CN114855867A - 一种筏板重力式导管架海上风机基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种筏板重力式导管架海上风机基础及其施工方法，包括多个墩台和安装在多个墩台上的导管架结构，导管架结构具有多个钢管桩腿，墩台包括底板，底板的上表面中心设置连接桩段，连接桩段与钢管桩腿通过连接结构相连接，连接结构包括均匀布置于钢管桩腿外壁的第一剪力键，连接桩段内壁上布置有第二剪力键，连接桩段与钢管桩腿之间设置为灌浆环形空间。本发明适用于较薄覆盖层或岩质地基等地质条件较差海域，具有施工设备不受限制、施工难度小、海上施工作业周期短的优点。

Description

一种筏板重力式导管架海上风机基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及海上风力发电领域，具体涉及一种筏板重力式导管架海上风机基础及其施工方法。

背景技术

我国拥有超过1.8万千米的大陆海岸线，可利用海域面积超过300万平方千米，然而相应可开发海域纬度跨越较大，气候条件和地质条件差异较大。目前，我国中浅水海域海上风机基础主要采用桩式基础型式(单桩、导管架和高桩承台基础等)，这些风机基础型式近几年在覆盖层较厚的海域被广泛应用。然而，针对我国东南部及南部海域覆盖层较薄、基岩埋藏较浅甚至裸露的岩质地基，桩式基础适用性受限。

覆盖层较薄时，在环境荷载作用下，基桩难以保持自稳，需要借助船机及其他辅助设备施工，施工工艺复杂且施工难度大；同时，水下基岩开挖工程量大，存在基桩不能沉桩至设计高程的工程风险，且基桩嵌岩过程需要采用高性能、高工效的钻机设备，该钻机设备需要根据工程场区针对性定制(或进口)，经济耗费高昂。

因此，亟需研究提出新型海上风机基础型式，并研究提出相应基础型式典型的制作及施工方法，以期改善较薄覆盖层或岩质地基情况下桩式基础施工工艺复杂、施工难度较大、施工周期长、经济性差、基岩开挖工程量大且基桩沉桩不确定性等工程风险。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种筏板重力式导管架海上风机基础。本发明适用于较薄覆盖层或岩质地基等地质条件较差海域，具有施工设备不受限制、施工难度小、海上施工作业周期短的优点。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一种筏板重力式导管架海上风机基础，其特征在于：包括多个墩台和安装在多个墩台上的导管架结构，导管架结构具有多个钢管桩腿，墩台包括底板，底板的上表面中心设置连接桩段，钢管桩腿插入连接桩段内，连接桩段与钢管桩腿通过连接结构相连接，连接结构包括均匀布置于钢管桩腿外壁的第一剪力键，连接桩段内壁上布置有第二剪力键，连接桩段与钢管桩腿之间设置为灌浆环形空间。

进一步的：所述钢管桩腿内壁上设置进浆管，进浆管的出浆口通过导浆孔向外接出至灌浆环形空间，进浆管的出浆口处在钢管桩腿的下部。

进一步的：所述墩台包括设置在底板外侧边的墩台肋板，墩台肋板的外侧设置悬挑板，所述底板、墩台肋板和悬挑板的外部浇筑有混凝土，所述钢管桩腿的下部深入墩台内部。

进一步的：所述钢管桩腿的外壁在第一剪力键的下部设置密封圈；所述钢管桩腿的外壁在第一剪力键的上部设置导向板。

进一步的：所述底板、墩台肋板和悬挑板外部混凝土的高度尺寸大于底板的厚度尺寸，所述底板、墩台肋板和悬挑板外部混凝土的高度尺寸小于墩台的半径尺寸。

进一步的：所述钢管桩腿上设置导管腿止挡结构，导管腿止挡结构搭设在连接桩段的顶部，连接结构设置在导管腿止挡结构的下方。

进一步的：所述导管腿止挡结构包括设置在连接桩段外侧壁上的上环板和下环板，所述上环板处在下环板的上方，上环板和下环板通过加强肋板连接，加强肋板的侧边与连接桩段的外侧壁连接，所述加强肋板设置多块。多块加强肋板沿连接桩段的轴线在连接桩段的外侧壁上圆周布置。

