CN214116682U - 一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海上风电吸力筒‑单桩组合式基础，包括钢管桩，以及设置在钢管桩下部位置的吸力筒结构，所述的钢管桩的外表面还设有若干竖向肋板，所述竖向肋板采用多层圆环板连接紧固。与现有技术相比，本实用新型将吸力筒和单桩基础组合以提高单桩基础在深水海域的可靠性，该基础具有水平承载力高、施工方便、经济效益高等优点。

Description

一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础

技术领域

本实用新型属于海上风电基础技术领域，涉及一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础。

背景技术

风能作为一种可再生能源，具有煤炭等常规能源无可比拟的优势，发展高效清洁的可再生能源更是世界各国能源发展的战略目标。因此，风力发电在近些年来得到飞速发展，并逐渐有由内陆发展到海上的趋势。海上风电利用方面，国外开发较为成熟，其中德国风电装机容量较大，累计风电装机容量排名世界第一，而我国近年来对其高度重视，逐渐加快了海上风电开发的进程，已成为世界第五位风力发电国。

大直径单桩基础是海上风电基础的主流，施工方便且经济效益较好，但单桩基础一般适用水深小于25m的海域；而吸力筒基础是一种倒扣筒式结构形式，利用产生的负压下沉的原理使筒体安装在所在位置，甚至可在一定程度上加固地基，但一般适用水深小于20m的海域。随着近海风电资源的逐渐开发，深水海域风电开发是大势所趋，制约两种基础向深水海域应用的问题主要有：风电基础需具备较大的承载力和抗滑抗倾覆稳定性以应对深海复杂的环境；施工船舶在沉桩施工时受波浪、海风等影响，施工难度较大；基础材料用量较大，制约了经济效益。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了提供一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，以解决基本的单桩基础和吸力筒基础在深水海域可靠性和适用性较差、施工不便等问题。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一方面，本实用新型提出了一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，包括钢管桩，以及设置在钢管桩下部位置的吸力筒结构，所述的钢管桩的外表面还设有若干竖向肋板，所述竖向肋板采用多层圆环板连接紧固。

进一步的，所述的竖向肋板在钢管桩上等间距设有四块。

进一步的，所述的圆环板布置在钢管桩上部，且其从上到下等间距设有三层。

进一步的，钢管桩的外径为3-5m，壁厚为0.3-0.6m，长度为20-50m；

竖向肋板的长度为10-30m，宽度为1-4m，厚度为0.3-0.6m；

圆环板的厚度为0.2-0.5m，且圆环板的径向宽度小于竖向肋板的宽度。

进一步的，所述钢管桩的底端还连接设置有桩尖。桩尖可选用十字型、四棱锥型、六棱锥型、圆锥型、平底开口型等，且所述桩尖在沉桩前需与钢管桩端部焊接。

进一步的，所述钢管桩内壁还设有加劲肋，以提高其抗弯刚度。加劲肋的形状可以为十字形，也可以为一字形，具体根据实际需要而定。

进一步的，所述吸力筒结构包括布置在所述钢管桩上的下部开口的吸力筒体，所述吸力筒体的上表面还设置有通气管，在吸力筒体与钢管桩之间还布置有隔板，并由隔板将吸力筒体内部空腔分隔为沿钢管桩轴向分布的若干舱室，在隔板上还加工有连通孔，使得相邻两舱室之间相互连通，在沉桩时，与通气管接通的外部通气系统开启，通气管上设置的通气阀则打开，抽离空气和水以形成负压加速沉桩。

更进一步的，所述吸力筒体在通气管处还设置有滤网，以免抽气时将砂石抽出，堵塞通气管，通气管尺寸不宜过大，外径可选0.5-1m。

隔板应可靠焊接在所述吸力筒结构内，所述隔板下部与钢管桩下部可靠焊接，端部制成尖角以辅助沉桩，更进一步的，所述隔板呈直角梯形结构，且直角梯形结构的直角腰边与吸力筒体的上顶板连接，上底连接吸力筒体的侧壁，下底连接所述钢管桩。

更进一步优选的，直角梯形结构的上底的宽度与吸力筒体的侧壁的高度相等。

另一方面，本实用新型还提出了一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础的施工方法，包括以下步骤：

