CN210343603U - 一种组合式环筒浮箱基础结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于海洋工程的基础结构技术领域，公开了一种组合式环筒浮箱基础结构，包括中心点连成圆形的多个钢筒基础，多个钢筒基础彼此焊接在一起，多个钢筒顶部共同连接有钢制浮箱，钢制浮箱中心开设有圆形通孔，钢制浮箱内部设置有一个正多边形肋板、多个径向肋板和多个连接件；钢制浮箱上部连接有过渡段塔架，过渡段塔架用于连接上部风电设备。本实用新型兼具导管架基础、重力式基础和吸力筒型基础的特点，承载力提高的同时，运输安装方式简便，可回收再利用，施工成本大大降低。

Description

一种组合式环筒浮箱基础结构

技术领域

本实用新型涉及一种海洋工程的基础结构技术领域，具体的说，是涉及一种多筒组合基础结构。

背景技术

目前在海上风电发电领域，风机基础的形式主要有重力式基础，导管架基础，筒型基础，桩基础，浮式基础等。

传统的重力式基础结构简单，整体造价相对较低，主要通过自重和内部填料来抵抗水平力和倾覆力矩以保持结构稳定，但重力式基础仅适用于水深较浅的海域，随着水深的增加，其经济性不仅不能体现，造价反而比其他类型基础要高。同时，重力式基础需要地基具有较高的承载力，因此在淤泥质海域无法进行施工安放。吸力式筒型基础形式简单，承载力强，运输安装简单，回收容易，筒裙抗滑移稳定性较高，适用于土质较软渗透系数较低的浅海地区。随着水深的增加，风浪流荷载变大，大弯矩荷载需要的筒型基础直径较大，运输和安装等过程需要大型设备，同时在土质分布极不均匀以及岩石分布的地区难以适用。而导管架结构可避免海上浇筑混凝土等繁琐程序，具有海上施工量小、安装速度快、造价低、环境承载力较强、能够适用于较大水深等特点。

实用新型内容

本实用新型着力于解决上述技术问题，结合导管架结构适应水深大，筒型基础安装方便、造价低廉、可回收利用，以及重力式基础成本低，承载力强的特点，提出了一种组合式环筒浮箱基础结构，同时具有浮式基础、重力式基础以及导管架基础的优点，承载力高、安装运输方便，适用范围广，成本大大降低。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下的技术方案予以实现：

一种组合式环筒浮箱基础结构，包括多个相同的钢筒，多个所述钢筒按照其中心点连线在水平面上构成圆形进行排布，多个所述钢筒彼此焊接在一起；多个所述钢筒顶部共同连接有钢制浮箱，所述钢制浮箱中心开设有圆形通孔，所述圆形通孔与多个所述钢筒的投影不相交；

所述钢制浮箱内部设置有一个正多边形肋板和多个径向肋板，将所述钢制浮箱内部空间分隔为多个区域；所述正多边形肋板位于所述钢制浮箱中间，由与所述钢筒的数量相同的多块肋板顺次围成；所述正多边形肋板的每相邻两条肋板交接处沿径向设置有径向肋板；所述正多边形肋板的每相邻两条肋板交接处和每条肋板的中间处均设置有连接件；

所述钢制浮箱上部连接有过渡段塔架，所述过渡段塔架用于连接上部风电设备；所述过渡段塔架包括多根相同的立柱，所述立柱的数量与所述钢筒的数量相同；多根所述立柱的底部分别位于相邻两个所述钢筒连接处的正上方，并与所述正多边形肋板每相邻两条肋板交接处设置的所述连接件相连；相邻两根所述立柱之间连接有支撑杆构成桁架式钢结构；所述立柱和所述正多边形肋板的每条肋板中间处设置的所述连接件之间连接有斜杆；每根所述立柱内部分别设置有气液管道、灌浆管道以及液面检测装置，所述气液管道由所述立柱分别延伸至多个所述钢筒内，所述灌浆管道由所述立柱延伸至所述钢制浮箱的各个区域内部。

