CN117999390A - 基于重力的地基 - Google Patents

Abstract

一种用于支撑上部结构(2)的重力基座(1)，包括基座结构(100)，其中，基座结构被配置成布置在支撑介质(3)上，并且被配置成连接至上部结构(2)或支撑结构(300)，该支撑结构被配置成布置在上部结构与基座结构之间，并且其中，支撑结构被配置成连接至上部结构；压载物限定器(200)，其中，该压载物限定器被配置成填充有压载物材料(250)，其中，压载物限定器(200)被配置成将压载物(250)限定在基座结构(100)上，其中，基座结构和压载物限定器在结构上是独立的。

Description

基于重力的地基

技术领域

本发明涉及一种重力基座，并且更具体地涉及一种用于构造或设施的重力基座并且涉及一种用于部署该重力基座的方法，该重力基座可以用于非建筑物构造，诸如海上风力涡轮机、陆上风力涡轮机、用于石油和天然气工业的海上平台、气象站、支架、单桩、灯杆、桅杆、用于电信和电力传输的网格塔、烟囱、烟道、要求快速且容易的安装和拆撤的临时结构等。

背景技术

在某些高非建筑物结构(诸如海上设施、海上和陆上风力涡轮机、气象站、电信和电力传输单桩和塔、灯杆、桅杆、烟道、要求快速且容易的安装和拆撤的临时结构等)上的最主要的载荷是由于环境作用(像风、地震以及波浪和水流(在海上结构的情况下))引起的水平载荷。水平载荷导致在这些结构的基座处的剪切/滑动力和倾翻力矩。克服倾翻力矩的常见方法是使用深地基(诸如桩柱)来将倾翻力矩深深地转移到支撑地面中、使用扩展基脚(其中，地基和结构的自重抵消了倾翻力矩)或者使用空间桁架或所谓的支架连同小桩柱或所谓的销桩柱来抵抗倾翻力矩(具有由销桩柱提供的一对张紧/压缩反应)。在底部固定的海上设施的情况下，与浮动设施相比，常见的基座类型是深地基(诸如桩柱)、扩展基脚(诸如基于重力的地基)以及与销桩柱一起的空间桁架或支架。桩柱是柱形元件，其被深深地驱动或钻孔到地面中，并且将水平和竖直载荷以及弯曲和扭转力矩从上部结构转移到较深层的场地土壤。

目前，大多数陆上风力涡轮机是基于单个大直径桩柱或所谓的单桩。作为示例，用于安装在具有35m的海深的地点处的8兆瓦海上风力涡轮机的单桩可以是90m长，具有8m的直径和100mm的壁厚，其重量约为1700吨。目前，正在研究将15兆瓦、20兆瓦、甚至27兆瓦的较大海上风力涡轮机安装在海上风电场中。对于大的风力涡轮机，单桩的直径、长度和壁厚将变得非常大，这使得单桩昂贵且难以制造、提升、运输、颠倒和驱动。例如，用于安装在具有约40m的水深的北海的15兆瓦海上风力涡轮机的单桩可以是100米长，具有大于12米的直径并且重量约3000吨。海上风力工业的进一步发展将迫使在具有更深的水体、更严酷的环境以及可能更成问题的海床的不太合适的地点安装涡轮机。

目前，基于重力的地基是用于海上风力涡轮机的其他常见基座。基于重力的地基首次用于石油和天然气平台，其中地基的重量(通常是混凝土的)提供抵抗由侧向环境作用(像风和波浪)对结构造成的倾翻力矩的稳定性。

在基于重力的地基中，由于地基与结构的重量而产生的向下的力通过避免地基的抬升而抵抗倾翻力矩。

尤其用于海上风力涡轮机的常规的基于重力的地基通常由圆锥形、圆柱形或立方形的中空混凝土地基构成，该中空混凝土基础现场压载有水、沙、混凝土或铁矿石。例如参见参考文献EP 2930273 B1、EP 2559814 B1、EP1777348B1、EP2360373B1、EP2643210B1、EP2933381B1、WO2009154472和WO2016042173A1。基于重力的地基的常见应用是用于海上风力涡轮机、用于石油和天然气工业的海上平台、气象站等。重力基座通常用在具有致密海床的地点，该致密海床具有足够承载能力。

用于海上风力涡轮机的常规的基于混凝土重力的地基是巨大的。例如，用于具有30米水深的北海中的7兆瓦风力涡轮机的基于重力的地基可具有31米的基座直径、50米的高度和2000立方米的混凝土体积，在没有压载物的情况下，其可重约5000吨。传统的基于混凝土重力的地基在具有高承载能力的大型码头处分几个阶段制造。制造持续24/7并且需要几个月来完成。它们可以漂浮地运输到安装地点，但是它们可能需要从制造地点提升以将它们放置在驳船上或水中。在安装地点处，地基以受控的方式淹没直到触地，或者提升并降低到需要非常大的起重船的海床。

用于海上风力涡轮机的另一种类型的地基是钢支架，该钢支架主要用于相当深的水。支架比混凝土重力基座轻，但是对于制造而言通常是昂贵的并且在构件或所谓的节点的交叉处易于疲劳损坏。在非常深的海处，可以使用漂浮式海上风力涡轮机。漂浮方案在市场上仍然是非常新的并且是相当昂贵的。在开发中存在许多漂浮体概念并且对于漂浮式风力涡轮机在实际环境中的性能没有那么多的经验。

海上风力涡轮机大多是基于桩柱式地基或扩展的基脚。例如参见US 10738436B、WO 2005/012651 A、WO 2017/101940 A。在桩柱式地基的情况下，该基座通常由刚性混凝土桩帽构成，其中，在该桩帽下方具有若干个(主要是混凝土的)桩柱。在扩展基脚的情况下，基座通常是搁置在地面上的大直径截锥体形式的钢筋混凝土板。

对于其他高且细长的陆上设施——诸如单桩、灯杆、桅杆、用于电信和电力传输的网格塔、烟囱以及烟道——类似地通常采用这两个地基概念中的一个，桩柱式地基或扩展基脚。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的一个或更多个缺点，或至少提供现有技术的可替代性方案。

本发明或其实施例的进一步具体目的可以包括以下各项中的一项或更多项：提供一种重力基座，并且更具体地，一种用于海上风力涡轮机、陆上风力涡轮机、用于石油和天然气工业的海上平台、气象站、支架、单桩、灯杆、桅杆、用于电信和电力传输的网格塔、烟囱和烟道以及类似的轻型和高型设施的重力基座，该重力基座可以具有以下优点中的一项或更多项：比常规的基于重力的地基更经济；优化材料的使用和当地现场材料的可能使用；降低运输和安装地基所需的提升能力；避免具有高承载能力的施工现场(诸如码头)的需求；避免用于提升、运输和安装的专门建造的设备(例如，船)的需求；避免安装过程中的高水平噪音；允许更快地制造，适于临时应用，并且赋予使用其压载物和泥石和/或沙子的冲刷保护层作为人造礁的可能性，人造礁提供洞以生存或隐藏，从而吸引不同的海种并且促进生物多样性。

利用根据所附权利要求、条款中的一项或更多项和/或根据本文所描述的一个或更多个实施例的本发明来实现一个或更多个目的。若干从属权利要求和/或条款的组合可以产生协同的优点。

具体地，本发明涉及一种用于上部结构的重力基座并且涉及一种用于部署该重力基座的方法以及一种用于拆撤该重力基座的方法以及一种海上运输方法。根据本发明的方法可用根据本发明的重力基座来执行，并且根据本发明的重力基座可用于根据本发明的方法；然而，两者都不限于此。以下所描述的特征和实施例可以是重力基座和方法中的任一者或两者的一部分，以实现类似的优点。

重力基座和方法可以例如用于非建筑物构造，诸如海上风力涡轮机、陆上风力涡轮机、用于石油和天然气工业的海上平台、气象站、支架、单桩、灯杆、桅杆、用于电信和电力传输的网格塔、烟囱和烟道、要求快速且容易的安装和拆撤的临时结构等。例如，重力基座可包括基座结构、压载物限定器(ballast confiiner)，以及可选的，支撑结构中的一个或更多个。

在实施例中，本发明涉及一种用于支撑如权利要求1或权利要求2所述的上部结构的重力基座。基座结构的主要功能是例如直接地或经由支撑结构支撑上部结构，并将载荷或力矩转移到支撑介质。在使用期间，将压载物材料布置在压载物限定器中，该压载物材料将力施加到基座结构上。该力主要与上部结构的竖直轴线水平偏移，并且由于向下指向的重力，使得所产生的力矩抵消由施加在上部结构和/或重力基座上的侧向力产生的力矩。有利地，基座结构和压载物限定器在结构上是独立的。如本文进一步解释的，就构造和安装而言，这具有若干优点。应注意，当压载物材料布置在压载物限定器中时，该压载物材料，可选地，还在结构上独立于基座结构，并且可选地，还独立于该压载物限定器，而不是由此被空间限定。