(1)在陆上预制所述带竖向肋板的钢管桩和所述带隔板的吸力筒体等构件，并将其组合成型；

(2)将所述吸力筒结构和单桩组合式基础海上运载至设计桩位；

(3)将所述组合式基础吊装下沉至设计桩位，稳桩后进行沉桩，直至所述吸力筒体接触地基土体；

(4)将所述吸力筒体上的通气阀打开，使得通气管与外部抽气系统连接，并向外抽气排水，在此过程中继续沉桩至设计桩位；

(5)在沉桩至设计标高后，检查所述吸力筒和单桩组合式基础承载力并对地基进行加固。

进一步的，将所述组合式基础吊装时应进行稳桩，避免桩身晃动，之后对准桩位、保证单桩垂直度，确定前期准备环节无误后进行沉桩过程。

进一步的，在沉桩至设计标高后，应检查基础承载力并在地基土上浇筑混凝土以进一步加强基础。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)该吸力筒和单桩组合式基础具有较高的承载力和抗倾覆能力，以适应深水海域的可靠性要求；

(2)该基础施工方便，吸力筒结构可辅助沉桩，能够有效提高海上风电单桩基础沉桩的施工效率，降低船机设备的使用，从而降低施工成本；

(3)组合式基础有效地结合了单桩基础和吸力筒基础的优点，使其承载力加倍提高，从而减小了钢管桩的尺寸和壁厚，提高经济效益。

附图说明

图1为本实用新型提供的组合式基础平面示意图；

图2为本实用新型提供的组合式基础立体结构示意图；

图3为本实用新型提供的组合式基础桩顶立体结构示意图；

图4为本实用新型提供的组合式基础桩底立体结构示意图；

图中标记说明：

1-钢管桩，2-吸力筒结构，3-通气管，4-加劲肋，5-竖向肋板，6-圆环板，7-隔板，8-连通孔，9-滤网，10-桩尖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

上文已经提及，基本的单桩基础虽然施工方便且经济效益较好，但适用的水深较浅，而吸力筒式基础虽利用产生的负压下沉的原理使筒体安装在所在位置，甚至可在一定程度上加固地基，但适用的水深较浅，将两者组合构成一种新型的组合式基础以克服深水海域可靠性不足的问题具有重要的工程意义。

针对上述问题，一方面，本实用新型提出了一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其结构参见图1至图4等所示，包括钢管桩1，以及设置在钢管桩1下部位置的吸力筒结构2，所述的钢管桩1的外表面还设有若干竖向肋板5，所述竖向肋板5采用多层圆环板6连接紧固。

在一种具体的实施方式中，请再参见图2等所示，所述的竖向肋板5在钢管桩1上等间距设有四块。

在一种具体的实施方式中，请再参见图2等所示，所述的圆环板6布置在钢管桩1上部，且其从上到下等间距设有三层。

在一种具体的实施方式中，钢管桩1的外径为3-5m，壁厚为0.3-0.6m，长度为20-50m；

竖向肋板5的长度为10-30m，宽度为1-4m，厚度为0.3-0.6m；

圆环板6的厚度为0.2-0.5m，且圆环板6的径向宽度小于竖向肋板5的宽度。

在一种具体的实施方式中，请再参见图4等所示，所述钢管桩1的底端还连接设置有桩尖10。桩尖10可选用十字型、四棱锥型、六棱锥型、圆锥型、平底开口型等，且所述桩尖10在沉桩前需与钢管桩1端部焊接。

在一种具体的实施方式中，请再参见图3等所示，所述钢管桩1内壁还设有加劲肋4，以提高其抗弯刚度。加劲肋4的形状可以为十字形，也可以为一字形，具体根据实际需要而定。

在一种具体的实施方式中，请再参见图2和图4等所示，所述吸力筒结构2包括布置在所述钢管桩1上的下部开口的吸力筒体，所述吸力筒体的上表面还设置有通气管3，在吸力筒体与钢管桩1之间还布置有隔板7，并由隔板7将吸力筒体内部空腔分隔为沿钢管桩1轴向分布的若干舱室，在隔板7上还加工有连通孔8，使得相邻两舱室之间相互连通，在沉桩时，与通气管3接通的外部通气系统开启，通气管3上设置的通气阀则打开，抽离空气和水以形成负压加速沉桩。

