CN115652977A - 漂浮式单桩基础及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种漂浮式单桩基础，包括桩基础和若干浮筒，若干浮筒设在桩基础的外侧并与桩基础相连，用于提供漂浮的浮力，若干浮筒中的至少部分在桩基础的周向上间隔设置，浮筒内具有腔室，腔室用于充水以带动桩基础沉入海床。漂浮式单桩基础通过在单桩基础上连接若干浮筒，使桩基础具有浮力，并漂浮在海面上，与传统单桩基础相比，漂浮式单桩基础可以不使用驳船运输，减少了驳船运输的装卸过程，提高风机基础建造效率。在单桩基础建造过程中，通过若干浮筒和/或桩基础内腔室的充水完成桩基础桩身垂直入水并进入海床，省去稳桩平台的架设，降低了建造时所需要的设备复杂性。

Description

漂浮式单桩基础及其安装方法

技术领域

本发明属于海上风电基础领域，尤其涉及一种漂浮式单桩基础及其安装方法。

背景技术

风电作为清洁能源，因其具有低碳环保等优点，近年来而备受青睐。我国具有丰富的海上风电资源，与陆上风电场相比，海上风电的优点主要是不占用土地资源，基本不受地形地貌影响，风速更高。其中在海上风电基础中，单桩基础的市场占有率超过80％，为应用最为广泛的海上风电基础形式。但是，单桩基础需要通过驳船运输至施工地点，同时打桩前需要架设稳桩平台，工程较为复杂、施工效率较低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种漂浮式单桩基础。

本发明的实施例还提出了漂浮式单桩基础的安装方法。

本发明实施例的一种漂浮式单桩基础，包括：桩基础；和若干浮筒，若干所述浮筒设在所述桩基础的外侧并与所述桩基础相连，用于提供漂浮的浮力，若干所述浮筒中的至少部分在所述桩基础的周向上间隔设置，所述浮筒内具有腔室，所述腔室用于充水以带动所述桩基础沉入海床。

本发明实施例提供的漂浮式单桩基础通过在单桩基础上连接若干浮筒，使桩基础具有浮力，并漂浮在海面上，与传统单桩基础相比，漂浮式单桩基础可以不使用驳船运输，减少了驳船运输的装卸过程，提高风机基础建造效率。在单桩基础建造过程中，通过若干浮筒和/或桩基础内腔室的充水完成桩基础桩基础桩身垂直入水并进入海床，省去稳桩平台的架设，降低了建造时所需要的设备复杂性。同时通过调整桩基础外侧的浮筒的充水量调整桩基础所受的浮力，进而调整桩基础的垂直度，使桩基础垂直沉入海床。

在一些实施例中，若干所述浮筒相对所述桩基础均匀对称地设置。

在一些实施例中，所述浮筒包括第一浮筒和第二浮筒，所述第一浮筒与所述第二浮筒分别设在所述桩基础的两侧，并在所述桩基础的径向上相对。

在一些实施例中，所述第一浮筒和/或所述第二浮筒均为圆筒结构，且轴向与所述桩基础的轴向相同。

在一些实施例中，所述第一浮筒和所述第二浮筒设在所述桩基础的中部靠上位置。

在一些实施例中，所述桩基础为中空结构，所述桩基础内设有若干隔板，若干所述隔板在所述桩基础的轴向上间隔设置以将所述桩基础的内部空腔隔离为若干子腔。

在一些实施例中，若干所述浮筒中的一部分在所述桩基础的轴向上间隔设置。

本发明的另一方面实施例还提出了一种漂浮式单桩基础的安装方法，所述漂浮式单桩基础为根据上述实施例所述的漂浮式单桩基础，所述桩基础为中空结构，所述安装方法包括如下步骤：

