CN112323838A - 一种海上风电吸力桩基础及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海上风电吸力桩基础及其安装方法，包括上部基础结构、吸力桩连接段、外围吸力桩、吸力桩连接柱和中心吸力桩；所述中心吸力桩外周侧壁上端左右两侧均设置有所述外围吸力桩，所述中心吸力桩和所述外围吸力桩经所述吸力桩连接柱连接，所述中心吸力桩和所述外围吸力桩的顶部设置有所述吸力桩连接段，所述吸力桩连接段上设置有用于连接塔架的上部基础结构；本发明结构简单，操作便捷，能够解决因表层淤泥层深厚吸力桩承载力不足需要超大直径桩体引起的加工制造与运输吊装困难的问题。

Description

一种海上风电吸力桩基础及其安装方法

技术领域

本发明涉及海上风电设施结构技术领域，特别是一种海上风电吸力桩基础及其安装方法。

背景技术

和陆上风电相比，海上风电风资源储备丰富、发电稳定、电网接入便利。中国水深5-50米海域，100米高度海上风资源可开放量约5亿千瓦，拥有广阔的发展前景。

但同时受复杂海洋环境的影响，海上风电的建设难度也更大。目前常用的基础型式有重力式基础、单桩基础、多柱基础、吸力桩基础等。吸力桩基础能够适用于海底基岩埋藏浅、传统风电桩基础需海上嵌岩施工的海域，避免嵌岩桩施工工期长、风险高、造价高的问题；亦能够适用于海底淤泥层深厚、土体承载力低的区域，避免大直径单桩基础加工工艺要求高、产能不足、适用性不足的缺点；又因为吸力桩基础对施工窗口期要求低，能够有效缩短工程工期，近期得到了迅速的发展，国内有多个海上风电场将会采用该基础型式。

现有技术中因表层淤泥层深厚吸力桩承载力不足需要超大直径桩体引起的加工制造与运输吊装困难，同时有效降低工程量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够解决因表层淤泥层深厚吸力桩承载力不足需要超大直径桩体引起的加工制造与运输吊装困难问题的海上风电吸力桩基础。

本发明采用以下方法来实现：一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：包括上部基础结构、吸力桩连接段、外围吸力桩、吸力桩连接柱和中心吸力桩；所述中心吸力桩外周侧壁上端左右两侧均设置有所述外围吸力桩，所述中心吸力桩和所述外围吸力桩经所述吸力桩连接柱连接，所述中心吸力桩和所述外围吸力桩的顶部设置有所述吸力桩连接段，所述吸力桩连接段上设置有用于连接塔架的上部基础结构。

进一步的，所述塔架下端设置有三个以上的所述上部基础结构，且所述上部基础结构与所述中心吸力桩的数量相同。

进一步的，所述吸力桩连接段上设置有加强板。

进一步的，所述加强板是方形、三角形实心或开孔板，是单块板或箱梁结构，所述加强板的布置位置是吸力桩连接段外侧或内侧。

进一步的，所述吸力桩连接段的上端设有排水孔，所述排水孔处安装有吸力泵，所述排水孔同时设置于中心吸力桩或外围吸力桩的对应顶部。

进一步的，所述上部基础结构与吸力桩连接段之间可通过螺栓连接、焊接或铆接的方式固定连接。

进一步的，所述中心吸力桩高度大于所述外围吸力桩高度，所述中心吸力桩为单舱或多舱。

进一步的，所述上部基础结构为单柱、多柱或导管架。

进一步的，所述中心吸力桩和外围吸力桩均为下端开口上端封闭的圆柱体或多边形柱体，所述中心吸力桩位于外围吸力桩范围内，所述中心吸力桩与所述外围吸力桩中心布置或偏心布置，所述外围吸力桩直径大于所述中心吸力桩的直径。