进一步的：所述灌浆环形空间内设置溢浆管，溢浆管通过导管腿止挡结构固定。

本发明第二个目的在于提供一种筏板重力式导管架海上风机基础的施工方法，本发明采用以下技术方案，在陆上预制好导管架结构、底板、墩台肋板以及悬挑板，所述施工方法包括如下步骤：

S1、先将海上风机安装机位的海床面开挖至设计高程，并采用碎石垫层整平、夯实；

S2、待碎石垫层满足要求后，根据对多个墩台分别进行施工，依次将底板、墩台肋板以及悬挑板在碎石垫层上进行安装，并在安装完成的底板、墩台肋板和悬挑板的外部进行混凝土预浇筑制作；

S3、待墩台安装完成后，将钢管桩腿插入墩台的连接桩段内部，直至导管腿止挡结构搭设在连接桩段的上方，开始进行水下灌浆；

S4、将灌浆泵的出口与进浆管的入口连接，通过进浆管泵送搅拌好的灌浆料至连接桩段与钢管桩腿之间，灌浆环形空间顶部有溢浆发生，并通过溢浆管出口溢出，溢浆后停止灌浆。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明兼具重力式基础和导管架基础的优势，较重力式基础适用水深更广，且适用于较薄覆盖层或岩质地基等地质条件较差海域；本发明墩台的部分结构可在陆上批量预制，同时施工工艺简单，海上施工作业周期短，目前国内现有施工能力及船机设备能满足要求；本发明不涉及嵌岩及沉桩等工序，相比桩式基础具有施工设备不受限制、施工难度小、海上施工作业周期短、性价比高的优势。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明墩台的结构示意图；

图3是本发明墩台的俯视图；

图4是本发明钢管桩腿和连接桩段的装配示意图。

附图标记：1-连接桩段；2-墩台；3-底板；4-碎石垫层；5-悬挑板；6-墩台肋板；7-导管架结构；8-塔筒连接段；9-钢管桩腿；10-第一剪力键；11-第二剪力键；12-灌浆环形空间；13-进浆管；14-导浆孔；15-密封圈；16-导向板；17-上环板；18-下环板；19-加强肋板；20-溢浆管；21-螺栓；22-导浆管。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

如图1至4所示，一种筏板重力式导管架海上风机基础，包括多个墩台2和安装在多个墩台2上的导管架结构7，导管架结构7具有多个钢管桩腿9，墩台2包括底板3，底板3的上表面中心设置连接桩段1，钢管桩腿9插入连接桩段内，连接桩段1与钢管桩腿9通过连接结构相连接，连接结构包括均匀布置于钢管桩腿9外壁的第一剪力键10，连接桩段1内壁上布置有第二剪力键11，连接桩段1与钢管桩腿9之间设置为灌浆环形空间12。

所述连接桩段1和钢管桩腿9固定连接时，第一剪力键10和第二剪力键11交错布置。所述安装于墩台2上的导管架结构7，包含多个钢管桩腿9、多个管节点高程面和塔筒连接段8的桁架式结构，其结构设计型式需依据场点环境条件和载荷情况确定，可为三腿导管架、四腿导管架等，本实施例为四腿导管架结构7。

所述钢管桩腿9内壁上设置进浆管13，进浆管13的出浆口连接导浆管22，导浆管22的另一端通过导浆孔14向外接出至灌浆环形空间12，进浆管13的出浆口处在钢管桩腿9的下部。所述进浆管13设置两根，设置为主进浆管13和副进浆管13，主进浆管13和副进浆管13均可进浆，副进浆管13作为备用管道使用。

所述墩台2包括设置在底板3外侧边的墩台肋板6，墩台肋板6的外侧设置悬挑板5，所述底板3、墩台肋板6和悬挑板5的外部浇筑有混凝土，所述钢管桩腿的下部深入墩台内部。利用定制模具进行混凝土预浇筑制作，浇筑完成后所述墩台2整体呈锥台型设置。