进一步地，每个所述钢筒内部设置有用于监测气压变化的气压传感器。

进一步地，所述钢制浮箱的高度为所述钢制浮箱外径的十分之一到十五分之一。

进一步地，所述钢制浮箱的横截面为圆形，该圆形与多个所述钢筒的外接圆直径一致；所述钢制浮箱中心开设的圆形通孔为所述钢制浮箱的外径的十分之一到五分之一。

进一步地，所述连接件为钢制圆管，其高度为所述钢制浮箱高度的1.1-1.5倍，超出所述钢制浮箱高度的部分管径逐渐变小。

进一步地，多根所述立柱均由下至上以相同的角度向基础结构中心倾斜。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的组合式环筒浮箱基础结构，由多个钢筒、一个钢制浮箱以及过渡段塔架组合而成；上部过渡段塔架作为导管架结构、中间钢制浮箱结构作为压载舱室、下部钢筒结构作为吸力筒型基础，兼具导管架结构、重力式结构和吸力筒型基础结构的特点。

上部的过渡段塔架通过连接件与钢制浮箱连接，可以将过渡段塔架所受到的风、浪、流和风机塔筒等荷载均匀地传递给钢制浮箱，避免了应力集中，提高了过渡段塔架的承载能力和疲劳强度。

中间的钢制浮箱承受过渡段塔架传递的荷载，其中，多边形肋板通过连接件与过渡段塔架根部焊接到一起，多边形肋板又与径向肋板相互连接，使传递下来的荷载均匀的分散至整个钢制浮箱上，并传递给下部的多个钢筒；同时，过渡段塔架的立柱与多边形肋板的每个顶点均位于下部相邻两个钢筒的切点正上方，由于钢筒切点附近刚度较大，可以有效减少钢制浮箱底板的变形。基础结构在进行下沉时钢制浮箱作为实浮体，为结构提供了大小恒定的浮力，使基础结构在自重下沉过程中更加稳定，同时可以通过向基础结构内注/抽水使下沉速率始终保持在一个可控而稳定的范围内，避免了因结构下沉速率过大撞击海底使基础发生破坏。在沉放结束后，向钢制浮箱内部灌浆或灌水，可以进一步夯实基础，并使其成为整体结构的基座，提高了基础结构的自重，使其抵抗倾覆力矩的能力大大增加，因此本实用新型的组合式环筒浮箱基础结构具有重力式基础的特点。

下部的多个钢筒可由废弃钢管桩切割焊接而成，通过废物的回收利用降低了材料成本，也减小了制造加工过程中对环境的污染。在进行整体浮运的过程中，通过向多个钢筒内打气，可以实现结构的整体自浮拖航，同时结构发生倾斜晃动时多个钢筒内气压发生变化，形成回复力矩，可以在很大程度上保持结构的自浮稳性。在进行负压下沉的过程中，可以通过改变多个钢筒的抽水速率对结构进行调平，多个钢筒相互连接相互支撑，提高了钢筒的侧向刚度，防止下沉过程中筒裙发生屈曲现象。除此之外，多个钢筒相互连接有利于均匀地将钢制浮箱传递下来的荷载传递到土体中，因此本实用新型的组合式环筒浮箱基础结构具有筒型基础的特点。

附图说明

图1是本实用新型所提供的组合式环筒浮箱基础结构的立体结构示意图；

图2是本实用新型所提供的组合式环筒浮箱基础结构的俯视视角示意图；

图3是本实用新型所提供的组合式环筒浮箱基础结构的仰视视角示意图；

图4是本实用新型所提供的组合式环筒浮箱基础结构的结构分解示意图；

图5是本实用新型所提供的组合式环筒浮箱基础结构中钢制浮箱的结构示意图；

图6是本实用新型所提供的组合式环筒浮箱基础结构中过渡段的结构示意图；

图中：1、钢筒；2、钢制浮箱，21、顶板，22、底板，23、外侧板，24、内侧板，25、径向肋板，26、五边形肋板；3、过渡段塔架，31、立柱，32、支撑杆，33、斜杆。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图4所示，本实施例公开了一种组合式环筒浮箱基础结构，主要包括多个相同的钢筒1、一个钢制浮箱2、一个过渡段塔架3。钢筒1的数量一般可以是三至十个，本实施例以五个钢筒1为例，对组合式环筒浮箱基础结构进行详细说明。

