CN115075283A - 一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构及其施工方法，涉及海上风机基础冲刷防护领域。该结构包括单桩基础、集成式附属构件以及环向布置于单桩基础四周的固化桩，单桩基础和固化桩之间具有缝隙；与单桩基础临近的固化桩高程范围内对单桩基础外壁设置若干剪力键，并在缝隙内密实充填固化剂形成固化缝，固化缝与剪力键之间相互作用加强单桩基础与固化缝的连接。本发明适用于海上风电单桩基础冲刷防护，具有施工方便、防冲刷效果好等特点，保证了单桩基础的安全，提高了工程的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电工程开发技术领域，具体涉及一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构及其施工方法。
背景技术
海上风电是绿色清洁的可再生能源，已经成为众多国家可持续发展战略的重要组成部分。海上风电机组基础作为支撑整个风电机组的结构，其重要性不言而喻。常见的基础形式有单桩基础、导管架基础、高桩承台基础及各类新型基础形式。单桩基础具有制造简单、受力明确、施工方便、快捷、造价较低等优点，被广泛应用于各类海上风电工程中。
由于海上风电所处环境恶劣，风机基础在复杂的海况环境中长期遭受波浪、潮流的作用，基础周围的土体不断侵蚀发生冲刷，尤其在河口或潮汐通道等强流区域，冲刷现象极为显著。由于单桩基础直径较大，对水流扰动大，单桩基础周围的冲刷范围、深度比其他基础型式更大。而单桩基础周围海床冲刷引起土体强度降低会进一步导致海上风机基础的抗力衰减，风机运行安全性降低。风机基础的失稳不仅会造成重大的经济损失，也会造成严重的社会影响。
目前常见的单桩基础防冲刷有抛石、砂被等防冲刷方案。抛石方案虽然施工简单，但抛石时下沉路径无法控制，易撞击风机基础破坏其防腐涂层，影响桩基使用年限；制作砂袋的土工织物易老化造成砂被破损，从而砂子流失，无法有效保护单桩基础。因此，研究单桩基础的冲刷防护措施具有显著的经济效益和社会效益。
基于上述情况，本发明提出了一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构及其施工方法，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述背景技术中的问题，本发明旨在提供一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构及其施工方法，具有施工方便、防冲刷效果好等特点，适用于海上风电单桩基础冲刷防护。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，包括单桩基础、集成式附属构件以及环向布置于单桩基础四周的固化桩，单桩基础和固化桩之间具有缝隙；与单桩基础临近的固化桩高程范围内对单桩基础外壁设置若干剪力键，并在缝隙内密实充填固化剂形成固化缝，固化缝与剪力键之间相互作用单桩基础与固化缝之间的连接。
本发明创新性的采用了固化桩与固化缝相结合的防冲刷方式，并将电缆从固化桩上方引上风机单桩基础，在电缆上设置弯曲限制器和电缆防护砂被保护，固化桩、固化缝整体实现了海上风电单桩基础的冲刷保护，尤其适用于淤泥质场区的基础保护。
其中，所述单桩基础主体结构用于支撑风电机组，通过桩顶法兰和机组塔筒底部法兰螺栓连接形成整体。单桩基础立于海底，基础嵌入海床土中，为整体结构提供承载力。单桩基础上安装集成式附属构件，集成式附属构件为集成单桩基础所需的外平台结构、船舶靠泊结构、爬梯结构、防护引上风机基础电缆的电缆管结构、基础防腐阳极系统等于一体的整体结构，具有施工方便、快捷等优点。
作为本发明的一种优选技术方案，在电缆敷设出泥面和引入集成式附属构件的电缆管之间的电缆上安装弯曲限制器，弯曲限制器的上方放置有电缆防护砂被。
作为本发明的一种优选技术方案，配置有弯曲限制器和电缆防护砂被的电缆整段搁置在固化桩上。
作为本发明的一种优选技术方案，电缆防护砂被是由多个砂被相互联结而成的。
电缆防护砂被由多个砂被相互联结形成整体，用于覆盖固化土以上的电缆段，结合在电缆上安装的弯曲限制器进一步防止电缆结构在浪、流作用下的摆动，达到保护电缆的目的。电缆防护砂被的中每个砂被的数量、尺寸、填充材料、重量、连接方式等可根据场区内具体情况设计。
作为本发明的一种优选技术方案，固化桩由单桩基础桩周内侧至外侧方向范围内的长度依次减小。
作为本发明的一种优选技术方案，各固化桩顶部高程均一致，均施工至原始泥面处。
作为本发明的一种优选技术方案，剪力键沿单桩基础高度方向等间距环向布置，且其布置范围和与单桩基础临近的固化桩高程范围一致。
作为本发明的一种优选技术方案，单桩基础和固化桩之间具有缝隙；缝隙内密实充填固化剂形成固化缝，固化缝的顶底高程与临近的固化桩一致。
作为本发明的一种优选技术方案，固化桩是由将调配好的固化剂注入单桩基础周围的海床面以下一定深度，并通过充分搅拌使固化剂与单桩基础周围的泥土充分融合形成的。
其中，所述固化桩为防冲刷主要结构，分布在单桩基础周围。施工时，通过在特定的船只上利用固化设备和装置，将设计调配好的固化剂注入单桩基础周围的海床面以下一定深度，并通过充分搅拌使固化剂与单桩基础周围的泥土充分融合，形成固化桩，实现海床地基的原位固结，达到防止单桩基础周围冲刷的目的。
作为本发明的一种优选技术方案，所述固化剂为土壤固化剂或水泥土。
第二方面，本发明提供一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构的施工方法，在工厂内预制好单桩基础、集成式附属构件、固化剂、弯曲限制器和电缆防护砂被，并将这些预制件运至机位点；所述施工方法包括如下步骤：