例如，在结构上独立可能需要压载物限定器本身稳定，其中，在压载物限定器与上部结构之间和/或在压载物限定器与支撑结构之间和/或在压载物限定器与基座结构之间不存在支撑连接件。例如，在结构上独立的可能需要上部结构或支撑结构主要由除了压载物限定器之外的部件支撑。

因此，在压载物限定器与基座结构之间可能不存在结构连接。然而，应注意，在一些实施例中，压载物限定器可布置在基座结构上，并且压载物限定器和/或压载物的重量可由基座结构支撑。此外，(例如)在非刚性压载物的情况下，一些力将经由压载物材料传输到压载物限定器。

基座结构和压载物限定器可以进一步是(例如)在功能上独立的，其中，可选地，在功能上独立可能需要压载物限定器主要用于将压载物限定在基座结构上，以便为基座结构以及因此上部结构提供抵抗所施加的载荷和力矩的抗力。

本发明还可涉及一种没有压载物限定器的重力基座，(例如)如权利要求7或权利要求8所述。在这种情况下，在没有压载物限定器的情况下，压载物材料布置在基座结构上。压载物材料本身可以(例如)是稳定的。压载物材料可以(例如)是混凝土板或块。压载物材料和基座材料是独立的，(例如)在结构上是独立的。当压载物限定器和基座结构在结构上独立时，可施加如上所述的相同优点。在这种情况下，在结构上独立可以(例如)需要以上给出的一个或更多个限定，加以必要的变更。

总之，本发明的重力基座可以被描述为用于支撑上部结构(诸如海上风力涡轮机)的重力基座，包括

·基座结构，其中，基座结构被配置成布置在支撑介质上并且被配置成连接至

i.上部结构或

ii.支撑结构，支撑结构被配置成布置在上部结构与基座结构之间，并且其中，支撑结构被配置成连接至上部结构，

其中，重力基座进一步包括以下各项中的一项：

·压载物限定器，其中，压载物限定器被配置成填充有压载物材料，其中，压载物限定器被配置成将压载物材料限定在基座结构上，其中，基座结构和压载物限定器在结构上是独立的；

或

·压载物，压载物布置在基座结构上，其中，压载物是非受限的压载物，其中，基座结构和压载物是独立的，(例如)在结构上独立。

上部结构可以(例如)是海上风力涡轮机、海上设施、陆上风力涡轮机、用于石油和天然气工业的海上平台、气象站、单桩、桅杆、用于电信和电力传输的网格塔、灯杆、烟道和任何其他设施。应当理解，本文对此类结构的任何提及可理解为在给定应用中通常应用于上部结构。在实施例中，上部结构可(例如)具有至少1米(例如至少10米、例如至少25米、例如至少50米、例如至少100米、例如至少150米)的高度或长度。本发明可进一步涉及上部结构和重力基座的组合。

在实施例中，基座结构可以(例如)是平面结构，优选地，由加强钢板制成，该加强钢板可以(例如)被配置成铺设在支撑介质(本文进一步也称为土壤)上并且可以(例如)被配置成直接连接至上部结构，或可(例如)被配置连接至支撑结构，优选地为钢轴。支撑结构可(例如)被配置成布置在上部结构与基座结构之间。在实施例中，基座结构的直径或宽度可在，(例如)0.1米与80米之间，(例如)在1与60米之间，(例如)在20与50米之间。在实施例中，基座结构的高度可在，(例如)0.1米与60米之间，(例如)1与30米之间，(例如)10与20米之间。在实施例中，基座结构被配置成提供支撑介质与上部结构之间的距离，使得上部结构(例如)不与该支撑介质接触或者不被布置在该支撑介质中。

在实施例中，压载物限定器可以(例如)是壳体，优选地，呈(例如)钢制的具有开放端的直立圆柱体的形式。压载物限定器可(例如)被配置成布置在基座结构上。例如，压载物限定器可被配置成直接布置在支撑介质上。当压载物限定器直接布置在支撑介质上时，压载物限定器可被配置成部分地穿刺到支撑介质中。例如，压载物限定器可被配置成填充有压载物材料(在本文中也称为压载物)，其中，壳体将压载物限定在基座结构上。基座结构上的压载物的重量为重力基部和上部结构提供了抵抗水平载荷和倾翻力矩的稳定性。在自稳定的压载物(例如，混凝土板或块)的情况下，可以省略压载物限定器。在实施例中，压载物限定器的直径或宽度可以在0.2米与100米之间，(例如)1米与50米之间，(例如)10米与25米之间。在实施例中，压载物限定器的高度可以例如在0.2米与80米之间，(例如)1米与50米之间，(例如)10米与25米之间。

对于深海中的海上设施，单桩变得相当不经济。它们的直径需要足够大，以为涡轮机提供足够的弯曲刚度，以达到高于可允许频率范围下限的自然频率。单桩也不太适用于具有浅基岩、大石头或薄弱土壤层的地点。在打桩过程中产生的噪音对于海洋生物是环境问题。由于需要使用更大的锤子，因此在海床下方存在桩柱和桩尖屈曲的风险。单桩还受冲刷影响。

因为用于海上设施的常规基于重力的地基大多是大混凝土结构，所以它们对于提升、运输、安装而言是沉重的并且需要具有高承载能力的大型码头或大型干船坞。此外，它们的构造是劳动密集型的，需要相当长的时间，并且需要港口上的大块土地，以用于制造和存储完成的地基。常规重力基座的拆撤也可能是困难且昂贵的。漂浮的基于重力的地基通常具有在浮出时的大吃水，这限制了在具有足够水深的适当港口方面的选择。漂浮的重力基座也对在目的地风电场地点处的下沉和触底期间的流体动力不稳定性敏感。

与已知的(单桩)地基相比，本发明可用于较大的海上风力涡轮机、较深的水、浅的岩床、具有薄弱层的土壤或巨石；并且不需要特制的船以及与混凝土重力基座所需的起重机一样大的重型提升起重机；消除与大型单桩的打桩相关的问题，诸如噪声；该设计是通用的，因此可以容易地适配于不同的现场条件；易于拆撤，其中，材料可以再回收，并且可以为海洋生物提供保护所。

有利地，在海上设施的具体情况下，这种重力基座比目前可用的地基方案更经济并且可以在更深的水体中支撑更大的上部结构(例如，风力涡轮机)。目前，大多数海上风力涡轮机是基于单桩的。对于大型风力涡轮机，单桩的直径、长度和壁厚必须非常大，这使得单桩的制造、运输、提颠倒和驱动非常苛刻。本发明比单桩更经济和环境友好，消除或至少减少与打桩相关的问题。噪声影响减小，并且在实施例中没有灌浆连接。在实施例中，可能不需要专业船只，并且可能需要较小的重型提升起重机来部署地基。它对现场的土壤条件较不敏感，并且可以用在具有浅基岩或巨石的地点。

与常规的基于重力的混凝土地基相比，根据本发明的重力基座是更轻的，因为平衡和稳定性所要求的重量大部分是由在安装该地基之后填充的压载物提供的，因此消除或至少减少了对在运输和安装阶段过程中具有高提升能力的重型提升船和起重机的需求，并且因此减少了相应的相当大的成本和进度限制。这种重力基座在浮出时的初始吃水小于常规的基于重力的地基，并且消除或至少减少了对合适的构造/组装码头和运输港口的选择的限定。

这种创新的重力基座与单桩相比对现场地理技术条件较不敏感，并且因此可以用于具有不同土壤类型(诸如移动沙洲、致密沙、硬粘土、岩石地层、刚石粘土)的风电场，或在现场上具有可变土壤条件的风电场。

与常规的重力基座相比，本发明的基座结构的底部蒙皮可比通常混凝土的重力基座的底部板(尤其是在外边缘附近)更柔性。这导致应力更均匀地分布在支撑土壤上，并且基座结构边缘附近的土壤中的应力集中更少。此外，与传统的重力基座相比，本发明可经受更少的波浪和水流载荷，因为其高度可更低，并且其在具有最大波浪载荷的海面附近的宽度被限制到支撑结构的宽度。本发明的低高度还导致地基的表观重量的减小的变化，并且因此导致波浪力的随之发生的偏心。这减少了在典型的重力基座的情况下可能发生的土壤的循环载荷。

在海上设施的情况下，除了压载物水平上方的部分之外，支撑结构的水下部分上的波浪和水流载荷由压载物限定器获得并且通过压载物转移至基座结构和海床。这减少了经由支撑结构转移到基座结构的力和力矩。压载物还可以保护基座和支撑结构免受海洋生长的影响。

在固体压载物材料的情况下，该轴周围的压载物可以侧向地支撑该轴并且减小该轴的下部受限部分中的弯曲力矩。在支撑结构周围和基座结构上方的压载物还可增加地基的阻尼，这是希望的。