更具体的实施方式中，所述吸力筒体在通气管3处还设置有滤网9，以免抽气时将砂石抽出，堵塞通气管3，通气管3尺寸不宜过大，外径可选0.5-1m。

隔板7应可靠焊接在所述吸力筒结构2内，所述隔板7下部与钢管桩1下部可靠焊接，端部制成尖角以辅助沉桩，更进一步的，所述隔板7呈直角梯形结构，且直角梯形结构的直角腰边与吸力筒体的上顶板连接，上底连接吸力筒体的侧壁，下底连接所述钢管桩1。

更进一步具体的实施方式中，直角梯形结构的上底的宽度与吸力筒体的侧壁的高度相等。

另一方面，本实用新型还提出了一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础的施工方法，包括以下步骤：

(1)在陆上预制所述带竖向肋板5的钢管桩1和所述带隔板7的吸力筒体等构件，并将其组合成型；

(2)将所述吸力筒结构2和单桩组合式基础海上运载至设计桩位；

(3)将所述组合式基础吊装下沉至设计桩位，稳桩后进行沉桩，直至所述吸力筒体接触地基土体；

(4)将所述吸力筒体上的通气阀打开，使得通气管3与外部抽气系统连接，并向外抽气排水，在此过程中继续沉桩至设计桩位；

(5)在沉桩至设计标高后，检查所述吸力筒和单桩组合式基础承载力并对地基进行加固。

进一步的，将所述组合式基础吊装时应进行稳桩，避免桩身晃动，之后对准桩位、保证单桩垂直度，确定前期准备环节无误后进行沉桩过程。

进一步的，在沉桩至设计标高后，应检查基础承载力并在地基土上浇筑混凝土以进一步加强基础。

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

为能进一步地了解本实用新型的实用新型内容、特点及效果，兹例举以下实例。

实施例1：

如图1至图4所示，该海上风电吸力筒和单桩组合式基础包括带有四条竖向肋板5和三层圆环板6的钢管桩1，设置有四个下部开口的舱室的吸力筒结构2，沉桩时抽气排水用的通气管3，与竖向肋板5相对应的通长的加劲肋4，四条竖向肋板5，紧固在竖向肋板5上的多层圆环板6，用于分隔吸力筒舱室的呈梯形的隔板7(呈直角梯形)，使舱室相互贯通的连通孔8，防止砂石排出的多层滤网9，辅助沉桩的开口的桩尖10。

如图1所示，在沉桩完成后，该吸力筒和单桩组合式基础上部分浸入海水和露出海平面，下部分沉入地基中作为承力结构，其中吸力筒结构2的上表面应与地基土表面相平。如图2所示，钢管桩1上设置有四条竖向肋板5以提高其抗弯刚度，竖向肋板5由多层圆环板6紧固以提高其整体稳定性，本示例选用三层圆环板6，宜根据组合式基础的长度选择层数；如图3所示，钢管桩1内部还设置有与竖向肋板5相对的通长加劲肋4，以加强钢管桩1的局部承压稳定性；钢管桩1桩底可设置桩尖10辅助沉桩，桩尖10类型可选多种，如十字型、圆锥形、四棱锥型、平底开口型等。如图4所示，设置有四个开口舱室的吸力筒结构2布置在钢管桩1下部，以沉桩时达到设计标高为限；吸力筒结构2内部的舱室由隔板7来分隔，以减小内部舱室的空间，提高吸力筒结构2稳定性；隔板7上均设置有使舱室相互贯通的连通孔8，在沉桩时需打开抽气排水用的通气管3，通气管3上还设有通气阀，以在吸力筒结构2内形成负压，加快沉桩和加强地基；抽气排水用的通气管3内设置防止砂石排出的多层滤网9。该吸力筒和单桩组合式基础应为上述各部件的集合，以此发挥该组合式基础稳定性高、施工方便、经济效益好的优点。