获得所述漂浮式单桩基础，并将所述漂浮式单桩基础漂浮在海面上；

将所述漂浮式单桩基础拖拽至安装位置；

向所述桩基础内部充水，以使所述桩基础直立；

向所述浮筒的腔室内充水以使所述桩基础向下沉入海床，并且在该过程中，通过调整所述浮筒内的充水量调整所述桩基础的垂直度。

在一些实施例中，向所述桩基础内部充水的步骤具体包括：向靠近所述桩基础的底部的所述子腔充水，以完成所述桩基础的直立。

本发明的另一方面实施例还提出了另一种漂浮式单桩基础的安装方法，所述漂浮式单桩基础为根据上述实施例中所述的漂浮式单桩基础，所述安装方法包括如下步骤：

获得所述漂浮式单桩基础，并将所述漂浮式单桩基础漂浮在海面上；

将所述漂浮式单桩基础拖拽至安装位置；

向靠近所述桩基础的底部的所述浮筒的腔室内充水，以完成所述桩基础的直立；

向其他所述浮筒的腔室内充水以使所述桩基础向下沉入海床，并且在该过程中，通过调整所述浮筒内的充水量调整所述桩基础的垂直度。

附图说明

图1是本发明实施例提出的漂浮式单桩基础示意图。

图2是本发明实施例提出的漂浮式单桩基础漂浮在海面示意图。

图3是本发明实施例提出的漂浮式单桩基础进入在海水示意图。

图4是本发明实施例提出的漂浮式单桩基础沉降入海床中示意图一。

图5是本发明实施例提出的漂浮式单桩基础沉降入海床中示意图二。

图6是本发明实施例提出的漂浮式单桩基础沉降入海床中示意图三。

图7是本发明实施例提出的漂浮式单桩基础沉降入海床中示意图四。

图8是本发明实施例提出的漂浮式单桩基础沉降入海床中示意图五。

图9是本发明实施例提出的漂浮式单桩基础沉降入海床中示意图六。

附图标记：

漂浮式单桩基础100；桩基础10；隔板11；浮筒20；第一浮筒201；第二浮筒202；腔室21；海床30。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据图1-图9描述本发明实施例提供的漂浮式单桩基础100，包括桩基础10和若干浮筒20，桩基础10为海上风机基础主体结构，用于承受海上风机所受的动静载荷。若干浮筒20设在桩基础10的外侧并与桩基础10相连用于提供漂浮的浮力，可以理解的是，在桩基础10的运输过程中，由于若干浮筒20的浮力可以使桩基础10漂浮在水面上，通过船舶的牵引达到预定建造地点，减少运输时驳船装卸过程。

进一步地，若干浮筒20中的至少部分在桩基础10的周向上设置，也就是说，在一些实施例中，部分浮筒20沿桩基础10周向分布，部分浮筒20沿桩基础10的轴向分布，在另一些实施例中，所有的浮筒20均沿桩基础10的周向上设置。具体地，若干浮筒20之间可以间隔设置，也可以紧密排列，本发明对此不做限制。

进一步地，浮筒20内具有腔室21，腔室21用于充水以带动桩基础10沉入海床30，也就是说，浮筒20中的腔室21内可以充水。当腔室21充水后，浮筒20自身重量增加，漂浮式单桩基础100所受到海水的浮力减少，此时漂浮式单桩基础100的部分开始沉入水中。

本发明实施例提供的漂浮式单桩基础通过在单桩基础上连接若干浮筒，使桩基础具有浮力，并漂浮在海面上，与传统单桩基础相比，漂浮式单桩基础可以不使用驳船运输，减少了驳船运输的装卸过程，提高风机基础建造效率。在单桩基础建造过程中，通过若干浮筒和/或桩基础内腔室的充水完成桩基础桩身垂直入水并进入海床，省去稳桩平台的架设，降低了建造时所需要的设备复杂性。同时通过调整桩基础外侧的浮筒的充水量调整桩基础所受的浮力，进而调整桩基础的垂直度，使桩基础垂直沉入海床。

下面根据图1-图3描述本发明实施例提供的具体实施例中漂浮式单桩基础100。为方便理解，以远离桩基础10中心轴线方向为外侧，以靠近桩基础10中心轴线方向为内侧。

漂浮式单桩基础100包括桩基础10和若干浮筒20，浮筒20设置在桩基础10的外侧，沿桩基础10的外周面间隔布置，也就是说，在桩基础10的外侧连接了若干浮筒20，浮筒20具有腔室21，可以理解地是，当浮筒20的腔室21为空时，浮筒20可以为桩基础10提供浮力，使桩基础10可以漂浮在海面上。当浮筒20的腔室21充水时，浮筒20可以为桩基础10提供浮力减少，使桩基础10可以在自重的作用下进入水中。

进一步地，浮筒20对称设置在桩基础10的外周面，可以理解的是，对称设置浮筒20使桩基础10在运输和建造过程中所受的浮力更均匀，防止桩基础10受到非对称的力后的进行周向运动。同时在桩基础10的竖直过程中，对称设置的浮筒20可以更好地调整桩基础10的竖直状态。

