CN213329092U - 一种海上风电超大直径单桩复合基础 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种海上风电超大直径单桩复合基础，包括超大直径钢管桩和承载构件，所述钢管桩直径为9‑12m、锚固长度与桩径之比为3‑6，所述承载构件由多块钢板焊接而成，焊接后的截面形状为三叉形，所述承载结构固定于钢管桩内壁，所述承载构件上端位于钢管桩与海床地基持力层交界面。本实用新型利用超大直径钢管桩内部土体并不随钢管倾斜发生较大旋转的特点，通过承载构件调动桩内土体抗力，提高单桩基础结构的水平承载力，解决40~60m水深海上风电场中超大直径单桩基础水平承载力不足的问题，同时承载构件位于钢管桩内部，可以充分利用现有运输和安装设备以及成熟的施工工艺。

Description

一种海上风电超大直径单桩复合基础

技术领域

本实用新型涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种海上风电新型超大直径单桩基础。

背景技术

海上风电是清洁能源的重要组成部分，具有风速高、风速稳定、单机容量大等特点。大直径单桩基础（桩径5-8m）是水深小于30m海上风电场最常用的基础型式，在全球已建海上风电场的基础型式中，占比超过80%。随着海上风电开发从近海走向深远海，未来海上风电场的水深将超过30m，对于水深超过60m的海域，单桩基础等固定式基础型式可能不具有经济性，但对于水深40-60m的海域，超大直径单桩（桩径9-12m）基础仍将是经济可行的基础型式。目前，国内外单桩基础制造商针对水深40-60m的海上风电场，正在研发直径10-12m的超大直径单桩基础，以满足发电机组对基础结构承载力的需求。

申请人最新研究表明，随着单桩基础直径的增加、长径比（桩锚固深度与桩径之比）的减小，水平荷载作用下桩身的受力变形模式以及桩与桩内土体的相互作用机制将逐渐发生改变。对于现有大直径单桩（桩径5-8m），长径比通常为6-10，桩身发生倾斜时，桩内土体随桩身移动，土体内部仅存在较小的土压力，而对于超大直径单桩（桩径9-12m），长径比可能降至3-6，桩身发生倾斜时，桩内土体将会产生主动土压力和被动土压力，充分利用桩体内部的土压力是提高基础结构水平承载力的重要措施。

在海上风电机组运行期间，单桩基础承受风、破浪、海流和海冰等产生的水平荷载，在水平循环荷载的作用下，桩基发生倾斜变形。近年来，研究学者针对大直径单桩基础，提出在单桩外壁焊接桩翼，提高单桩基础水平承载力，包括一种海上风电机组单桩基础（CN202265837U）、一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构（CN102041813A）、一种T型翼板海上风机钢管桩基础（CN208899515U）。然而，在桩的外壁上焊接桩翼对单桩基础的运输和安装带来巨大挑战，现有海上风电安装船并不具备安装上述技术方案中带翼板单桩基础的能力，因此带翼板单桩基础仍处于室内研究阶段，无法进行工程示范应用。

实用新型内容

基于此，申请人针对未来水深40-60m海上风电场超大直径单桩基础，提出一种海上风电新型超大直径单桩基础，通过设置于桩体内部的承载构件，该基础结构首先能充分利用桩体内部土体的抗力，提高水平承载力和减小桩身水平位移，最大限度降低桩身锚固深度和桩径，其次可以利用现有施工设备和施工工艺进行安装，提高工程可行性和节约成本。

为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：一种海上风电超大直径单桩复合基础，它包括：

超大直径的钢管桩，所述钢管桩直径为9-12m，所述钢管桩的锚固长度与桩径之比为3~6；

承载构件，所述承载构件由多块钢板拼装焊接而成，焊接后的截面形状为三叉形；

所述承载构件固定于钢管桩的内壁，所述承载构件上端位于钢管桩与海床地基持力层交界面。

所述承载构件焊接后的截面采用十字形结构。

所述承载构件中相邻的两块钢板之间设置有肋板。

所述承载构件的长度为0.5~1.5倍钢管桩的桩径。

所述承载构件中所用钢板的宽度为0.25-0.5倍桩径。

所述承载构件通过顶部的横梁固定于钢管桩的内壁。

高陡岩石边坡人工植被生态修复优点：

1、本实用新型充分利用超大直径单桩基础的大直径、小长径比的结构特点，通过承载构件调动桩体内部土体抗力，提高单桩基础水平承载力，解决未来水深40-60m海上风电场中超大直径单桩基础水平承载力不足的问题，或者通过减小桩体锚固深度，降低桩长和施工难度。