本发明的另一目的是提供一种能够便于工作人员更好的使用和安装海上风电吸力桩基础的安装方法。

一种海上风电吸力桩基础的安装方法包括以下步骤：

步骤S1、制作时，将上部基础结构、吸力桩连接段、吸力桩连接柱、外围吸力桩和中心吸力桩通过焊接连接组合成一整体，并完成其他附属构件加工及防腐涂层工作；

步骤S2、然后将海上风电吸力桩基础通过吊装或模块车运输驳船上，然后运输至指定施工海域位置，将海上风电吸力桩基础吊装沉放到海床表面；

步骤S3、在海上风电吸力桩基础的自重作用下完成中心吸力桩初步沉贯，然后通过设置于吸力桩连接段上的吸力泵将中心吸力桩内部的海水抽出，形成内外压力差和渗流场；

步骤S4、然后外围吸力桩接触海床面，打开外围吸力桩顶部吸力泵，继续抽取吸力桩内部海水，使中心吸力桩与外围吸力桩均沉贯到位。

本发明的有益效果在于：本发明在装置中加入了中心吸力桩和外围吸力桩，通过内外吸力桩形成的组合式吸力桩，外围吸力桩直径大、高度低，有效地增加表层土体抵抗变形和弯矩的能力，提高了吸力桩防冲刷能力，避免单独设计防冲刷措施，中心吸力桩主要承担轴向荷载，较小的直径降低沉贯阻力，增强了运输安装过程桩体屈曲的风险，同时有效减小了运输所需的支撑船板宽度，解决了吸力桩承载能力的同时，可有效降低工程重量，方便施工安装，降低整体吸力桩基础建造成本；通过吸力桩连接柱和外围不同高度的吸力桩组成一个组合式吸力桩，充分发挥中心和外围吸力桩各自承载性能，达到满足承载能力的同时，降低了吸力桩工程量，增强防冲刷能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明使用状态的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图1至图3所示，本发明提供了一实施例：一种海上风电吸力桩基础，包括上部基础结构1、吸力桩连接段2、外围吸力桩3、吸力桩连接柱4和中心吸力桩5；所述中心吸力桩5外周侧壁上端左右两侧均设置有所述外围吸力桩3，所述中心吸力桩5和所述外围吸力桩3经所述吸力桩连接柱4连接，所述中心吸力桩5和所述外围吸力桩3的顶部设置有所述吸力桩连接段2，所述吸力桩连接段2上设置有用于连接塔架6的上部基础结构1。使得所述吸力桩连接柱4数量根据中心吸力桩5和外围吸力桩3的不同情况确定，所述上部基础结构1可竖直或倾斜一定角度与吸力桩连接段2连接，将中心吸力桩5和外围吸力桩3吊装沉放到海床表面，在自重作用下完成中心吸力桩5初步沉贯，然后通过设置于吸力桩连接段2上的吸力泵将中心吸力桩5内部的海水抽出，形成内外压力差和渗流场，进一步完成中心吸力桩5的沉贯，随后外围吸力桩3接触海床面，打开外围吸力桩3顶部吸力泵，抽取吸力桩内部海水，使中心吸力桩5与外围吸力桩3均沉贯到位，吸力沉贯过程需控制好内外压差和排水量，从而完成海上风电吸力桩基础的安装。

本发明中吸力泵为现有技术，本领域技术人员已经能够清楚了解，在此不进行详细说明。

请参阅图3所示，本发明一实施例中，所述塔架6下端设置有三个以上的所述上部基础结构1，且所述上部基础结构1与所述中心吸力桩5的数量相同。使得能够更好的对塔架6进行支撑作用。

请参阅图1至图3所示，本发明一实施例中，所述吸力桩连接段2上设置有加强板（未图示）。

请参阅图1至图3所示，本发明一实施例中，所述加强板是方形、三角形实心或开孔板，是单块板或箱梁结构，所述加强板的布置位置是吸力桩连接段2外侧或内侧。使得通过加强板的作用能够更好的连接中心吸力桩5和外围吸力桩3。

请参阅图1至图3所示，本发明一实施例中，所述吸力桩连接段2的上端设有排水孔（未图示），所述排水孔处安装有吸力泵，所述排水孔同时设置于中心吸力桩5或外围吸力桩3的对应顶部。使得在中心吸力桩5完成沉贯后，通过吸力泵和排水孔的作用能够将中心吸力桩5的内部海水抽出，形成内外压力差和渗流场，便于进一步的完成中心吸力桩5的沉贯操作。

请参阅图1至图3所示，本发明一实施例中，所述上部基础结构1与吸力桩连接段2之间可通过螺栓连接、焊接或铆接的方式固定连接。使得上部基础结构1和吸力桩连接段2之间能够更好的进行固定连接。

请参阅图1至图3所示，本发明一实施例中，所述中心吸力桩5高度大于所述外围吸力桩3高度，所述中心吸力桩5为单舱或多舱。使得中心吸力桩5能够承担轴向荷载，较小的直径降低沉贯阻力，增强了运输安装过程桩体屈曲的风险，同时有效减小了运输所需的支撑船板宽度。

请参阅图1至图3所示，本发明一实施例中，所述上部基础结构1为单柱、多柱或导管架。使得能够更好的与塔架6进行连接固定。

请参阅图1至图3所示，本发明一实施例中，所述中心吸力桩5和外围吸力桩3均为下端开口上端封闭的圆柱体或多边形柱体，所述中心吸力桩5位于外围吸力桩3范围内，所述中心吸力桩5与所述外围吸力桩3中心布置或偏心布置，所述外围吸力桩3直径大于所述中心吸力桩5的直径。使得通过外围吸力桩3的直径大、高度低，能够有效的增加表层土体抵抗变形和弯矩的能力，提高了吸力桩防冲刷能力，避免单独设计防冲刷措施。