与单桩地基相比，本发明在支撑结构刚度的调节方面提供了更大的灵活性。为了避免共振频率，支撑结构刚度可以通过减小轴直径来减小并且可以通过在基座结构与轴之间增加系杆/支柱来增加。

二次钢(诸如接近阶梯和平台)可以在安装之前预先安装在地基上。这省去了对任何过渡部件的需要，并且因此减少了昂贵的海上提升和安装操作(这(例如)需要将过渡部件安装在单桩上)。

在实施例中，基座结构和压载物限定器在结构和/或功能上是独立的。因此，重力基座包括在结构和/或功能上独立的两个部分。例如，基座结构和/或压载物限定器可以在内陆车间中制造。这允许它们——例如通过内陆运河——被运送到风电场地点，而常规混凝土重力地基由于它们的大尺寸而具有以下约束：它们必须在具有有限可用性的港口处在具有高承载能力的码头之上建造。

在实施例中，基座结构、支撑结构和/或压载物限定器可以制造在海外，其中，例如，有经验的和/或更便宜的工艺是可用的，并且(例如)被运送至安装地点。在制造钢桥方面具有经验的钢加工厂和造船厂也具有制造这种重力基座所需的技能。

在实施例中，重力基座可以包括或被分成多个扇形部，其中，例如，所述扇形部是并行构造的。这允许本重力基座的构造时间比常规混凝土基座更短，因为通过将基座结构分成多个扇形部可以容易地并行进行作业。由于重力基座、基座结构和/或压载物限定器的一个或更多个部分可以包括钢和/或由钢制成，它具有超过混凝土的优势，混凝土必须分阶段浇注，分阶段浇注用一些额外的时间以用于制造强化钢筋笼、放置模架、浇注混凝土以及等待混凝土硬化。

在实施例中，基座结构可以包括若干隔室。如果通过将基座结构压载并且降低或下沉到海床来安装，那么这有助于提高基座结构的流体动力学稳定性。

在实施例中，重力基座包括轴。如果需要，轴还可用作运输、安装和/或操作过程中的浮力室。压载物限定器也可密封到基座结构，以便利用较大的自由表面增加浮力。

在实施例中，压载物限定器的直径和/或高度是可调节的。这允许针对重力基座的稳定性所需的压载物的量来调整重力基座。在实施例中，压载物的密度是可调节的。

在实施例中，压载物限定器包括抗拉材料(诸如钢、高强度钢、塑料、尼龙、合成薄纸、缆网、纤维增强塑料、玻璃纤维、芳族聚酰胺和类似材料)和/或由抗拉材料(诸如钢、高强度钢、塑料、尼龙、合成薄纸、缆网、纤维增强塑料、玻璃纤维、芳族聚酰胺和类似材料)制成。压载物限定器主要经受圆周拉伸应力，这消除了屈曲的风险并且使用了抗拉材料，诸如钢、高强度钢、塑料、尼龙、合成薄纸、缆网、芳族聚酰胺和类似的经济材料。

在实施例中，压载物限定器包括合成材料和/或由合成材料制成。在由合成材料制成的压载物限定器的情况下，腐蚀问题较少。

在实施例中，压载物限定器可以被配置成充当重力基座的(周边或)周界裙部。在海上设施的情况下以及在软海床的情况下，裙部还可以增加土壤的承载能力并且因此使得重力基座更加可行。

在实施例中，压载物限定器的直径可以大于基座结构的宽度。在可能冲刷的地点处，压载物限定器的直径可以被取为充分大于基座结构的宽度，以便避免冲刷以到达基座结构下方并且不利地影响基座结构的性能，并且因此减少了对冲刷保护的需要。

在实施例中，压载物限定器可以被配置成在水位上方延伸。在浅水体中，压载物限定器可以在水位上方延伸，因此保护支撑结构免于波浪和水流载荷以及飞溅区中的腐蚀，并且还提供用于接近上部结构的着陆平台。在寒冷地区的风电场地点处，延伸到水位上方的压载物限定器可以为支撑结构提供抵抗冰载荷的保护。

这种重力基座概念在其整体或其任何部件(例如，压载物限定器)中可一起使用或独立地用于其他目的，(例如)用于锚固漂浮式陆上风力涡轮机的系泊。在实施例中，压载物限定器被配置成独立于基座结构和上部结构使用，以用于进一步的功能，(例如)以锚固另外的结构，和/或为另外的结构提供稳定性，和/或提供平台，和/或用作人造礁。例如，在实施例中，本发明可以涉及一种压载物限定器，其中，该压载物限定器被配置成布置在支撑介质上并且填充有压载物材料，其中，该压载物限定器进一步被配置成充当独立结构。压载物限定器可以进一步根据本文所描述的任何实施例来实施。

在实施例中，包括基座结构、支撑结构和压载物限定器的至少一部分或整个重力基座可以用钢制成。例如，当重力基座拆撤时，钢可从安装地点收回并且回收。

在实施例中，压载物可以是被挖掘用于地基坑形成的当地土壤。这可以是(例如)陆上设施的情况。这降低了材料和运输成本。

在一些实施例中，在海上设施的情况下，压载物限定器可以临时放置在紧挨着地基坑的海床上并且用于存储在海床形成过程中已经从地基坑挖掘的土壤。在地基的安装之后，这个存储的土壤可以从临时压载物限定器收取回并且用于填充安装在地基上的永久压载物限定器，然后可以将该临时压载物限定器移动并且重新用于下一个地基。

附图说明

通过示例并参照附图说明本发明的优点。附图仅用作示例并且不意味着被解释为限定本发明的范围或权利要求。在各个附图中，相同的特征由相同的附图标记表示。

图1是根据本发明的实施例的海上风力涡轮机和重力基座的透视图。为了更好地示出地基的内部，未示出地基的一半和塔。

图2是如图1所示的海上风力涡轮机和重力基座的分解透视图。

图3是如图1所示的重力基座的放大透视图。

图4是如图3所示的重力基座的剖视图。

图5和图6是重力基座的另一实施例的剖视图，其中，压载物限定器具有小于基座结构的直径并且因此立在该基座结构上。

图7示出了如图4中指示的重力基座的截面A-A。

图8是如图1所示的基座结构的放大透视图，其中，一些部件已经被隐藏以显示该基座结构的内部。

图9是根据实施例的基座结构的一半和基座结构的中心部分的一半的放大透视图，该基座结构包括六个扇形部，其中，一些部件已经被隐藏以示出内部。

图10是根据实施例的基座结构的中心部分的透视图，其中，一些部件已经被隐藏以示出内部。

图11类似于图9，示出了该基座结构的可替代性实施例。

图12是呈支撑轴形式的支撑结构和一些附件的可替代性实施例的剖视图。该剖视图还示出了电力电缆进入到重力基座的位置。

图13是根据实施例的铸造件，该铸造件具有位于基座结构内的支撑结构的中心线处一些肋板。

图14是根据现有技术的用于海上风力涡轮机的常规的基于混凝土重力的地基的侧视图。

具体实施方式

图1和图2示出了本发明的非限定性示例，该非限定性示例提供了用于上部结构2的重力基座1并且包括基座结构100、压载物限定器200以及支撑结构300(如果需要的话)。基座结构100是搁置在支撑介质3上的平面结构。支撑介质3可以是地面、海床、砾石床或支撑重力基座1的任何其他构造或材料。压载物限定器200限定压载物并且将该压载物保持在基座结构100的顶部上。基座结构100上的压载物的重量为重力基部1和上部结构2提供了抵抗载荷和力矩的稳定性，更具体地，抵抗水平载荷和倾翻力矩的稳定性。如果必要，可提供诸如轴或空间结构(支架)的支撑结构300，该支撑结构300将基座结构100连接到过渡件或连接到上部结构400。

在实施例中，如例如图3中所示，重力基座1包括基座结构100，该基座结构100优选地为铺设在支撑介质3上的圆形或多边形的形式，其中，基座结构100的底侧101——直接地或通过次级元件间接地——与支撑介质3接触，并且基座结构100的上侧102和/或基座结构100的底部蒙皮101的上表面与压载物接触。还可提供支撑结构300——该支撑结构300例如为圆柱形、截锥形或棱柱轴的形式，该支撑结构300例如在(支撑结构300的)底侧处连接基座结构100，在(支撑结构300的)其顶侧处连接到上部结构400。支撑结构300被配置成将包括施加在上部结构2上的力和力矩的作用转移至基座结构100，该基座结构100进而被配置成将包括力和力矩的作用转移至支撑介质3。上部结构400还可在没有任何支撑结构300的情况下直接连接到基座结构100。支撑结构300还可呈支撑框架的形式(见图8)或空间桁架(诸如用于海上设施的所谓的支架)的形式，其中，框架的下侧或支架的支腿由基座结构100支撑并且框架或支架的顶部支撑上部结构400。