S1、采用先打单桩法或后打单桩法，进行单桩基础的沉桩施工和固化桩的排布施工；
S2、将调配好的固化剂填入单桩基础和固化桩之间的缝隙形成固化缝，对缝隙处的原状土进行加固；
S3、安装风机之间的电缆，在电缆敷设出泥面和引入集成式附属构件的电缆管之间的电缆上安装弯曲限制器，并及时将电缆防护砂被直接覆盖在安装弯曲限制器上，施工完成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S1中先打单桩法的步骤包括：首先将单桩基础沉桩施工直至设计标高，然后整体吊装集成式附属构件并将其安装于单桩基础上，最后通过船只施工固化桩。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S1中后打单桩法的步骤包括：首先在沉桩机位点处按预先设计好的固化桩的排布方式进行固化桩的施工，然后进行单桩基础的沉桩施工直至设计标高，最后整体吊装集成式附属构件并将其安装于单桩基础上。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
1、通过采用新型的固化桩冲刷防护方式，方便施工，解决了传统抛石和砂被刷防护的不足，如抛石防冲刷方案石头轨迹难以控制、砂被长期服役状态下易被冲散等问题；
2、本发明可根据工程场区特定海洋水文环境，按需要设计固化桩的防护范围、固化桩的长短、形状、尺寸，能够有效的优化冲刷防护的工程量，降低工程造价；
3、在与单桩基础和固化桩之间的缝隙处沿着单桩基础外壁设置若干剪力键，在缝隙内密实充填固化剂形成的固化缝，通过固化缝与剪力键之间相互作用加强单桩基础与固化缝之间的连接。
4、本发明更有效的防护了单桩基础周围的冲刷发展，结构简单，施工方便，提高了工程的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的整体主视图；
图2为本发明的局部主视图；
图3为本发明的局部俯视图；
图4为本发明的单桩基础及剪力键俯视图；
图5为本发明的单桩基础及剪力键主视图。
图中：1-单桩基础、2-集成式附属构件、3-固化缝、4-固化桩、5-弯曲限制器、6-电缆防护砂被、7-剪力键。
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，不能理解为对本专利的限制；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，不能理解为对本专利的限制。
下面结合附图1-5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所示，一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，该结构主要由单桩基础1、固化缝3、固化桩4、电缆防护砂被6组成。单桩基础1上安装集成式附属构件2，在电缆引上集成式附属构件2中的电缆管之前，在电缆敷设出泥面和引入电缆管之间的电缆上安装弯曲限制器5，电缆防护砂被6直接放置在弯曲限制器5上。
如图2所示，固化桩4布置在单桩基础1外一定范围。考虑到冲刷坑深度从桩周向外侧减少，为降低固化方量，固化桩4可以长桩、过渡桩、短桩结合的形式实施。长桩靠近桩周排布，防止冲刷并保证固化桩4的整体稳定性。短桩布置在冲刷坑的最外侧，主要起防止冲刷的作用，长桩和短桩之间布置过渡桩。固化桩4的直径X1～X5、长度Y1～Y5等需根据特定工程场区的预估的冲刷深度和范围或根据固化桩4实施前单桩基础周边的冲刷深度和冲刷范围进行设计。固化桩可采用多边形或圆形等形式，每根固化桩4顶部高程一致，均施工至原始泥面处。实施固化桩4时，通过下钻、搅拌施工、提钻、喷浆搅拌施工并反复进行此项工序，并辅以“从桩外侧向内侧”的实施顺序，最终完成固化桩4的施工。实施固化桩4前，可根据场区的特定环境情况调配适用于本风电场的固化剂，固化剂可采用水泥土或土壤固化剂等。
如图3所示，固化缝3位于单桩基础1和固化桩4之间。在固化桩4施工及单桩基础1沉桩均完成后，将调配好的固化剂填入单桩1和固化桩4之间的缝隙内形成固化缝3，对缝隙处的原状土进行加固。固化缝3可采用灌浆料、固化土等具有固化加强作用的材料。固化缝3与单桩基础之间的距离X6可根据固化桩4的排布和场区的特定情况具体设计。
如图4和5所示，在与单桩基础临近的固化桩高程范围内对单桩基础1外壁等间距环向预先设置若干剪力键7，通过剪力键7与固化缝3的相互作用加强单桩基础1与固化缝3的连接。剪力键7的尺寸、形状、数量、布置方式可根据具体情况确定，布置范围和与单桩基础临近的固化桩高程范围一致。
在固化桩4和固化缝3施工完成后，敷设场区电缆并将电缆引上集成式附属构件2的电缆管上，并在电缆悬空段安装弯曲限制器5。整个电缆和弯曲限制器5搁置在固化桩4上。在弯曲限制器5上直接放置电缆防护砂被6，通过砂被的自身重力作用，最大程度的减小强水动力环境下海缆悬空段的整体运动。
本发明提供一种施工方法：可采用先打单桩或后打单桩两种方式来进行本发明的施工。
(1)先打单桩法施工顺序如下：首先在工厂完成单桩基础1、集成式附属构件2的建造，完成后运至风机机位点进行单桩基础1的沉桩施工直至设计标高。整体吊装集成式附属构件2并将其安装于单桩基础1上。沉桩完成后适当时间内，通过特定的船只施工固化桩4。固化桩4实施完成后，将调配好的固化剂填入单桩1和固化桩4之间的缝隙形成固化缝3，对缝隙处的原状土进行加固。最后，安装风机之间的电缆，在电缆敷设出泥面和引入集成式附属构件的电缆管之间的电缆上安装弯曲限制器，并及时将电缆防护砂被直接覆盖在安装弯曲限制器上，施工完成。