具体地，如图1-图3所示，本发明实施例提供的漂浮式单桩基础100具有两个浮筒，分别为第一浮筒201和第二浮筒202。第一浮筒201与第二浮筒202分别设置在桩基础10的两侧与桩基础10可拆卸地连接。可选地，第一浮筒201与第二浮筒202绑扎在桩基础10上。

第一浮筒201与第二浮筒202沿桩基础10的轴向延伸并对称设置。第一浮筒201与第二浮筒202在桩基础10的径向相对，第一浮筒201的中心轴线与第二浮筒202的中心轴线与桩基础10的中心轴线处于一个平面上。

进一步地，第一浮筒201和第二浮筒202可以为圆筒结构，第一浮筒201与第二浮筒202的延伸方向与桩基础10的延伸方向一致，也就是说，第一浮筒201的中心轴线与第二浮筒202的中心轴线与桩基础10的中心轴线平行。在其他实施例中，第一浮筒201和第二浮筒202也可以为长方体或流线体，本发明对此不做限制。

第一浮筒201和第二浮筒202设置在桩基础10中部靠上的位置，可以理解地是，第一浮筒201和第二浮筒202的位置与其对桩基础10提供的浮力位置有关，设置在中部靠上的若干浮筒20可以使桩基础10在直立过程中，其靠下的位置，即靠近海床部分能够更好地沉入海面之下，即可以使桩基础10的直立过程更加顺利。

图1-图3所示的实施例中，桩基础10为中空结构，即桩基础10内有空腔，桩基础10内设置若干隔板11，隔板11沿桩基础10的轴向间隔设置，将桩基础10的空腔间隔成若干子腔，若干子腔可以连通和封闭，也就是说，桩基础10内部为在轴向上的多层结构。当向桩基础10内部开始充水时，桩基础10的若干子腔可以通过人工调节确定是否充水。可以理解的是，当桩基础10未充水，即桩基础10内为空腔状态时，桩基础10所受到海水浮力较大，当向桩基础10内开始充水后，桩基础10所受到的海水浮力减小，在其自重的作用下向海床移动。桩基础10靠近底部的子腔内充水后，桩基础10底部所受的浮力减少，由于桩基础10顶部及中上部的浮筒20仍有较大浮力，所以桩基础10在浮力与自重和/或一定的拉力的共同作用下可以直立，即与海床面垂直，实现桩体10的安装要求。

如图3-图9所示，本发明的实施例还提供一种漂浮式单桩基础100的安装方法，包括如下步骤：

如图3所示，漂浮式单桩基础100首先由于桩基础10空腔和未充水浮筒20的浮力漂浮在海面上，通过船舶将漂浮式单桩基础100拖拽至预定安装位置。

如图4-图6所示，向桩基础10的内部充水，使桩基础10逐渐直立，具体地，由于桩基础10为中空结构且具有若干隔板使其形成若干子腔，内部若干子腔可以进行充水。首先向靠近桩基础10底部的子腔充水，使桩基础10底部所受浮力减小，桩基础10在自重的作用下逐渐完成直立，也就是说，向桩基础10底部浮力减小，但桩基础10中上部的子腔和中上部的若干浮筒20的浮力不变，桩基础10倾斜，即桩基础10的中心轴线与海平面的夹角增大，桩基础10逐渐直立。

如图7-图8所示，向若干浮筒20内充水和桩基础10相对靠上的子腔充水，使桩基础10浮力减少并向下沉入海床，可以理解地是，由于不同位置的浮筒20所提供的浮力位置不同，通过调整桩基础10外侧的若干浮筒20的充水量调整桩基础10所受的浮力，进而调整桩基础10的垂直度，使桩基础10垂直沉入海床。

如图9所示，当桩基础10到达指定位置后，拆除并回收浮筒20，完成桩基础10的安装。

在其他实施例中，可以不采用向桩基础10内部充水的方式完成桩基础10的沉降。例如，在这些实施例中，若干浮筒20中的一部分可以在桩基础10外侧沿桩基础10的轴向间隔设置，也就是说，可以在桩基础10的轴向上设置多层浮筒20。每层浮筒20位于桩基础10的轴向上的不同位置，为桩基础10的不同位置提供浮力。多层若干浮筒20在桩基础10的外侧的排列方式可以相同也可以不同，本发明对此不做限制。