五个钢筒1按照其中心点连线在水平面上构成圆形进行排布，相邻两个钢筒彼此焊接在一起，增加基础的整体刚度，减小沉放过程中的屈曲。钢筒1的数量应能够组成环形，一般为3-10个。钢筒1为上下敞口的钢制圆筒形结构，半径为3-15m，高度为8-15m。每个钢筒1内部设置有一个气压传感器，用于监测安装过程中钢筒1内部的气压变化。

五个钢筒1顶部共同与一个钢制浮箱2连接。钢制浮箱2的中心开设有圆形通孔，该圆形通孔与五个钢筒1的投影不相交，圆形通孔用于使五个钢筒1围成的中间区域与外界相通，以避免其在浮运拖航和负压下沉过程中产生干扰。钢制浮箱2的横截面为圆形，该圆形与五个钢筒1的外接圆直径一致。钢制浮箱2的高度通常为钢制浮箱2外径的十分之一到十五分之一。钢制浮箱2中心开设的圆形通孔通常为钢制浮箱2的外径的十分之一到五分之一。

在本实用新型的一种实施方式中，如图5所示，钢制浮箱2由顶板21、底板22、外侧板23、内侧板24、径向肋板25、五边形肋板26和连接件27组成。顶板21和底板22的直径与五个钢筒1的外接圆直径一致，顶板21和底板22的中心有直径相同的圆孔，该圆孔的直径为顶板21或底板22直径的十分之一到五分之一。顶板21、底板22、外侧板23、内侧板24围成中间有圆形通孔的圆柱体空腔结构，圆柱体空腔结构的内部设置有多个径向肋板25和一个五边形肋板26，将钢制浮箱2内部空间分割为多个区域。五边形肋板26设置在钢制浮箱2内部中间位置，由五块肋板顺次围成具有五边形横截面的框体结构，五块肋板可以通过连接件27相互连接。五个径向肋板25沿径向从内侧板24沿径向延伸至外侧板23，并经过五边形肋板26的五个顶点位置(即每相邻两条肋板交接处)。连接件27设置在五边形肋板26的五个顶点位置(即每相邻两条肋板交接处)，以及各个边的中点位置(即每条肋板的中间处)。连接件27为钢制圆管，其高度一般为钢制浮箱2高度的1.1-1.5倍，连接件27超出钢制浮箱2高度的部分管径逐渐变小，以便于与过渡段塔架3焊接。

钢制浮箱2上部连接有过渡段塔架3，过渡段塔架3用于连接上部风电设备。在本实用新型的一种实施方式中，如图6所示，过渡段塔架3由五根相同的立柱31、若干支撑杆32、若干根斜杆33构成，立柱31的数量应当与钢筒1的数量相同。五根立柱31的底部分别位于相邻两个钢筒1连接切点处的正上方，并且立柱31根部与连接件27(此处指五边形肋板26每相邻两条肋板交接处设置的连接件27)相连，五根立柱31均由下至上以相同的角度向基础结构中心倾斜。若干支撑杆32连接在每相邻两根立柱31之间，构成桁架式钢结构。每相邻两根立柱31之间设置有两根斜杆33，两根斜杆33上端连接在立柱31上，两根斜杆33下端交汇在一起并与连接件27(此处指五边形肋板26中每条肋板中间处设置的连接件27)相连。

每根立柱21内部分别设置有气液管道、灌浆管道以及液面检测装置。气液管道由每根立柱21分别延伸至每个钢筒1内，灌浆管道由每根立柱延伸至钢制浮箱2的各个区域内部。液面检测装置用于在拖航过程中通过观察立柱21内部液封后液体的液面高度变化，判断立柱21底部所对应钢筒1内的气压状态。

上述组合式环筒浮箱基础结构的施工方法，具体按照如下步骤进行：

(1)陆上预制五个钢筒1、钢制浮箱2、过渡段塔架3，并将五个钢筒1按照其中心点连线在水平面上构成圆形进行排布后彼此焊接在一起，之后将五个钢筒1与钢制浮箱2、过渡段塔架3进行焊接，完成组合式环筒浮箱基础结构的组装。