在实施例中，压载物限定器200是例如竖直圆柱体或截锥体，并且可以在底端和/或顶端是开放的或封闭的。如图4、图5和图6中所示，压载物限定器200可例如被配置成竖直地立在支撑介质3上或者基座结构100上。在实施例中(例如，在圆柱形压载物限定器200和圆形或多边形基座结构100的情况下，当该圆柱体具有大于基座结构100的最大水平尺寸的直径时)，压载物限定器200可以被配置成完全立在支撑介质3上的基座结构100外部。这例如在图4中示出。然而，还可能的是，在实施例中，压载物限定器200被配置成完全布置在基座结构100上，如例如在图5和图6中所示。例如，如果压载物限定器200具有小于基座结构100的宽度的直径，那么这可能是这种情况。例如，压载物限定器200的底部边缘可以例如借助于基座结构100中的凹陷或密封剂或灌浆接头或任何其他适合的方法被密封至基座结构100，以便避免压载物250从压载物限定器200中被侵蚀。

在海上设施的情况下，当压载物限定器200的直径大于基座结构100的直径或最大宽度时，压载物限定器的底侧在实施例中可以被配置成穿刺土壤中和/或用作基座结构100的裙部211，如例如在图4中所示。裙部211可被配置成在压载物限定器200的自重下穿刺到海床中，并且可以被配置成提供抵抗冲刷的一些防护以及为重力基座1提供抵抗水平载荷的额外抗力。裙部211还可以被配置成限定基座结构100下方的土壤，并且因此增加基座结构下方的土壤的承载能力。

在实施例中，压载物限定器200还可以具有任何其他适合的形状，诸如圆柱体、截锥体、任何其他回转表面、棱柱体等。例如，如果压载物限定器被制成略微圆锥形，则这允许嵌套或堆叠几个压载物限定器，并且因此在制造之后和运输过程中实现更紧凑的存储。在圆柱形压载物限定器的情况下，圆柱体可具有略微不同的直径，以用于更紧凑的存储或运输和/或更容易地在上升位置中平行制造多于一个圆柱体的相同目的。

如例如在图8和图9中示出的实施例中，基座结构100可以包括底部蒙皮101，底部蒙皮101被加强或未被加强，具有或不具有多个隔室。在一些实施例中，底部蒙皮101和/或顶部蒙皮102可以被穿孔或具有小的或大的开口，(例如)仅充当肋板的凸缘，以便减小钢重量和/或减小由于循环荷载而在基座结构下方的土壤中可能形成的额外孔隙水压的排水路径。由于钢重量减轻、孔隙排水的相同原因，位于轴下方的底部蒙皮的中心圆形部分也可能保持打开，从而使土壤上的应力分布更均匀并且因此降低由于循环载荷下的土壤压紧引起的摇摆的风险和/或用于存储和运输过程中的基座结构进行更紧凑的订合的可能性，其中，下基座结构的轴柱可粘在上基座结构的开口内。基座结构100可包括钢、混凝土、钢-混凝土复合材料或任何其他合适的材料或者由钢、混凝土、钢-混凝土复合材料或任何其他合适的材料制成。在一些实施例中，基座结构可包括钢结构，该钢结构包括底部蒙皮101和顶部蒙皮102——以及可选地一个或更多个中间水平蒙皮——该钢结构具有(例如)呈在径向方向上以及在径向方向上的这些隔板之间的割线或切线方向上布置的桁架或加强板或波纹板的形式的若干径向隔板103和割线隔板104。隔板103、104可以被配备有开口131、132和/或防水门，这例如允许在使用寿命期间检查基座结构。

在一些实施例中，周界裙部或网状裙部可以安装在基座结构下方以便改进其滑动抗力、承载能力、冲刷抗力和/或允许更容易的基座灌浆。

底部蒙皮的加强件111可以(例如)被配置成放置在底部蒙皮101的下表面上。这些加强件111可以(例如)被配置成穿刺到土壤中以提供抵抗重力基座1的滑动的额外抗力。加强件可以(例如)被配置成在运输和安装过程中捕集空气并且增加重力基座1的浮力。在安装之后，可以期望通过预知的装置或工艺来释放捕集的空气。

在实施例中，基座结构可以是混凝土基座结构。例如，基座结构可以包括(例如)具有顶部蒙皮和底部蒙皮以及可选地在底部蒙皮和顶部蒙皮之间以径向、切向、割线或任何其他方向布置的多个竖直壁的混凝土板或中空混凝土板。

在实施例中，支撑结构300包括(例如)呈大直径钢管或混凝土圆柱体的形式的竖直的圆柱形中空轴，该竖直的圆柱形中空轴被配置成在其下端处由基座结构100支撑并具有被配置成支撑上部结构400的顶端。

在安装之后，如在图4、图5和图6中所示，支撑结构300的下部可以填充有压载物250，(例如)直到压载物水平251。这增大了重力基座1抵抗倾翻力矩的抗力。这还降低了轴的钢壳体的局部屈曲的风险，因为该壳体从压载物的内部和外部被限定，因此可以减小壳体的壁厚。

在实施例中，如例如在图11中所示，径向隔板103、割线隔板104、底部蒙皮101和顶部蒙皮102可以具有开口131、132、133、134。底部蒙皮101可具有若干孔135，这些孔135例如可用于减少由于回收载荷而在基座结构下方的土壤中可能形成的任何额外孔隙水压的排水路径。例如，在支撑结构300连接至径向肋板103的地方，可存在肋板136，以便提高重力基座的疲劳性能。

在实施例中，如例如在图12中所示，支撑结构300可以经由滑动接头301、螺栓接头、灌浆接头或任何其他类型的接头连接至基座结构。支撑结构300可以包括一个或更多个支撑件311，一个或更多个支撑件311被配置成在径向方向上围绕轴布置在(例如)基座结构100与轴之间(例如，在轴基部上方或在轴顶部部段处)。支撑件311可以(例如)为缆线、拉杆、钢管或任何其他结构元件。支撑件311可以(例如)围绕支撑结构300每隔30度、45度、60度、90度、120度或任何其他度数配置。基座结构100可提供用于电力电缆401通过的空间271(例如，J形管)。在压载物限定器200中的电力电缆401的入口处，四周具有密封剂的开口是预知的。

在实施例中，如例如在图12中所示，附加元件，例如凸缘321和/或固定锚(deadmananchor)331，可以附接到支撑结构300。这样做可以是出于(例如)增加支撑结构300与压载物250之间的耦接以将载荷从支撑结构300转移至压载物250或改变支撑结构300的动力学的目的。例如，凸缘321可以在压载物顶部部段(例如，在压载物251的顶侧附近)处添加至支撑结构。这可以加强支撑结构300并且减少其移动。出于相同的目的，一个或更多个拉杆可以(例如)布置在支撑结构300与压载物限定器200之间。

在一些实施例中，支撑结构300可以焊接到基座结构100或可以经由接头(诸如滑动接头、螺栓连接件、灌浆连接件或任何其他类型的连接件)连接到基座结构100。

在实施例中，支撑结构可以呈(例如)立在单个基座结构上或者立在若干独立或连结的基座结构上的3支腿、4支腿、6支腿或任何其他数量的支腿支架的形式。

在实施例中，压载物250和压载物限定器200还可以由任何其他类型的压载物(诸如堆积在基座结构上的混凝土板或块或任何其他类型或形式的压载物)替代。

在实施例中，例如，在安装基座结构100、支撑结构300(当存在时)和压载物限定器200之后，压载物限定器200(例如)从其顶侧填充有压载物250。压载物250可以(例如)被配置成搁置在基座结构100上并且至少部分地填充压载物限定器200。压载物的重量被施加到基座结构。压载物限定器200的壳体抵抗压载物在径向方向上的水平压力，这导致压载物限定器的壳体中的周向拉伸应力。

在实施例中，压载物限定器可以由标准或高强度钢板、标准或预应力混凝土、塑料、尼龙、缆网、合成膜、芳族聚酰胺、或具有拉伸强度的任何其他材料制成。

在实施例中，压载物限定器由高强度钢板制成。钢通常用于海上构造；钢——并且尤其是高强度钢——的高拉伸强度对于经受拉伸力的结构是经济的。此外，在设施或重力基座的使用寿命结束时，钢是可再回收的。压载物限定器较少经受疲劳。

在一些实施例中，压载物限定器可以具有两个壳体，在这两个壳体之间具有波纹板，以便在提升、运输和安装过程中增加其刚度和稳定性。

在一些实施例中，压载物限定器可以在其下边沿处具有密封剂，例如，以便填充压载物限定器与海床/砾石床中的不规则部之间的任何间隙，例如，以避免或减少来自压载物限定器的任何压载物侵蚀。压载物限定器也可以作为用于浇注混凝土的模架，以到达基座结构下方的平坦表面或增加基座结构的承载能力。这种混凝土垫料还可以用于避免在循环载荷作用下基座结构出现间隙的情况下，该基座结构下方的任何土壤侵蚀。