进一步地，由于桩基础10外侧不同位置的浮筒20为桩基础10所提供的浮力位置不同。在对漂浮式单桩基础100进行安装时，多层浮筒20的各层之间可以进行分时充水，也就是说，多层浮筒20不同时充水。靠近桩基础10底部的浮筒20首先充水，使桩基础10在自重作用下底部可以首先进入海水中，实现桩基础10的直立。而后再对其他位置的浮筒20进行充水，以使桩基础10沉入海床。

基础此类实施例中提供的漂浮式单桩基础100的安装方法包括如下步骤：

漂浮式单桩基础100首先由于桩基础10和浮筒20的浮力漂浮在海面上，通过船舶将漂浮式单桩基础100拖拽至预定安装位置。

向靠近桩基础10底部的浮筒20中充水，使桩基础10逐渐直立。具体地，向靠近桩基础10底部的浮筒20中充水，使桩基础10底部所受浮力减小，其他浮筒20的浮力不变，桩基础10逐渐倾斜，即桩基础10的中心轴线与海平面的夹角增大，桩基础10逐渐完成直立。

然后，向其他浮筒20内充水，使桩基础10整体承受的浮力减少并向下沉入海床，可以理解地是，由于不同位置的浮筒20所提供的浮力位置不同，通过调整桩基础10外侧的若干浮筒20的充水量，桩基础10所受的浮力得到调整，进而调整桩基础10的垂直度，使桩基础10垂直沉入海床。

当桩基础10到达指定位置后，拆除并回收剩余浮筒20，完成桩基础10的安装。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种漂浮式单桩基础，其特征在于，包括：

桩基础；和

若干浮筒，若干所述浮筒设在所述桩基础的外侧并与所述桩基础相连，用于提供漂浮的浮力，若干所述浮筒中的至少部分在所述桩基础的周向上间隔设置，所述浮筒内具有腔室，所述腔室用于充水以带动所述桩基础沉入海床。

2.根据权利要求1所述的漂浮式单桩基础，其特征在于，

若干所述浮筒相对所述桩基础均匀对称地设置。

3.根据权利要求1或2所述的漂浮式单桩基础，其特征在于，

所述浮筒包括第一浮筒和第二浮筒，所述第一浮筒与所述第二浮筒分别设在所述桩基础的两侧，并在所述桩基础的径向上相对。

4.根据权利要求3所述的漂浮式单桩基础，其特征在于，

所述第一浮筒和/或所述第二浮筒均为圆筒结构，且轴向与所述桩基础的轴向相同。

5.根据权利要求3所述的漂浮式单桩基础，其特征在于，

所述第一浮筒和所述第二浮筒设在所述桩基础的中部靠上位置。

6.根据权利要求1所述的漂浮式单桩基础，其特征在于，

所述桩基础为中空结构，所述桩基础内设有若干隔板，若干所述隔板在所述桩基础的轴向上间隔设置以将所述桩基础的内部空腔隔离为若干子腔。

7.根据权利要求1所述的漂浮式单桩基础，其特征在于，

若干所述浮筒中的一部分在所述桩基础的轴向上间隔设置。

8.一种漂浮式单桩基础的安装方法，其特征在于，所述漂浮式单桩基础为根据权利要求1-7中任一项中所述的漂浮式单桩基础，所述桩基础为中空结构，所述安装方法包括如下步骤：

获得所述漂浮式单桩基础，并将所述漂浮式单桩基础漂浮在海面上；

将所述漂浮式单桩基础拖拽至安装位置；

向所述桩基础内部充水，以使所述桩基础直立；

向所述浮筒的腔室内充水以使所述桩基础向下沉入海床，并且在该过程中，通过调整所述浮筒内的充水量调整所述桩基础的垂直度。

9.根据权利要求8所述的漂浮式单桩基础的安装方法，其特征在于，所述漂浮式单桩基础为根据权利要求6中所述的漂浮式单桩基础，

向所述桩基础内部充水的步骤具体包括：

向靠近所述桩基础的底部的所述子腔充水，以完成所述桩基础的直立。

10.一种漂浮式单桩基础的安装方法，其特征在于，所述漂浮式单桩基础为根据权利要求7中所述的漂浮式单桩基础，所述安装方法包括如下步骤：

获得所述漂浮式单桩基础，并将所述漂浮式单桩基础漂浮在海面上；

将所述漂浮式单桩基础拖拽至安装位置；

向靠近所述桩基础的底部的所述浮筒的腔室内充水，以完成所述桩基础的直立；

向其他所述浮筒的腔室内充水以使所述桩基础向下沉入海床，并且在该过程中，通过调整所述浮筒内的充水量调整所述桩基础的垂直度。

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