2、承载构件在单桩基础出厂前已经固定于钢管桩内壁，因此不会对单桩基础的运输和安装产生影响，有效解决现有其他技术方案中桩壁外侧的翼板会增加运输难度，且无法采用现有设备和工艺进行施工的难题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型一个实施例的海上风电新型超大直径单桩基础结构示意图。

图2是本实用新型一个实施例的海上风电新型超大直径单桩基础A-A剖面图。

图3是本实用新型另一个实施例的海上风电新型超大直径单桩基础结构示意图。

图4是本实用新型另一个实施例的海上风电新型超大直径单桩基础A-A剖面图。

图中：钢管桩1、承载构件2、肋板3、横梁4。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

参见图1-4，根据本实用新型实施例的海上风电新型超大直径单桩基础，包括超大直径的钢管桩1和承载构件2，所述钢管桩1的直径为9-12m，锚固长度与桩径之比为3-6，所述承载构件2由多块钢板焊接而成，焊接后的截面形状为三叉形，所述承载构件2固定于钢管桩1的内壁，所述承载构件2上端位于钢管桩与海床地基持力层交界面。

值得说明的是，本实用新型中钢管桩直径为9-12m，长径比3-6，这是由于只有当桩径足够大、长径比足够小时，在桩身发生倾斜变形条件下，桩体内部土体才会产生抗力，因此钢管桩1的直径不宜小于9m，同时考虑到现有单桩基础的制作工艺和沉桩设备水平，水深40-60m海上风电场中钢管桩的最大直径优选为12m，随着技术的进步，钢管桩直径同样可以大于12m。

此外，承载构件2优选为三叉形，这是申请人根据大量有限元仿真结果对比分析得出的最优结构形状，其中三叉形的承载构建提供的额外抗力比十字形高10%，比一字型高15%，一方面最大限度避免钢板分割桩内土体，导致土体连续性的破坏，无法提供土体抗力。

具体的，承载构件2焊接后的形状还可以为十字形，十字形承载构件适用于更大的桩径。

具体的，承载构件2中相邻的两块钢板之间还可以设置肋板3，以提高承载构件2的结构稳定性。

具体的，承载构件2的长度为0.5-1.5倍桩径。

具体的，承载构件2中所用钢板的宽度为0.25-0.5倍桩径。

值得说明的是，当钢板宽度为0.5倍桩径时，承载构件2的钢板外缘焊接于钢管桩1内壁，当钢板宽度小于0.5倍桩径时，承载构件2通过顶部钢质横梁4固定于钢管桩内壁。

Claims (6)

1.一种海上风电超大直径单桩复合基础，其特征在于，它包括：

超大直径的钢管桩（1），所述钢管桩（1）直径为9-12m，所述钢管桩（1）的锚固长度与桩径之比为3~6；

承载构件（2），所述承载构件（2）由多块钢板拼装焊接而成，焊接后的截面形状为三叉形；

所述承载构件（2）固定于钢管桩（1）的内壁，所述承载构件（2）上端位于钢管桩（1）与海床地基持力层交界面。

2.根据权利要求1所述一种海上风电超大直径单桩复合基础，其特征在于：所述承载构件（2）焊接后的截面采用十字形结构。

3.根据权利要求1或2所述一种海上风电超大直径单桩复合基础，其特征在于：所述承载构件（2）中相邻的两块钢板之间设置有肋板（3）。

4.根据权利要求1所述一种海上风电超大直径单桩复合基础，其特征在于：所述承载构件（2）的长度为0.5~1.5倍钢管桩（1）的桩径。

5.根据权利要求1所述一种海上风电超大直径单桩复合基础，其特征在于：所述承载构件（2）中所用钢板的宽度为0.25-0.5倍桩径。

6.根据权利要求1所述一种海上风电超大直径单桩复合基础，其特征在于：所述承载构件（2）通过顶部的横梁（4）固定于钢管桩（1）的内壁。

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