压载物限定器可以被锤打到海床中以便增加其穿刺性并且因此改进为基座结构提供的冲刷保护。

在实施例中，用于发电机的电力电缆可以经由压载物限定器中的开口进入压载物限定器内部。该开口四周将配备有密封剂以避免来自压载物限定器的压载物的任何侵蚀。在实施例中，可以预知J形管在压载物限定器和支撑结构的内部，J形管伸出压载物限定器。电力电缆还可以被布线，以在压载物限定器的侧部上向上走，然后在压载物上方经过并且进入支撑结构。

在实施例中，压载物可以是来自该地点的当地材料，例如从地面或海床挖掘的用于形成地基坑的土壤。在实施例中，压载物可以从其他地方运输。压载物可以(例如)包括诸如沙子、矿石、泥土、砾石、混凝土、拆除的混凝土、水、卵石等中的一种或其组合的材料。在实施例中，压载物可包括(例如)用于陆上重力基座的储水器。储水器也可以起到其他功能，诸如储水器或鱼类养殖池。

在海上设施的情况下，例如呈砾石的形式的压载物可以用作海洋生物的保护所。

在固体压载物的情况下，在实施例中，围绕支撑结构300的压载物250可以被配置成侧向地支撑该支撑结构并且可以被配置成减小该支撑结构的下部限定部件中的弯曲力矩。换言之，支撑结构300的下部部件嵌入压载物250中并且部分地将载荷转移至压载物。

在海上设施的情况下，防护层或环——例如，钢板、混凝土垫、或任何其他合适的形状或材料——可以在实施例中被配置成放置在压载物限定器200周围的海床3上。这可以避免冲刷或减少对冲刷保护的需要。在实施例中，环可以被配置成放置在(例如)围绕支撑结构的轴的压载物限定器200内的压载物250上。这可以避免波浪和水流对压载物材料的任何侵蚀。这些环可以包括若干段，以用于更容易的制造、运输和安装。

虽然本文所述的重力基座已经是以海上设施为重点开发的，但该重力基座可以用于任何海上或陆上构造，在任何海上或陆上构造中，发现该想法和概念适于稳定该地基和结构；例如，该重力基座可用于海上设施、海上风力涡轮机、陆上风力涡轮机、用于石油和天然气工业的海上平台、气象站、单桩、桅杆、用于电信和电力传输的网格塔、灯杆、烟道和任何其他设施。如果期望的话，可独立地使用重力基座的任何部件，例如压载物限定器可用于锚固漂浮式海上风力涡轮机的系泊系统。

在实施例中，基座结构在平面视图中具有十二边形(十二个侧边的多边形)形状，参见图7。在割线方向上的隔板104可以(例如)是直的。顶部蒙皮102可以(例如)是平面的。这使得具有十二边形平面的基座结构的制造比(例如)具有圆形形状的基座结构更容易，其中，顶部蒙皮将不是平面的而是具有曲率，并且在径向方向上的隔板之间延伸的隔板可以是弯曲的。例如，基座结构100可以被分成各自具有30度的十二个扇形部181，这些扇形部181全部围绕中心柱形部件191布置，中心柱形件191包括支撑结构的轴的下部部件或整个长度，或者作为孔留空，以用于滑动接头、灌浆接头或支撑结构300与基座结构100之间的任何其他接头。十二边形的每个扇形部181和支撑结构191的下部部件可以在工场中独立地制造，然后全部组装在一起，以在合适的地点制成基座结构100，该合适的地点适当接近安装地点。这允许重力基座部件在一个车间或多个车间中并行制造。由于扇形部的尺寸比整个重力基座小得多，所以扇形部可能不需要在直接接近安装地点的组装场处制造，而是它们可在(例如)经由内陆运河和水路适当接近组装场的车间中制造。如在图9中所示，基座结构的底部蒙皮101可以(例如)是像钢桥的正交各向异性甲板的加强板、波纹板、穿孔板或任何其他适合的形式。底部蒙皮的加强件111可以(例如)布置在径向方向上并且可以(例如)是板、球扁钢、槽、I-部段、H-部段、T-部段或L-部段的形式。每个扇形部181的顶部蒙皮102还可以(例如)是加强板，该加强板(例如)具有在径向方向上布置的一些加强件112。顶部蒙皮102可以(例如)以倒置位置制造，以用于更有利的焊接位置。如在图9和图10中所示，支撑结构191的下部部件可以(例如)分开制造。部件的长度可以(例如)根据运输限定来选择。在实施例中，支撑结构的下部部件将是几米高。如在图10中所示，支撑结构的底端可以(例如)包括加强钢板，其中，存在(例如)与十二个扇形部的侧面上的隔板103对准的十二个径向隔板122。例如，在轴的下部部件内，在其底部蒙皮101的在径向隔板122之间延伸的顶部上，可具有十二个割线隔板123。例如，在基座结构内的轴的下部部件的中心线处，可具有工件121，十二个径向隔板122连接在该工件121上。如在图13中所示，工件121可以(例如)为棱柱的形式，该棱柱(例如)具有嵌齿轮形式的基座，该嵌齿轮(例如)具有十二个齿。工件121可以通过铸造、机加工或任何其他合适的工艺来制造。径向隔板122可以(例如)具有斜槽边缘加工，使得隔板可以用单侧全穿刺对接焊接(如果希望的话)在平坦位置中从一侧焊接到中心铸造工件121。要注意的是，虽然在这些图中已经图示了十二个作为示例，但是可应用任何其他合适的数量，例如，三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个或多于十二个。

在一些实施例中，支撑结构300是钢轴。该钢轴可以(例如)通过冷轧罐形式的钢板并且将这些罐焊接在一起以制成管来制造，像用于制造单桩的常见做法一样。

在实施例中，压载物限定器200可以通过螺旋焊接钢线圈来制造。这与用于制造大型油箱相似。该钢可以(例如)沿着压载物限定器的高度具有不同的等级和/或厚度。

在一些实施例中，压载物限定器200可以被制造成两工件。例如，具有宽度等于压载物限定器的高度并且长度等于压载物限定器的周长的一半的两个矩形板可以在车间中在平坦位置制造并且(例如)经由内陆运河运输到组装场。在组装场处，将两个板竖直设置成半个圆柱体的形状并且沿着它们的两个竖直边缘焊接在一起。这两个板可以由热轧钢线圈制造。因此，仅存在沿着钢线圈的长边缘在钢线圈之间的焊缝。这些焊缝没有受到严重载荷，并且主要起到将压载物限定器的罐彼此密封的作用。因此，这些焊缝可以是部分穿刺焊缝。例如，压载物限定器也可以以比两个更多数量的工件制造，例如，如果需要的话，以4个部件制造，以便利于运输、操作等。

在实施例中，例如，在海上设施的情况下，一种(例如)用于重力基座的组装的方法可包括下述步骤中的一个或更多个。重力基座可以(例如)在适于接近安装地点的装配场(例如合适的码头)处组装。参照图1至图13，例如，底部蒙皮扇形部(包括(例如)101、111、103、113、104中的一个或更多个)以及支撑结构的下部(包括(例如)105、121、122、123中的一个或更多个)组装在一起。顶部蒙皮扇形部(包括(例如)102、112)(例如)设置在隔板(包括(例如)103和/或104)上并且(例如)是焊接的。支撑结构300的上部部件可以(例如)被提升并且连接至下部部件105，该下部部件105可以(例如)已经是基座结构100的一部分。取决于可用的提升能力，支撑结构的下部部件和上部部件的长度可以(例如)被优化。例如，当由于提升能力限定而需要时，上部部件也可(例如)由多于一个的工件构成。临时或永久平台可以(例如)附接在支撑结构的每个部件的上端附近，例如，以允许更容易地接近，以用于将支撑结构的两个部件接合在一起。

基座结构100、支撑结构300以及压载物限定器200可以被分开运输或组装在一起以用于运输。

在海上设施的情况下，为了卸载，基座结构在实施例中可以被配置成当尚未被压载时漂浮(例如)在典型浅水深的港口设备中。例如，可以以能够实现此的方式设计基座结构。例如，基座结构可以在支撑结构的安装之前已经是漂浮的，这降低了所需的提升能力。

在海上设施的情况下，为了运输，重力基座在实施例中可以漂浮或在船上被运送至安装地点。浮力运输避免了昂贵的运输船，并且基座结构可以可选地(例如)使用(标准)拖船被拖曳到安装地点。然而，该重力基座比常规混凝土重力基座轻得多，使得如果选择(例如)在船上的提升的运输，比常规混凝土重力基座所需的更小的起重机或更少数量的自推进模块化输送器(SPMT)将是足够的。在实施例中，额外的气垫可用于使重力基座漂浮以用于运输和安装。还可以预知更高的侧壁全部围绕基座结构的周界，以便增加其浮力。

