之上，然后将整机浮运到下一指定地点，进行预制工作。
前一个筒形基础在浇筑的过程中，从预制沉垫1转移到养护沉垫6上，可以在前一个筒形基础预制完成前，即开始后一个筒形基础的预制；并且，针对每一个筒形基础自身，可以边浇筑边养护，极大地提高了批量预制筒形基础的施工效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“首”、“末”、“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种六边形海上风电筒型基础水上预制装置，包括预制沉垫(1)，其特征是，所述预制沉垫(1)的边角处设置有立柱(2)，所述立柱(2)外侧设置有卡环(4)，所述卡环(4)穿设有可沿所述立柱(2)上下活动的定位桩(3)，所述预制沉垫(1)的上表面内嵌入设置有预制底座(5)，所述预制沉垫(1)的上表面还设置有养护沉垫(6)，所述六边形海上风电筒型基础水上预制装置还包括筒型基础浇筑模。
2.根据权利要求1所述的六边形海上风电筒型基础水上预制装置，其特征是，所述筒型基础浇筑模包括呈六边形设置的筒壁外钢膜(7)和筒壁内钢膜(8)，所述筒壁外钢膜(7)和所述筒壁内钢膜(8)之间设置有浇筑隔仓板(9)，筒壁内钢膜(8)的内部还设置有分仓板(10)。
3.根据权利要求2所述的六边形海上风电筒型基础水上预制装置，其特征是，所述分仓板(10)将所述筒壁内钢膜(8)内部的正六棱柱空间分隔为一个正六棱柱筒仓和六个梯形棱柱筒仓。
4.根据权利要求1所述的六边形海上风电筒型基础水上预制装置，其特征是，所述预制沉垫(1)为内部中空的钢制方箱结构。
5.根据权利要求4所述的六边形海上风电筒型基础水上预制装置，其特征是，所述预制沉垫(1)上设置有气孔。
6.根据权利要求1所述的六边形海上风电筒型基础水上预制装置，其特征是，所述预制底座(5)为混凝土结构。
7.根据权利要求1所述的六边形海上风电筒型基础水上预制装置，其特征是，所述养护沉垫(6)为内部中空的钢制方箱结构。
8.根据权利要求7所述的六边形海上风电筒型基础水上预制装置，其特征是，所述养护沉垫(6)上设置有排水充气孔。
9.根据权利要求1所述的六边形海上风电筒型基础水上预制装置，其特征是，所述养护沉垫(6)自下而上逐层设置，所述养护沉垫(6)的数量为2-4个。
10.一种六边形海上风电筒型基础水上预制方法，其特征是，包括以下步骤：
S1、将养护沉垫(6)逐一罗列在预制沉垫(1)之上，并将预制沉垫(1)、立柱(2)、定位桩(3)和卡环(4)组成的整机进行浮运，当整机到达预制地点后，向养护沉垫(6)内充气，使养护沉垫(6)逐一漂浮在预制沉垫(1)周围；
S2、向养护沉垫(6)内注水，使养护沉垫(6)下沉至指定位置；
S3、根据设计的六边形海上风电筒型基础选择合适的筒壁外钢膜(7)、筒壁内钢膜(8)、浇筑隔仓板(9)和分仓板(10)，并在预制沉垫(1)进行组装、焊接，再架设分仓板(10)，并进行焊接，然后在筒壁内钢膜(8)的顶部盖上筒顶盖(12)，并焊接；
S4、进行混凝土浇筑，在浇筑到过程中，预制沉垫(1)下沉，同时，通过筒顶盖(12)上的打气孔向分仓板(10)分隔成的筒仓内充气，使得正在浇筑过程中的六边形海上风电筒型基础脱离预制沉垫(1)并漂浮；
S5、将六边形海上风电筒型基础浮运到养护沉垫(6)所在位置后，将六边形海上风电筒型基础下沉，直至筒仓稳定坐落在养护沉垫(6)上后，继续进行筒壁(11)以及筒顶盖(12)的所有浇筑工作；在浇筑的同时，对已经完成浇筑的部分进行养护；与此同时，预制沉垫(1)上开始进行下一个六边形海上风电筒型基础的预制工作；
S6、在筒顶盖(12)上预制过渡段(13)，完成整个六边形海上风电筒型基础的预制工作；
S7、六边形海上风电筒型基础预制完成后，向筒仓内部打气，使六边形海上风电筒型基础漂浮出水面，再将六边形海上风电筒型基础其浮运至指定地点进行沉放；
S8、在所有的筒型基础都预制完成后，对养护沉垫(6)抽水并充气，使养护沉垫(6)浮出水面，再将养护沉垫(6)逐一罗列在预制沉垫(1)之上，然后将整机浮运到下一指定地点，进行预制工作。
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CN112900470A (zh) * 2021-01-20 2021-06-04 长江勘测规划设计研究有限责任公司 海上风机筒型基础水中建造起浮结构及方法
CN113089713A (zh) * 2021-03-31 2021-07-09 河北工程大学 一种适用于海上风电筒型基础的水上预制装置及方法
CN114182752A (zh) * 2021-11-16 2022-03-15 天津大学 一种适用于六边形筒型基础近岸水中预制的垫块结构
CN115492152A (zh) * 2022-10-10 2022-12-20 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 一种风机装配式基础及灌浆拼装施工方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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