(2)将组合式环筒浮箱基础结构吊入水中，检查气密性，根据拖航要求利用过渡段塔架3的立柱31内部的气液管道从五个钢筒1中抽气或打气，调节钢筒1的吃水；最后过渡段塔架3的立柱31注水液封。

(3)将组合式环筒浮箱基础结构进行浮运拖航；在浮运拖航的过程中，通过内部注水液封后的立柱21及其内部的液面检测设备，观察各个立柱21内部液封后液体的变化情况，初步判断基础结构是否保持平衡状态，如有偏离平衡位置的倾斜即进行调平。

(4)将组合式环筒浮箱基础结构运到指定海域后，先利用基础自重进行自重下沉，此过程中通过向钢制浮箱2内注水或抽水来调节基础结构的下沉速率。再利用立柱21内部的气液管道从五个钢筒1中抽水对基础结构进行负压下沉，下沉到指定位置；负压下沉过程中通过在上倾的钢筒1增加抽水速率和/或在下倾的钢筒1充气或充水，进行调平操作。

(5)下沉结束继续抽水，直至对钢筒1内部的土体进行加固；

(6)加固处理完成后，利用过渡段塔架3的立柱21内部的灌浆管道，向钢制浮箱2内部进行灌水处理或灌浆处理；

(7)灌水处理或灌浆处理处理完成后，吊装上部风电设备，进行水上安装，施工完成。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种组合式环筒浮箱基础结构，包括多个相同的钢筒，其特征在于，多个所述钢筒按照其中心点连线在水平面上构成圆形进行排布，多个所述钢筒彼此焊接在一起；多个所述钢筒顶部共同连接有钢制浮箱，所述钢制浮箱中心开设有圆形通孔，所述圆形通孔与多个所述钢筒的投影不相交；

所述钢制浮箱内部设置有一个正多边形肋板和多个径向肋板，将所述钢制浮箱内部空间分隔为多个区域；所述正多边形肋板位于所述钢制浮箱中间，由与所述钢筒的数量相同的多块肋板顺次围成；所述正多边形肋板的每相邻两条肋板交接处沿径向设置有径向肋板；所述正多边形肋板的每相邻两条肋板交接处和每条肋板的中间处均设置有连接件；

所述钢制浮箱上部连接有过渡段塔架，所述过渡段塔架用于连接上部风电设备；所述过渡段塔架包括多根相同的立柱，所述立柱的数量与所述钢筒的数量相同；多根所述立柱的底部分别位于相邻两个所述钢筒连接处的正上方，并与所述正多边形肋板每相邻两条肋板交接处设置的所述连接件相连；相邻两根所述立柱之间连接有支撑杆构成桁架式钢结构；所述立柱和所述正多边形肋板的每条肋板中间处设置的所述连接件之间连接有斜杆；每根所述立柱内部分别设置有气液管道、灌浆管道以及液面检测装置，所述气液管道由所述立柱分别延伸至多个所述钢筒内，所述灌浆管道由所述立柱延伸至所述钢制浮箱的各个区域内部。

2.根据权利要求1所述的一种组合式环筒浮箱基础结构，其特征在于，每个所述钢筒内部设置有用于监测气压变化的气压传感器。

3.根据权利要求1所述的一种组合式环筒浮箱基础结构，其特征在于，所述钢制浮箱的高度为所述钢制浮箱外径的十分之一到十五分之一。

4.根据权利要求1所述的一种组合式环筒浮箱基础结构，其特征在于，所述钢制浮箱的横截面为圆形，该圆形与多个所述钢筒的外接圆直径一致；所述钢制浮箱中心开设的圆形通孔为所述钢制浮箱的外径的十分之一到五分之一。

5.根据权利要求1所述的一种组合式环筒浮箱基础结构，其特征在于，所述连接件为钢制圆管，其高度为所述钢制浮箱高度的1.1-1.5倍，超出所述钢制浮箱高度的部分管径逐渐变小。

6.根据权利要求1所述的一种组合式环筒浮箱基础结构，其特征在于，多根所述立柱均由下至上以相同的角度向基础结构中心倾斜。

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