在海上设施的情况下，当支撑结构是钢轴时，该轴可以漂浮或提升地运输到安装地点。在漂浮式运输的情况下，该轴可以被分成若干气密隔室。

在海上设施的情况下，在实施例中，压载物限定器对于每个重力基座可以呈(例如)具有略微不同的直径的圆柱体或截圆锥体的形式。这可以被使用，以便优化运输船上的压载物限定器的存储；例如，在运输过程中，通过将圆柱形压载物限定器嵌套在彼此内部或将圆锥形压载物限定器堆叠在彼此的顶部上，并且使在船上占据的空间最小化。

在海上设施的情况下，重力基座1可以以若干方式安装在安装地点处。重力基座可被提升并在船上运送至安装地点或者可被漂浮地拖曳至安装地点。在安装地点处，重力基座可借助于(例如)起重船下沉或下降至海床。在每种情况下，重力基座100、200、300的部件可组装在一起，以便将它们作为一个单件进行处理，或者可分开处理，或者将一些部件组装在一起，而将一些部件分开。

在海上设施的情况下，基座结构100可以若干方式安装在海上地点处。基座结构可以(例如)被提升和下降至海床。为此目的，例如，起重船、自升式驳船、漂浮式起重机、定制U形驳船、双驳船或具有月球水池的浮船可以(例如)被采用。在漂浮式运输的情况下或如果选择了起重机辅助的安装方法，可以预知基座结构100中的一些气密隔室。气密隔室允许基座结构漂浮和/或减小安装过程中所需的提升能力。气密隔室可以(例如)被水压载以使基座下沉直到触地。在实施例中，基座结构可以包括若干隔室，其中，例如，下沉操作可以是(例如)在具有绳索的起重机或拖船控制支撑结构的正确位置和竖直对准的同时，在整个过程中被控制。

在实施例中，压载物限定器可以被提升和下降至海床。在实施例中，压载物限定器可以在港口处悬挂在基座结构上，并且(例如)使用远程控制的绞盘或拖缆与基座结构一起拖曳至安装地点，并且然后(例如)下降至海床。在压载物限定器具有比基座结构的宽度更小的直径的情况下，参见图5和图6，压载物限定器可以(例如)铺设在基座结构上并与基座结构一起下沉。在安装包括支撑结构(当存在时)和压载物限定器的基座结构之后，压载物限定器可以填充有压载物。最后，如果上部结构尚未在港口处安装在支撑结构上，上部结构(例如)被提升并安装在支撑结构上(例如)。

在实施例中，在海上设施的情况下，可以预知支撑和引导结构在水位处以在水平(径向)方向上支撑压载物限定器并且将其引导至其相对于重力基座的其余部分的正确位置。该支撑和引导结构为压载物限定器的壳体提供了抵抗接近水位的水平载荷(像波浪、风和水流)的侧向支撑。该支撑和引导结构可以是漂浮的或不漂浮的。其可通过连接至支撑结构而保持其位置，例如，其可为由围绕支撑结构的钢轴布置的两个或更多个圆形扇形部制成的环浮船的形式。其在中间具有圆形孔，该圆形孔的直径大于钢轴的直径。其外径小于压载物限定器的内径。例如，在围绕其周界的若干位置处(例如，在12个位置处)，存在(例如)3个水平的辊子，这些辊子在径向方向上为压载物限定器提供水平支撑并且在安装过程中将压载物限定器引导至其位置。

在实施例中，其中，压载物(例如堆积在基座结构上的混凝土板或块)在没有压载物限定器的情况下是稳定的，可以省略该压载物限定器。

在基座结构的水压载的情况下，该基座结构的流体动力学稳定性可以在实施例中(例如)根据充分研究的程序通过其隔室和压载的适当布置来控制。例如，基座结构100可以被分成两个主隔室，例如一个圆柱形内部隔室(例如，包括191和支撑结构的下部部件)以及例如一个外部隔室(例如，呈围绕该内部隔室的环形体的形状)。可选地，内部隔室和外部隔室以及轴可被分成更小的隔室，以用于在压载过程中更好地流体动力稳定性控制，以便在整个安装过程中确保正的稳心高度。

在基座结构的加强件被安装在该基座的底表面下方的情况下，如果该基座结构的自重和压载物的重量不足以迫使该基座的加强件穿刺到土壤中，则它可以(例如)选择使用底部蒙皮下方的抽吸负压力，以便达到目标穿刺。

为了在支撑结构的顶部处满足允许的旋转公差，海床可以(例如)调平到一定程度或安装砾石床。该床的平坦度的期望水平取决于基座结构的宽度和结构、支撑结构的高度(其为水深、土壤的抗性和变形公差的函数)。

在陆上设施的情况下，基座结构可以(例如)作为整体、以扇形部或以较小的工件运送到该地点并且在安装的最终位置处组装在一起。例如，可以在安装基座结构之前或之后安装压载物限定器。支撑结构或上部结构的下部部分可以(例如)高于压载物限定器的高度并且可以(例如)在用压载物填充压载物限定器之前安装。

在该设施的使用寿命结束时，重力基座可以(例如)通过首先移除压载物并且然后运输该基座结构和该压载物限定器以用于再回收来拆撤。压载物可以(例如)从压载物限定器的顶侧移除和/或通过在壳体的下部部件中形成开口或在压载物限定器的底部附近打开门而移除。在海上设施的情况下，基座结构可以(例如)被提升或漂浮以用于移除。如果当局允许并发现它更经济和环境友好，(例如)整个重力基座可留在适当位置以继续其作为海洋生态系统的人造礁的作用或(例如)仅移除支撑结构或支撑结构和压载物限定器，并且将深入水面下的其余部分留在适当位置。

通过参照图1至图13，针对安装在50米水深处的20兆瓦陆上风力涡轮机的重力基座，借助于实施例的非限定性示例来进一步说明本发明的可能特征。机舱位于海平面上方165米处，并且转子具有270米的直径。假定包括塔、转子机舱组件和叶片的上部结构的重量等于32MN(兆牛顿)。在极限状态(ULS)下由于风、波浪和水流作用而在海床水平处的最大倾翻力矩是2000MN.m(兆牛顿米)，并且在极限状态下的水平载荷总共等于20MN。这些是在其使用寿命期间作用在地基上的极限状态力的估计，然而实际载荷取决于风力涡轮机的现场条件。

基座结构100在平面图中具有十二边形形状，并且其圆周直径为40米。基座结构100在支撑结构300附近的高度为4米，且在基座的周界处为1米。基座结构100被分成各自具有30度的十二个扇形部。每个扇形部利用在其侧部上的在径向方向上的隔板103与相邻的扇形部间隔开。径向隔板103是(例如)具有(例如)一些竖直和/或水平加强件113的加强钢板。每个扇形部的底部蒙皮101和顶部蒙皮102在径向方向上具有若干加强件(111、112)。这些径向加强件(111、112)通过布置在割线方向上的隔板104而被支撑。

支撑结构200是具有12米直径和70米长度的中空钢轴，该中空钢轴从基座结构100的底部蒙皮101延伸至海平面4上方20米。该轴的壁厚沿着其高度变化。该轴的底侧用钢板封闭，该钢板用布置在径向方向上的加强件强化，这些加强件与扇形部的底部蒙皮的径向加强件111对准。在该轴的下部部件内存在具有4米高度的十二个径向隔板122。这些隔板122沿着基座结构100的外部扇形部的径向隔板103对准。径向隔板122焊接至位于轴的中心线处的具有500mm的外径和4米高度的铸造件121。在该轴的下部内具有高度为4米的一圈割线隔板123。割线隔壁123的圆周直径为7米。

压载物限定器200具有42米的直径以及22米的高度，压载物限定器200被沙子填充到压载物限定器200的上端的下方2米。

地基坑通过(例如)疏浚海床上的任何泥浆和松散层并根据需要放置砾石床来形成。在安装地基之后，如果存在任何风险或冲刷或侵蚀，则在压载物限定器周围以及在压载物的顶部上添加防护层。

就支撑结构的顶部处的最大可允许倾斜而言，地点和土壤条件、地基动力学、疲劳极限状态验证以及变形公差也可能需要调整上文针对重力基座和支撑结构给出的尺寸。

如所要求的，本文描述了本发明的详细实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅是本发明的示例，这些示例可以以各种方式来实施。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限定性的，而仅仅是权利要求的基础和作为教导本领域技术人员以实际上任何合适的详细结构的各种方式实践本发明的代表性基础。并非所描述的所有目的都需要用特定实施例来实现。