(2)后打单桩施工方法如下：首先在沉桩机位点处按预先设计好的固化桩4的排布方式进行固化桩4的施工。固化桩4施工完成后，将在工厂预制好的单桩基础1、集成式附属构件2运至机位点，进行单桩基础1的沉桩施工直至设计标高。整体吊装集成式附属构件2并将其安装于单桩基础1上。将调配好的固化剂填入单桩1和固化桩4之间的缝隙形成固化缝3，对缝隙处的原状土进行加固。最后，安装风机之间的电缆，在电缆敷设出泥面和引入集成式附属构件的电缆管之间的电缆上安装弯曲限制器，并及时将电缆防护砂被直接覆盖在安装弯曲限制器上，施工完成。
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海上风电机组单桩基础防冲刷结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是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，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，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，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 (13)
1.一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：包括单桩基础、集成式附属构件以及环向布置于单桩基础四周的固化桩，单桩基础和固化桩之间具有缝隙；与单桩基础临近的固化桩高程范围内对单桩基础外壁设置若干剪力键，并在缝隙内密实充填固化剂形成固化缝，固化缝与剪力键之间相互作用加强单桩基础与固化缝之间的连接。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：在电缆敷设出泥面和引入集成式附属构件的电缆管之间的电缆上安装弯曲限制器，弯曲限制器的上方放置有电缆防护砂被。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：配置有弯曲限制器和电缆防护砂被的电缆整段搁置在固化桩上。
4.根据权利要求2所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：电缆防护砂被是由多个砂被相互联结而成的。
5.根据权利要求1所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：固化桩由单桩基础桩周内侧至外侧方向范围内的长度依次减小。
6.根据权利要求1所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：各固化桩顶部高程均一致，均施工至原始泥面处。
7.根据权利要求1所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：固化桩是由将调配好的固化剂注入单桩基础周围的海床面以下一定深度，并通过充分搅拌使固化剂与单桩基础周围的泥土充分融合形成的。
8.根据权利要求1所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：单桩基础和固化桩之间具有缝隙；缝隙内密实充填固化剂形成固化缝，固化缝的顶底高程与临近的固化桩一致。
9.根据权利要求1所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：剪力键沿单桩基础高度方向等间距环向布置，且其布置范围和与单桩基础临近的固化桩高程范围一致。
10.根据权利要求1所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构，其特征在于：所述固化剂为土壤固化剂或水泥土。
11.一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构的施工方法，其特征在于，在工厂内预制好如权利要求1～10任一项所述的单桩基础、集成式附属构件、固化剂、弯曲限制器和电缆防护砂被，并将这些预制件运至机位点；所述施工方法包括如下步骤：
S1、采用先打单桩法或后打单桩法，进行单桩基础的沉桩施工和固化桩的排布施工；
S2、将调配好的固化剂填入单桩基础和固化桩之间的缝隙形成固化缝，对缝隙处的原状土进行加固；
S3、安装风机之间的电缆，在电缆敷设出泥面和引入集成式附属构件的电缆管之间的电缆上安装弯曲限制器，并及时将电缆防护砂被直接覆盖在安装弯曲限制器上，施工完成。
12.根据权利要求11所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构的施工方法，其特征在于：所述步骤S1中先打单桩法的步骤包括：首先将单桩基础沉桩施工直至设计标高，然后整体吊装集成式附属构件并将其安装于单桩基础上，最后通过船只施工固化桩。
13.根据权利要求11所述的一种海上风电机组单桩基础防冲刷结构的施工方法，其特征在于：所述步骤S1中后打单桩法的步骤包括：首先在沉桩机位点处按预先设计好的固化桩的排布方式进行固化桩的施工，然后进行单桩基础的沉桩施工直至设计标高，最后整体吊装集成式附属构件并将其安装于单桩基础上。
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2021
- 2021-03-16 CN CN202110279360.XA patent/CN115075283A/zh active Pending
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