所述底板3可采取对称或非对称的凸多边形或圆形布置形式，采用某种布置形式时，除基础设计要求的安全校核外，还应对基础结构的稳定性进行校核；凸多边形包括但不限于三角形、矩形(正方形)、凸五边形、凸六边形等。所述悬挑板5与底板3整体构成凸多边形，且悬挑板5顶点位于该凸多边形外接圆上；肋板应具有一定的厚度和高度；肋板与悬挑板5可采用一体浇铸、螺栓21连接或法兰连接等方式制作或连接。

所述钢管桩腿9的外壁在第一剪力键10的下部设置密封圈15。密封圈15通过螺栓21与钢管桩腿9固定连接。密封圈15用于阻挡灌浆时，灌浆料向下部底板流入，同时还可以节约灌浆工程量。

所述钢管桩腿9的外壁在第一剪力键10的上部设置导向板16。

所述底板3、墩台肋板6和悬挑板5外部混凝土的高度尺寸大于底板3的厚度尺寸，所述底板3、墩台肋板6和悬挑板5外部混凝土的高度尺寸小于墩台2的半径尺寸。

所述钢管桩腿9上设置导管腿止挡结构，导管腿止挡结构搭设在连接桩段1的顶部，连接结构设置在导管腿止挡结构的下方。

所述导管腿止挡结构包括设置在连接桩段1外侧壁上的上环板17和下环板18，所述上环板17处在下环板18的上方，上环板17和下环板18通过加强肋板19连接，加强肋板19的侧边与连接桩段1的外侧壁连接，所述加强肋板19设置多块。多块加强肋板19沿连接桩段1的轴线在连接桩段1的外侧壁上圆周布置。

所述灌浆环形空间12内设置溢浆管20，溢浆管20通过导管腿止挡结构固定。所述钢管桩腿9的外径小于连接桩段1的内径，使得钢管桩腿9与连接桩段1之间具有足够的空间进行灌浆。

所述连接桩段1应依据基础加工要求制作并预埋钢质预埋件，钢质预埋件包括但不限于剪力键、限位板、环形板、锥形板等；所述钢质预埋件的作用包括但不限于连接预应力钢绞线、连接外平台、辅助防撞装置(含爬梯)、电缆保护管以及基础结构附属构件安装、辅助灌浆等；所述连接桩段1内侧若预埋钢绞线，该钢绞线下端固定于底板3下表面，上端固定于连接桩段1顶面，同时预埋的剪力键需要依据钢绞线位置进行调整。依据海上风机机位环境和载荷条件，本发明可在必要时在混凝土墩台上的连接桩段选用预埋高强预应力钢绞线，能极大提高筏板重力式导管架基础结构的抗弯性能。

综上，本发明所提供的一种筏板重力式导管架海上风机基础的施工方法，包括以下步骤：在陆上预制好导管架结构7、底板3、墩台肋板6以及悬挑板5；

S1、先将海上风机安装机位的海床面开挖至设计高程，并采用碎石垫层4整平、夯实；

S2、待碎石垫层4满足要求后，根据对多个墩台2分别进行施工，依次将底板3、墩台肋板6以及悬挑板5在碎石垫层4上进行安装，并在安装完成的底板3、墩台肋板6和悬挑板5的外部进行混凝土预浇筑制作；

S3、待墩台2安装完成后，将钢管桩腿9插入墩台2的连接桩段1内部，直至导管腿止挡结构搭设在连接桩段1的上方，开始进行水下灌浆；

S4、将灌浆泵的出口与进浆管13的入口连接，通过进浆管13和导浆管22泵送搅拌好的灌浆料至连接桩段1与钢管桩腿9之间，灌浆环形空间12顶部有溢浆发生，并通过溢浆管20出口溢出，溢浆后停止灌浆。

所述导管架结构7和墩台2的施工可在陆上进行，即预先将底板3、墩台肋板6以及悬挑板5进行连接后，按设计要求进行预浇筑，并实时监测结构位置和混凝土浇筑情况；墩台2全部制作完成后，将墩台2和安装于墩台2上的导管架结构7在陆上组装，将钢管桩腿9插入连接桩段1中，并进行钢管桩腿9和连接桩段1之间的灌浆连接施工(灌浆施工过程与S4一致)；灌浆完成后，将装置整体拖航至风机机位进行安装即可。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种筏板重力式导管架海上风机基础及其施工方法，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种筏板重力式导管架海上风机基础，其特征在于：包括多个墩台(2)和安装在多个墩台(2)上的导管架结构(7)，导管架结构(7)具有多个钢管桩腿(9)，墩台(2)包括底板(3)，底板(3)的上表面中心设置连接桩段(1)，钢管桩腿(9)插入连接桩段内，连接桩段(1)与钢管桩腿(9)通过连接结构相连接，连接结构包括均匀布置于钢管桩腿(9)外壁的第一剪力键(10)，连接桩段(1)内壁上布置有第二剪力键(11)，连接桩段(1)与钢管桩腿(9)之间设置为灌浆环形空间(12)。