此外，在此使用的术语和表达不旨在限定本发明，而是提供本发明的可理解的描述。除非另外指明，本文使用的词语“一种(a)”、“一种(an)”、或“一个(one)”是指一个或多于一个。术语“多个(a multiple of)”、“多个(a plurality)”或“若干个(several)”是指两个或多于两个。词语“包括(comprise)”、“包括(includes)”、“包含(contain)”以及“具有(have)”具有开放式含义并且不排除存在另外的元素。权利要求中的附图标记不应被解释为限定本发明。

仅仅在不同的从属权利要求中描述了某些技术特征的事实仍然允许可以有利地使用这些技术措施的组合的可能性。

本发明还可以由以下款项中的一项或更多项概述：

1.一种用于支撑上部结构(2)的重力基座(1)。

2.根据款项1所述的重力基座，包括基座结构(100)，所述基座结构(100)例如是平面结构。

3.根据款项1所述的重力基座，其中，所述基座结构被配置成布置在支撑介质(3)上和/或被配置成

·例如直接地连接到所述上部结构(2)，或

·连接到支撑结构(300)，所述支撑结构(300)被配置成布置在所述上部结构与所述基座结构之间，并且其中，所述支撑结构可以例如被配置成连接至所述上部结构。

4.根据前述款项中任一项所述的重力基座，包括压载物限定器(200)，其中，可选地，所述压载物限定器被配置成：

·例如，至少部分地或完全地布置在所述基座结构(100)上，或

·至少部分地布置在支撑介质(3)上，并且可选地，还部分地布置在所述基座结构上。

5.根据前述款项中任一项所述的重力基座，其中，所述压载物限定器被配置成填充有压载物材料(250)，其中，可选地，所述压载物限定器(200)被配置成将所述压载物(250)限定在所述基座结构(100)上。

6.根据前述款项中任一项所述的重力基座，其中，所述基座结构和所述压载物限定器在结构上是独立的，其中，可选地，在结构上独立的要求：

·所述上部结构(400)或所述支撑结构(300)主要由除了所述压载物限定器之外的部件支撑，和/或

·所述压载物限定器(200)本身是稳定的，其中，例如在所述压载物限定器(200)与所述上部结构(400)之间和/或在所述压载物限定器(200)与所述支撑结构(300)之间和/或在所述压载物限定器(200)与所述基座结构(100)之间不存在支撑连接件。

7.根据前述款项中任一项所述的重力基座，其中，所述支撑介质(3)可为地面、海床、混凝土板、回填料或例如可被配置成支撑所述重力基座(1)和所述上部结构(2)的任何其他材料或结构。

8.根据前述款项中任一项所述的重力基座(1)，其中，在平面图中，所述基座结构(100)优选地呈被配置成布置在所述支撑介质(3)上的十二边形、圆形、圆盘或多边形的形式，其中，可选地，所述基座结构的底侧经由次级元件直接地或间接地被配置成与所述支撑介质(3)接触，并且可选地，所述基座结构的上侧被配置成与所述压载物(250)接触。

9.根据前述款项中的任一项所述的重力基座(1)，其中，所述基座结构(100)可包括：被加强或不被加强的底部蒙皮(101)，具有或不具有被加强或不被加强的顶部蒙皮(102)；以及可选的，一个或更多个竖直隔板(103、104)，所述一个或更多个竖直隔板(103、104)例如呈在所述径向方向上布置的的桁架、加强板或波纹板或壁的形式和/或在割线和/或切线方向上布置的在所述径向方向上这些隔板之间的桁架、加强板或波纹板或壁的形式；

其中，可选地，这些隔板被配置成，当存在支撑结构(300)时，从所述支撑结构(300)转移载荷至底部蒙皮(101)和/或顶部蒙皮(102)，和/或例如如果所述支撑结构(300)不存在时，(直接地)从所述上部结构(400)转移载荷至底部蒙皮(101)和/或顶部蒙皮(102)；

其中，可选地，所述隔板(103、104)被配置成强化所述底部蒙皮(101)和/或所述顶部蒙皮(102)，并且可选地，将所述底部蒙皮(101)连接至所述顶部蒙皮(102)；

其中，可选地，隔板可以将或可以不将所述基座结构(100)分成多个隔室；

其中，可选地，所述基座结构可以由钢、混凝土、钢-混凝土复合材料、或任何其他适合的材料制成。

10.根据前述款型中任一项所述的重力基座(1)，其中，所述基座结构(100)的所述底部蒙皮(101)的所述加强件(111)可以定位在所述底部蒙皮的所述下表面上；其中，可选地，这些加强件(111)被配置成穿刺到土壤中，例如，以提供抵抗所述基座滑动的额外抗力，和/或在运输和安装过程中提供额外浮力。

11.根据前述款项中任一项所述的重力基座(1)，其中，所述压载物限定器(200)

·可以是例如具有圆柱形、圆锥形或任何合适形状(诸如任何回转表面)的壳体，和/或

·可以可选地在底端和/或顶端上打开或关闭，和/或

·可选地被配置成竖直地布置在所述基座结构(100)上或者直接布置在所述支撑介质(3)上，和/或

·可选地被配置成填充有压载物材料(250)，和/或

·可以可选地单独地用于锚固，例如，以用于锚固漂浮海上设施的系泊系统，和/或

·可以可选地具有

i.直径大于基座结构(100)的最大水平尺寸，例如，使得所述压载物限定器(200)被配置成延伸出所述基座结构并且被配置成至少部分地布置在所述支撑介质(3)上，或者

ii.直径小于所述基座结构(100)的宽度，例如，使得所述压载物限定器(200)被配置成布置在所述基座结构(100)上；

·可以可选地由普通或高强度钢、强化或预应力混凝土、塑料、尼龙、合成膜、芳族聚酰胺或任何其他合适的材料制成；

·可选地例如在安装所述基座结构(100)、所述支撑结构(300)(当存在时)以及所述压载物限定器(200)之后，被配置成填充有压载物(250)，所述压载物(250)被配置成搁置在所述基座结构(100)上并且填充所述压载物限定器(200)；其中，可选地，所述压载物(250)可以是沙子、矿石、泥土、砾石、混凝土、拆除的混凝土、水或任何其他合适的材料中的一种或其组合。

12.根据前述款项中任一项所述的重力基座(1)，其中，在液体压载物的情况下，所述压载物限定器(200)在所述底侧中可以是密封的，或者所述压载物限定器的底端密封到所述基座结构(100)，例如，以提供水密容器；其中，可选地，在不需要任何限定的稳定压载物的情况下，可以省略所述压载物限定器(200)。

13.根据前述款项中任一项所述的重力基座，其中，例如，在海上设施的情况下，所述压载物限定器(200)的直径大于所述基座结构(100)的直径或最大宽度，其中，可选地，所述压载物限定器的所述底侧可被配置成穿刺到所述土壤中和/或充当用于或不用于所述基座结构(100)的裙部(211)；其中，所述裙部(211)提供对冲刷的保护和为所述基座结构(100)提供对水平载荷的额外抗力；

其中，可选地，所述裙部(211)可被配置成将土壤限定在所述基座结构(100)下方，并且，例如，因此增加所述土壤的承载能力。

14.根据前述款项中任一项所述的重力基座(1)，其中，例如，在海上设施的情况下，例如，为了避免或减少冲刷：

·呈环的形式或任何其他合适形式的由钢、混凝土或任何其他合适材料制成的重物可以放置在围绕支撑结构(300)的所述压载物限定器内的所述压载物(250)上，以便保护所述压载物(250)，

和/或

·呈环的形式或任何其他合适形式的由钢、混凝土或任何其他合适材料制成的重物可以围绕海床(3)上的所述压载物限定器(200)放置。

15.根据前述款项中任一项所述的重力基座(1)，其中

·所述支撑结构(300)(当存在时)在其底侧处连接所述基座结构(100)，在其顶侧处连接至所述上部结构(400)或过渡件，并且，可选地，是呈圆柱体或棱柱体形式的空心轴或有支撑的空心轴(诸如钢管或空心或实心混凝土圆柱体)或立在单个基座结构(100)上或者立在若干个独立或连结的基座结构上的空间结构(3支腿、4支腿、6支腿或任何其他数量的腿的支架)中的一个，并且可选地被配置成将施加在所述上部结构(2)上和/或所述支撑结构(300)上的作用和/或力转移至所述基座结构(100)，所述基座结构(100)进而被配置成将作用和/或力转移至所述支撑介质(3)；

其中，所述支撑结构可以可选地被配置成部分地或完全地填充有压载物(250)；

其中，可选地，所述支撑结构(300)可具有一个或更多个支撑件(311)，所述一个或更多个支撑件(311)例如在所述支撑结构(300)的基座上方或顶部部段附近在所述基座结构(100)与所述支撑结构(300)之间在径向方向上围绕所述支撑结构(300)布置；其中，所述支撑件(311)可以例如呈围绕所述轴的每隔例如30、45、60、90、120度或任何其他度数布置的缆线、拉杆、钢管或任何其他结构元件的形式；

