CN118110203A - 一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，在单桩基础的桩腿外侧设置环抱式墩台结构，墩台包裹于桩腿外侧，通过墩台的阻隔防止海水及泥沙等物质对桩腿的冲刷；通过螺旋桩使得墩台与泥面实现固定，当单桩基础的桩腿在泥面处出现较大侧移时，环抱式墩台结构能起到阻挡的作用，增加了单桩基础的水平承载力，降低了单桩基础的变形；另外输砂管能对墩台周围的冲刷坑进行及时补充。本发明结构简单，施工难度小，具有对单桩基础防冲刷和加强水平刚度的双重效果，实用性强。

Description

一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种单桩基础的墩台结构。

背景技术

海上风电场平台使用量最多的基础型式为单桩基础，单桩基础具有造价便宜、施工方便的优点，因此得到广泛应用，单桩基础在设计阶段就已经考虑了海水及泥沙等物质的冲刷对于桩腿的影响，然而尽管如此，单桩基础在实际运行的时候，桩腿位置的冲刷程度往往超出了设计时考虑的裕量。

在波浪方向稳定、流速流向稳定的海域如潮汐流海域，水体的快速流动裹挟着桩腿附近的泥沙，在频繁的涡泄作用下，桩腿的上层泥面被迅速掏空，最终将使相当长一部分桩腿露出泥面，这种冲刷现象严重影响了桩腿的稳定性，改变了土壤刚度使得平台固有周期发生缓慢改变，加剧结构疲劳损伤，对海上风电场平台的长期安全生产产生不利影响。目前使用最多的防冲刷方法是抛石、砂被以及固化土，但是抛石在下抛过程中受海流影响无法形成理想的防护，且易被海底强流带走；砂被在长时间使用后易破损；固化土对海底污染较大，且无法有效适应海床变化，造价偏高，固化周期长，对海上风电场平台的单桩基础的桩腿的实际防护效果并不理想。

发明内容

为解决背景技术中所述的海上风电场平台单桩基础的桩腿位置冲刷严重并且现有防护方法效果不佳的问题，本发明提供一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构。

本发明的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，包括墩台、多根螺旋桩以及多根输砂管；所述墩台设置于单桩基础的桩腿外侧，墩台的底部与泥面接触，墩台的顶部位于海平面之下，墩台为内部空腔的环形混凝土台，所述空腔内填充有岩石或矿石；所述螺旋桩呈圈状设置，螺旋桩的上部插入墩台中，螺旋桩的下部插入泥面；所述输砂管的一端固定于墩台平面上，另一端与储存有砂砾的砂砾存储室相连通。

进一步地，所述墩台的顶板和底板设置有用于插入螺旋桩的圆形孔。

更进一步地，所述墩台的顶板为斜面，所述斜面的坡度为1:(2.5-3.5)。通过墩台顶面的坡度，能减缓海底紊流对单桩基础桩腿影响。顶板设置为斜面，使得泥沙冲到墩台上面能滑落下来，不会积累

更进一步地，所述墩台的内部空腔被分割成内舱室和外舱室，所述内舱室内填充块石，所述外舱室填充砾石。

更进一步地，所述墩台的内舱室和外舱室通过内圈隔板和外圈隔板两层隔板隔开；所述内圈隔板和外圈隔板之间的间隙通过灌浆填充。两层隔板形成的空腔需要密封防水，将因此将墩台的内部空腔隔断成两个舱室，内圈隔板和外圈隔板要进行灌浆填充，防止舱室内进水。

更进一步地，所述螺旋桩包括内圈螺旋桩和外圈螺旋桩；所述内圈螺旋桩设置于内圈隔板和外圈隔板两层隔板之间；所述外圈螺旋桩设置于墩台靠近外周边缘位置。

更进一步地，所述墩台与单桩基础的外侧之间设置有缓冲垫块。由于单桩基础在运行过程中会左右摆动，缓冲垫块的设置，可以防止单桩基础的桩腿与混凝土墩台发生直接碰撞，减小桩腿的磨损。

更进一步地，所述缓冲垫块的材料为橡胶或聚乙烯发泡棉。

更进一步地，所述单桩基础桩腿内部在海平面以上设置储存有砂砾的砂砾储存室。

更进一步地，所述输砂管的一端靠近端部的位置通过锚索固定于墩台平面上，输砂管的一端端部设置有喇叭状管口。

本发明与现有技术相比，在单桩基础的桩腿外侧设置环抱式墩台结构，墩台包裹于桩腿外侧，通过墩台的阻隔防止海水及泥沙等物质对桩腿的冲刷；通过螺旋桩使得墩台与泥面实现固定，当单桩基础的桩腿在泥面处出现较大侧移时，环抱式墩台结构能起到阻挡的作用，增加了单桩基础的水平承载力，降低了单桩基础的变形；另外输砂管能对墩台周围的冲刷坑进行及时补充。本发明结构简单，施工难度小，具有对单桩基础防冲刷和加强水平刚度的双重效果，实用性强。

附图说明

图1为本发明环抱式墩台结构的立体示意图。

图2为本发明环抱式墩台结构的剖面图。

图3为本发明环抱式墩台结构的螺旋桩与输砂管布置图。

附图标记说明：1-单桩基础；2-墩台；21-内圈隔板；22-外圈隔板；23-圆形孔；3-内圈螺旋桩；4-外圈螺旋桩；5-内舱室；51-外舱室；6-缓冲垫块；7-输砂管；71-喇叭状管口；8-砂砾储存室；9-砂砾；10-锚索。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，本发明环抱式墩台结构由墩台2、多根螺旋桩以及多根输砂管7组成。