为进一步说明本实施例内容，列举该吸力筒和单桩组合式基础相关构件的尺寸。钢管桩1的外径可选2-5m，壁厚可选0.3-0.6m，纵向长度可选20-50m，其上设置的竖向肋板5厚度可选0.3-0.6m，宽度可选1-4m，纵向长度可选10m-30m，应从钢管桩1端部向下设置，使其有效地提高钢管桩11的抗弯刚度。通长的加劲肋4与竖向肋板5相对，厚度应与其相差不大，以提高钢管桩1局部抗压强度；多层圆环板6所在平面与竖向肋板5垂直，厚度可选0.2-0.5m，半径应小于竖向肋板5的宽度，每层间距可选5-10m；桩尖10底部尺寸应与钢管桩1截面尺寸相差不大；吸力筒结构2外径可选6-10m，壁厚可选0.2-0.5m，其内隔板7壁厚可选0.1-0.3m，应将吸力筒结构2均匀分隔成数个舱室，舱室数量可选3-8个；隔板7下部与钢管桩1下部可靠焊接，端部制成尖角以辅助沉桩；舱室内部由连通孔8进行联通，以便于抽气排水用时各舱室负压相同；抽气排水用的通气管3设置在吸力筒结构2上表面，且与其下的舱室贯通，由钢管拼接而成，尺寸不宜过大，外径可选0.5-1m；通气管3内部设置多层滤网9，以免抽气时将砂石抽出，堵塞通气管3，通气管3尺寸不宜过大，外径可选0.5-1m。

另外，本实施例还提供了一种海上风电吸力筒和单桩组合式基础的施工方法，具体包括以下步骤：

(1)在陆上预制带竖向肋板5的钢管桩1和带隔板7的吸力筒结构2等构件，并将其组合成型。制成的构件应提前检测质量及匹配程度，如竖向肋板5和多层圆环板6紧固程度、桩尖10与钢管桩1端部的焊接质量等，吸力筒和单桩组合式基础组合完毕后检查密封性和可靠性，达标后方可出库。

(2)将吸力筒和单桩组合式基础海上运载至设计桩位，运载时需注意在组合式基础下放置枕木等缓冲物，防止组合式基础的损坏。到达设计桩位后应实地勘察桩位情况，并与设计对照后方可准备沉桩。

(3)将组合式基础吊装下沉至设计桩位，稳桩后进行沉桩，直至吸力筒结构22接触地基土体，此沉桩过程可以分为两步：先将单桩基础下部沉入土体，并保证好垂直度；再使吸力筒结构2接触土体少许，形成闭合空间。

(4)将吸力筒结构2上的通气管3打开并向外抽气排水，在此过程中继续沉桩至设计桩位，吸力筒结构2内部的舱室形成的负压将辅助该组合式基础下沉，并在一定程度上起到加固地基的作用。

(5)在沉桩至设计标高后，检查吸力筒和单桩组合式基础承载力并对地基进行加固，加固时可在水下基础上浇筑混凝土或砂石以进一步加强基础，应将吸力筒结构2上覆混凝土以更好地保护该结构。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，包括钢管桩，以及设置在钢管桩下部位置的吸力筒结构，所述的钢管桩的外表面还设有若干竖向肋板，所述竖向肋板采用多层圆环板连接紧固。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，所述的竖向肋板在钢管桩上等间距设有四块。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，所述的圆环板布置在钢管桩上部，且其从上到下等间距设有三层。

4.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，钢管桩的外径为3-5m，壁厚为0.3-0.6m，长度为20-50m；

竖向肋板的长度为10-30m，宽度为1-4m，厚度为0.3-0.6m；

圆环板的厚度为0.2-0.5m，且圆环板的径向宽度小于竖向肋板的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，所述钢管桩的底端还连接设置有桩尖。

6.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，所述钢管桩内壁还设有加劲肋。

7.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，所述吸力筒结构包括布置在所述钢管桩上的下部开口的吸力筒体，所述吸力筒体的上表面还设置有通气管，在吸力筒体与钢管桩之间还布置有隔板，并由隔板将吸力筒体内部空腔分隔为沿钢管桩轴向分布的若干舱室，在隔板上还加工有连通孔，使得相邻两舱室之间相互连通。

8.根据权利要求7所述的一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，所述吸力筒体在通气管处还设置有滤网。

9.根据权利要求7所述的一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，所述隔板呈直角梯形结构，且直角梯形结构的直角腰边与吸力筒体的上顶板连接，上底连接吸力筒体的侧壁，下底连接所述钢管桩。

10.根据权利要求9所述的一种海上风电吸力筒-单桩组合式基础，其特征在于，直角梯形结构的上底的宽度与吸力筒体的侧壁的高度相等。

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