其中，可选地，所述支撑结构(300)可以具有一个或更多个附件(321、331)，所述一个或更多个附件(321、331)例如被配置成增加所述支撑结构(300)与所述压载物(250)和/或与所述压载物限定器(200)的耦接、例如被配置成将这些载荷的一部分从所述支撑结构(300)转移至所述压载物(250)和/或转移至所述压载物限定器(200)和/或修改所述支撑结构的动力学和/或包括将所述支撑结构(300)连接至所述压载物限定器(200)的一些系杆或任何其他类型的元件。

16.根据前述款项中任一项所述的重力基座，重力基座被配置成用于支撑用于海上或陆上构造的上部结构或设施；例如：用于海上风力涡轮机、陆上风力涡轮机、用于石油和天然气工业的海上平台、气象站、单桩、桅杆、用于电信和电力传输的网格塔、灯杆、烟道、需要快速且容易的安装和拆撤的临时结构等。

17.一种包括根据前述款项中任一项所述的至少一个重力基座的风力发电场。

18.一种重力基座(1)的部署方法，其中，可选地，所述重力基座为根据前述款项中任一项所述的重力基座，其中，可选地，所述重力基座用于海上设施。

19.根据前述款项所述的部署方法，包括以下步骤中的一个或更多个：

·使具有或不具有所述支撑结构(300)、具有或不具有所述压载物限定器(200)的所述基座结构(100)漂浮，以用于运输；

·使在所述安装地点处的所述基座结构(100)下沉，直到与海床接触。

20.一种重力基座(1)的拆撤方法，其中，可选地，所述重力基座是根据前述款项中任一项所述的重力基座，其中，可选地，所述重力基座用于海上设施。

21.根据前述款项所述的拆撤方法，包括以下步骤中的一个或更多个：

·移除压载物(250)；

其中，所述压载物(250)可以例如从所述压载物限定器(200)的顶侧移除，或者通过在所述壳体的下部中形成开口或者打开靠近所述压载物限定器(200)的下端的门而移除；

·运输所述基座结构(100)和所述压载物限定器(200)，例如以用于回收；

其中，所述基座结构(100)可以(例如)被提升或漂浮以用于移除。

22.一种海上运输方法，其中，所述圆柱形部件和所述截圆锥形部件诸如例如根据前述款项中任一项所述的压载物限定器(200)被制成为具有略微不同的直径，以便允许将这些部件嵌套在彼此内部，以用于在存储和运输期间最小化部件的占用空间。

Claims (17)

1.一种用于支撑上部结构(2)的重力基座(1)，所述上部结构(2)诸如为海上风力涡轮机，所述重力基座(1)包括压载物限定器(200)，其中

·所述压载物限定器被配置成填充有压载物材料(250)，其中，所述压载物限定器(200)被配置成将所述压载物材料(250)限定在基座结构(100)上，其中，所述基座结构

·被配置成布置在支撑介质(3)上并且被配置成连接到

·所述上部结构(2)或

·支撑结构(300)，所述支撑结构(300)被配置成布置在所述上部结构与所述基座结构之间，以及

其中，所述支撑结构被配置成连接至所述上部结构，

其中，所述压载物限定器被配置成在结构上独立于所述基座结构。

2.根据权利要求1所述的重力基座，进一步包括所述基座结构，其中，所述基座结构和所述压载物限定器在结构上是独立的。

3.根据权利要求1或2所述的重力基座，其中，在结构上独立需要所述压载物限定器(200)自身稳定，其中，在所述压载物限定器(200)与所述上部结构(400)之间和/或在所述压载物限定器(200)与所述支撑结构(300)之间和/或在所述压载物限定器(200)与所述基座结构(100)之间不存在支撑连接件。

4.根据前述权利要求中任一项所述的重力基座，其中，在结构上独立需要所述上部结构(400)或所述支撑结构(300)主要由除了所述压载物限定器之外的部件支撑。

5.根据前述权利要求中任一项所述的重力基座，其中，所述压载物限定器(200)具有大于所述基座结构(100)的最大水平尺寸的直径，使得所述压载物限定器(200)被配置成至少部分地立在所述基座结构外部并且被配置成至少部分地布置在所述支撑介质(3)上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的重力基座，其中，所述压载物限定器(200)被配置成独立于所述基座结构和所述上部结构使用，以用于进一步的功能，例如，以锚固另外的结构，和/或为另外的结构提供稳定性，和/或提供平台，和/或用作人造礁。

7.一种用于支撑上部结构(2)的重力基座(1)，所述上部结构(2)诸如为海上风力涡轮机，所述重力基座(1)包括：

·基座结构(100)，其中，所述基座结构被配置成布置在支撑介质(3)上并且被配置成连接至

·所述上部结构(2)或

·支撑结构(300)，所述支撑结构(300)被配置成布置在所述上部结构与所述基座结构之间，以及其中，所述支撑结构被配置成连接至所述上部结构，

·压载物，所述压载物布置在所述基座结构上，其中，所述压载物是非受限的压载物，其中，所述基座结构和所述压载物是独立的。

8.根据权利要求7所述的重力基座，其中，所述压载物在没有压载物限定器的情况下是稳定的，其中，所述压载物限定器被省去。

9.根据前述权利要求中任一项所述的重力基座(1)，其中，所述基座结构(100)包括底部蒙皮(101)和一个或更多个隔板(103、104)；

其中，所述隔板被配置成，当存在所述支撑结构(300)时，从所述支撑结构(300)转移载荷至所述底部蒙皮(101)，和/或例如如果不存在所述支撑结构(300)，从所述上部结构(400)转移载荷至所述底部蒙皮(101)；

其中，所述隔板(103、104)被配置成强化所述底部蒙皮(101)；

其中，所述隔板能够将或能够不将所述基座结构(100)分成多个隔室。

10.根据权利要求9所述的重力基座(1)，其中，所述基座结构(100)的所述底部蒙皮(101)的加强件(111)能够定位在所述底部蒙皮的下表面上；其中，所述加强件(111)被配置成穿刺到土壤中，例如以提供额外的抵抗基座滑动的抗力，和/或在运输和安装期间提供额外的浮力，和/或提供用于在所述基座结构下方混凝土化的模架。

11.根据前述权利要求中任一项所述的重力基座(1)，其中，在液体压载物的情况下，所述压载物限定器(200)在底侧上是密封的，或者所述压载物限定器的底端密封至所述基座结构(100)，例如以提供水密容器。

12.根据前述权利要求中任一项所述的重力基座，其中，例如，在海上设施的情况下，所述压载物限定器(200)的直径大于所述基座结构(100)的直径或最大宽度，

其中，所述压载物限定器的底侧被配置成穿刺到土壤中和/或充当基座结构(100)的裙部(211)；其中，所述裙部(211)被配置成提供抵抗冲刷的防护和为所述基座结构(100)提供抵抗水平载荷的额外抗力；

其中，所述裙部(211)被配置成将所述土壤限定在所述基座结构(100)下方并且例如因此增加所述土壤的承载能力。

13.根据前述权利要求中任一项所述的重力基座(1)，其中，例如，在海上设施的情况下，例如为了避免或减少侵蚀或冲刷：

·由钢、混凝土或任何其他合适的材料制成的环形式或任何其他合适形式的防护层或者重物围绕所述支撑结构(300)放置在所述压载物限定器内的所述压载物(250)上，以便保护所述压载物(250)，和/或

·由钢、混凝土或任何其他合适的材料制成的环形式或任何其他合适的形式的防护层或重物围绕所述压载物限定器(200)放置在海床(3)上。

14.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的至少一个重力基座的风力发电场。

15.一种重力基座(1)的部署方法，其中，所述重力基座是根据前述权利要求中任一项所述的重力基座，其中，所述方法包括将所述重力基座布置在所述支撑介质上的步骤。

16.一种重力基座(1)的拆撤方法，其中，所述重力基座是根据前述权利要求中任一项所述的重力基座，所述方法包括以下步骤中的一项或更多项：

·移除压载物(250)；

其中，所述压载物(250)从所述压载物限定器(200)的顶侧移除和/或通过在所述压载物限定器(200)的下部中形成开口或打开所述压载物限定器(200)的下端附近的门来移除；

·运输基座结构(100)和压载物限定器(200)，例如以用于回收；

其中，提升所述基座结构(100)或使所述基座结构(100)漂浮以用于移除。

17.一种运输方法，其中，作为根据前述权利要求中任一项所述的压载物限定器(200)的圆柱形部件被制成为具有略微不同的直径或者被制成为类似截头锥形，以便允许将这些部件嵌套在彼此内部，以便在存储和运输期间最小化所述部件的占用空间和/或便于所述部件的制造。