实施例一

如图1~图3所示，一种海上风电吸力桩基础，包括中心吸力桩5、外围吸力桩3、吸力桩连接柱4、吸力桩连接段2和上部基础结构1。

所述上部基础结构1为三腿导管架等型式，所述上部基础结构1与吸力桩连接段2相连，所述吸力桩连接段2与中心吸力桩5和外围吸力桩3相连，从而实现中心吸力桩5和外围吸力桩3的顶部连接，所述中心吸力桩5和外围吸力桩3数量与上部基础结构1的主腿数量一致，所述外围吸力桩3之间不设置连接构件，所述中心吸力桩5和外围吸力桩3与基础中心距离完全一样。

所述中心吸力桩5和外围吸力桩3共有吸力桩连接段2，所述中心吸力桩5和外围吸力桩3下部通过吸力桩连接柱4连成整体，所述中心吸力桩5和外围吸力桩3形状为下端开口上端封闭的圆柱体，所述中心吸力桩5位于外围吸力桩3中心位置，所述外围吸力桩3直径大于中心吸力桩5直径，所述外围吸力桩3高度小于中心吸力桩5高度。

一种海上风电吸力桩基础的安装方法：

步骤S1、制作时，将上部基础结构、吸力桩连接段、吸力桩连接柱、外围吸力桩和中心吸力桩通过焊接连接组合成一整体，并完成其他附属构件加工及防腐涂层工作；

步骤S2、然后将海上风电吸力桩基础通过吊装或模块车运输驳船上，然后运输至指定施工海域位置，将海上风电吸力桩基础吊装沉放到海床表面；

步骤S3、在海上风电吸力桩基础的自重作用下完成中心吸力桩初步沉贯，然后通过设置于吸力桩连接段上的吸力泵将中心吸力桩内部的海水抽出，形成内外压力差和渗流场，能够进一步完成中心吸力桩的沉贯；

步骤S4、然后外围吸力桩接触海床面，打开外围吸力桩顶部吸力泵，继续抽取吸力桩内部海水，使中心吸力桩与外围吸力桩均沉贯到位，吸力沉贯过程需控制好内外压差和排水量，同时注意调整吸力桩基础的平整度，使其满足设计要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：包括上部基础结构、吸力桩连接段、外围吸力桩、吸力桩连接柱和中心吸力桩；所述中心吸力桩外周侧壁上端左右两侧均设置有所述外围吸力桩，所述中心吸力桩和所述外围吸力桩经所述吸力桩连接柱连接，所述中心吸力桩和所述外围吸力桩的顶部设置有所述吸力桩连接段，所述吸力桩连接段上设置有用于连接塔架的上部基础结构。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：所述塔架下端设置有三个以上的所述上部基础结构，且所述上部基础结构与所述中心吸力桩的数量相同。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：所述吸力桩连接段上设置有加强板。

4.根据权利要求3所述的一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：所述加强板是方形、三角形实心或开孔板，是单块板或箱梁结构，所述加强板的布置位置是吸力桩连接段外侧或内侧。

5.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：所述吸力桩连接段的上端设有排水孔，所述排水孔处安装有吸力泵，所述排水孔同时设置于中心吸力桩或外围吸力桩的对应顶部。

6.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：所述上部基础结构与吸力桩连接段之间可通过螺栓连接、焊接或铆接的方式固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：所述中心吸力桩高度大于所述外围吸力桩高度，所述中心吸力桩为单舱或多舱。

8.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：所述上部基础结构为单柱、多柱或导管架。

9.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩基础，其特征在于：所述中心吸力桩和外围吸力桩均为下端开口上端封闭的圆柱体或多边形柱体，所述中心吸力桩位于外围吸力桩范围内，所述中心吸力桩与所述外围吸力桩中心布置或偏心布置，所述外围吸力桩直径大于所述中心吸力桩的直径。

10.一种如权利要求1所述的海上风电吸力桩基础的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、制作时，将上部基础结构、吸力桩连接段、吸力桩连接柱、外围吸力桩和中心吸力桩通过焊接连接组合成一整体，并完成其他附属构件加工及防腐涂层工作；

步骤S2、然后将海上风电吸力桩基础通过吊装或模块车运输驳船上，然后运输至指定施工海域位置，将海上风电吸力桩基础吊装沉放到海床表面；

步骤S3、在海上风电吸力桩基础的自重作用下完成中心吸力桩初步沉贯，然后通过设置于吸力桩连接段上的吸力泵将中心吸力桩内部的海水抽出，形成内外压力差和渗流场；

步骤S4、然后外围吸力桩接触海床面，打开外围吸力桩顶部吸力泵，继续抽取吸力桩内部海水，使中心吸力桩与外围吸力桩均沉贯到位。

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