2.根据权利要求1所述的一种筏板重力式导管架海上风机基础，其特征在于：所述钢管桩腿(9)内壁上设置进浆管(13)，进浆管(13)的出浆口连接导浆管(22)，导浆管(22)的另一端通过导浆孔(14)向外接出至灌浆环形空间(12)，进浆管(13)的出浆口处在钢管桩腿(9)的下部。

3.根据权利要求1所述的一种筏板重力式导管架海上风机基础，其特征在于：所述墩台(2)包括设置在底板(3)外侧边的墩台肋板(6)，墩台肋板(6)的外侧设置悬挑板(5)，所述底板(3)、墩台肋板(6)和悬挑板(5)的外部浇筑有混凝土，所述钢管桩腿的下部深入墩台内部。

4.根据权利要求1所述的一种筏板重力式导管架海上风机基础，其特征在于：所述钢管桩腿(9)的外壁在第一剪力键(10)的下部设置密封圈(15)；所述钢管桩腿(9)的外壁在第一剪力键(10)的上部设置导向板(16)。

5.根据权利要求3所述的一种筏板重力式导管架海上风机基础，其特征在于：所述底板(3)、墩台肋板(6)和悬挑板(5)外部混凝土的高度尺寸大于底板(3)的厚度尺寸，所述底板(3)、墩台肋板(6)和悬挑板(5)外部混凝土的高度尺寸小于墩台(2)的半径尺寸。

6.根据权利要求1所述的一种筏板重力式导管架海上风机基础，其特征在于：所述钢管桩腿(9)上设置导管腿止挡结构，导管腿止挡结构搭设在连接桩段(1)的顶部，连接结构设置在导管腿止挡结构的下方。

7.根据权利要求6所述的一种筏板重力式导管架海上风机基础，其特征在于：所述导管腿止挡结构包括设置在连接桩段(1)外侧壁上的上环板(17)和下环板(18)，所述上环板(17)处在下环板(18)的上方，上环板(17)和下环板(18)通过加强肋板(19)连接，加强肋板(19)的侧边与连接桩段(1)的外侧壁连接，所述加强肋板(19)设置多块。

8.根据权利要求6所述的一种筏板重力式导管架海上风机基础，其特征在于：所述灌浆环形空间(12)内设置溢浆管(20)，溢浆管(20)通过导管腿止挡结构固定。

9.一种筏板重力式导管架海上风机基础的施工方法，其特征在于，在陆上预制好如权利要求1-8所述的导管架结构(7)、底板(3)、墩台肋板(6)以及悬挑板(5)，所述施工方法包括如下步骤：

S1、先将海上风机安装机位的海床面开挖至设计高程，并采用碎石垫层(4)整平、夯实；

S2、待碎石垫层(4)满足要求后，根据对多个墩台(2)分别进行施工，依次将底板(3)、墩台肋板(6)以及悬挑板(5)在碎石垫层(4)上进行安装，并在安装完成的底板(3)、墩台肋板(6)和悬挑板(5)的外部进行混凝土预浇筑制作；

S3、待墩台(2)安装完成后，将钢管桩腿(9)插入墩台(2)的连接桩段(1)内部，直至导管腿止挡结构搭设在连接桩段(1)的上方，开始进行水下灌浆；

S4、将灌浆泵的出口与进浆管(13)的入口连接，通过进浆管(13)和导浆管(22)泵送搅拌好的灌浆料至连接桩段(1)与钢管桩腿(9)之间，灌浆环形空间(12)顶部有溢浆发生，并通过溢浆管(20)出口溢出，溢浆后停止灌浆。

Images