如图1和图2所示，墩台2设置于单桩基础1的桩腿外侧，墩台2的底部与泥面接触，墩台2的顶部位于海平面之下。墩台2中部内壁直径大于桩腿直径500-1000mm，可使单桩基础1的桩腿插入墩台2中，桩腿与墩台2内壁之间放置一圈缓冲垫块6，使桩腿与墩台2不直接接触，缓冲垫块6材料为橡胶或聚乙烯发泡棉。具体地，墩台2为内部空腔的环形混凝土台，混凝土壁厚为400mm，；墩台2的顶板为斜面，斜面的坡度为1:(2.5-3.5)；墩台2的内部空腔通过内圈隔板21和外圈隔板22两层隔板分割成内舱室5和外舱室51，内舱室5内填充块石，外舱室51填充砾石。

如图2和图3所示，墩台2的顶板和底板均设置有两圈用于插入螺旋桩的圆形孔23。螺旋桩呈圈状设置，螺旋桩的上部插入墩台2的圆形孔23中，螺旋桩的下部插入泥面；具体地，螺旋桩由内圈螺旋桩3和外圈螺旋桩4组成；内圈螺旋桩3设置于内圈隔板21和外圈隔板22两层隔板之间；外圈螺旋桩4设置于墩台2靠近外周边缘位置。本实施例中，内圈隔板21和外圈隔板22之间净距离为1.72m，螺旋桩入泥面深度为10m，内圈螺旋桩3的数量为8-10根，外圈螺旋桩4的数量为10-14根；内圈螺旋桩3与外圈螺旋桩4的顶端均保持与墩台2顶板顶面保持齐平以降低海流影响，螺旋桩打入后，将内圈隔板21和外圈隔板22之间的空间用灌浆料完全填充，将圆形孔23与外圈螺旋桩4之间的空隙用灌浆料填充密实。

输砂管7的一端固定于墩台2平面上，另一端与储存有砂砾9的砂砾存储室8相连通。储存有砂砾9的砂砾储存室8设置于单桩基础1内部海平面以上的位子。输砂管7的一端靠近端部的位置通过锚索10固定于墩台2平面上，输砂管7的一端端部设置有喇叭状管口71。本实施例中输砂管7数量为12根，均匀布设在单桩基础1桩腿周围，运维期如发现墩台2外周某一区域出现局部冲刷情况时，打开该区域对应的输砂管7的阀门，使砂砾储存室8上的砂砾通过输砂管7送至冲刷位置，修复冲刷坑，解决局部范围冲刷问题。

结合图2所示，环抱式墩台结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、在陆上预制墩台2，在墩台内部空腔内填充岩石或矿石；本实施例中，墩台2在陆上建造时，先浇筑底板、侧面内壁、内圈隔板21和外圈隔板22，再将块石5放入内舱室5中，将砾石51放入外舱室51中，然后浇筑顶板实现密封；

步骤二、将海底泥面初步整平后，将墩台2放置在泥面上，输砂管7的一端固定在墩台2上一起下水，并在输砂管7上预留牵引绳；

步骤三、将内圈螺旋桩3与外圈螺旋桩4从墩台2中打入泥面下，使螺旋桩顶部与墩台2顶面基本齐平，螺旋桩施打到位后在孔道间隙灌入砂浆，使墩台2与螺旋桩固定在一起；

步骤四、将单桩基础的桩腿对准墩台2中心区域打入泥面中，将缓冲垫块6通过桩腿顶部套入桩腿外围，置于桩腿与墩台2之间。

本领域内的技术人员应明白，尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：包括墩台(2)、多根螺旋桩以及多根输砂管(7)；所述墩台(2)设置于单桩基础(1)的桩腿外侧，墩台(2)的底部与泥面接触，墩台(2)的顶部位于海平面之下，墩台(2)为内部空腔的环形混凝土台，所述空腔内填充有岩石或矿石；所述螺旋桩呈圈状设置，螺旋桩的上部插入墩台(2)中，螺旋桩的下部插入泥面；所述输砂管(7)的一端固定于墩台(2)平面上，另一端与储存有砂砾(9)的砂砾存储室(8)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：所述墩台(2)的顶板和底板设置有用于插入螺旋桩的圆形孔(23)。

3.根据权利要求2所述的一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：所述墩台(2)的顶板为斜面，所述斜面的坡度为1:(2.5-3.5)。

4.根据权利要求3所述的一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：所述墩台(2)的内部空腔被分割成内舱室(5)和外舱室(51)，所述内舱室(5)内填充块石，所述外舱室(51)填充砾石。

5.根据权利要求4所述的一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：所述墩台(2)的内舱室(5)和外舱室(51)通过内圈隔板(21)和外圈隔板(22)两层隔板隔开；所述内圈隔板(21)和外圈隔板(22)之间的间隙通过灌浆填充。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：所述螺旋桩包括内圈螺旋桩(3)和外圈螺旋桩(4)；所述内圈螺旋桩(3)设置于内圈隔板(21)和外圈隔板(22)两层隔板之间；所述外圈螺旋桩(4)设置于墩台(2)靠近外周边缘位置。

7.根据权利要求6所述的一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：所述墩台(2)与单桩基础(1)的外侧之间设置有缓冲垫块(6)。

8.根据权利要求7所述的一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：所述缓冲垫块(6)的材料为橡胶或聚乙烯发泡棉。

9.根据权利要求8所述的一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：所述单桩基础(1)桩腿内部在海平面以上设置储存有砂砾(9)的砂砾储存室(8)。

10.根据权利要求8所述的一种防冲刷的海上风电单桩基础的环抱式墩台结构，其特征在于：所述输砂管(7)的一端靠近端部的位置通过锚索(10)固定于墩台(2)平面上，输砂管(7)的一端端部设置有喇叭状管口(71)。