CN218233552U - 一种海上风电吸力桩式承台基础 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种海上风电吸力桩式承台基础，包括提供海床面上定位以及支撑基础的吸力式多桩基础和沉贯式承台，以及连接于所述吸力式多桩基础和所述沉贯式承台之间的连接结构；所述吸力式多桩基础包括若干个设置的吸力桩；所述连接结构内设置将若干个所述吸力桩单独区分的立柱，相邻的所述立柱之间根据所处海面上以及海内位置的不同分开设置加固件所述立柱与所述沉贯式承台之间设置用于连接的承载部。本实用新型一方面，通过整个结构体系能够有效利用混凝土承台的大自重的特点，使其自重沉贯入泥的深度更为可观，保证桩内有更好的密封性，为吸力多桩基础提供充足的下压沉贯力，避免吸力桩基础沉贯不到位的风险。

Description

一种海上风电吸力桩式承台基础

技术领域

本实用新型涉及海上风电基础设计技术领域，具体涉及一种海上风电吸力桩式承台基础。

背景技术

目前，我国正处在海上风电开发快速发展时期，混凝土承台桩基础是一种成熟可靠的基础形式，该基础型式在国内的东海大桥示范风电场、江苏响水近海风电场、国电普陀等若干个海域均有应用。传统混凝土承台桩基础由打入式钢管桩和现浇钢筋混凝土结构组成，由多根小直径斜钢管来支撑上部承台结构，其有很好的水平承载能力。

根据承台高程的区别，混凝土承台桩基础可分为低承台和高承台。低承台将陆上的基础型式移植至海上，设置围堰挡水保护，采用传统的陆上施工方法，这种基础施工工艺成熟但施工难度较大，且仅适用于水深较浅、离岸较近的潮间带区域；高承台适用于水深较深的海域，其施工工艺比较成熟，但海上施工需要采用钢套箱、辅助施工平台、钢筋笼等多种施工设施，因此，其施工工序多、工艺较复杂，此外，混凝土需较长时间养护，施工周期较长。

支撑上部混凝土承台的桩基础常用的打入式钢管桩，在海洋工程中应用极为广泛，其抗弯强度高、制作工艺成熟，但对打桩精度有严格要求。随着水深增加，基础桩径、桩长和桩重都相应增大，对施工设备和工艺都提出了很高的要求。对于更深海域，现阶段使用的混凝土承台桩基础沉桩船机设备适应性较差，对海况要求高，混凝土承台的海上施工难度大，施工周期长，这些因素限制了混凝土承台桩基础在更深海域的继续大规模应用。

吸力桩是一种倒置的纯钢或钢+钢筋混凝土的密封短桩结构，已经被广泛应用到海洋工程领域，吸力桩无打桩施工等一系列难题，施工设备需求简单，安装快速简单，对水深的适应性强。现阶段吸力桩结构常与桁架式导管架联合使用，由于上部组块自重小，浮力大，对于浅层土较强的海床地基，结构往往无法依靠其自重下沉到预定深度，导致桩内无法形成良好的密封条件，从而影响后续利用负压下沉至海底设计深度。吸力桩若没有足够的埋深，其竖向承载能力会大幅下降，使得基础结构整体稳定性较差，易发生倾斜甚至是倾覆。因此，吸力桩的大规模开展应用受到了较大阻碍。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种利用混凝土承台的大自重为吸力式多桩基础提供足够的下压沉贯力，大大缩短基础施工周期的吸力桩式预制承台基础。

为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种海上风电吸力桩式沉贯式承台基础，包括提供海床面上定位以及支撑基础的吸力式多桩基础和沉贯式承台，以及连接于所述吸力式多桩基础和所述沉贯式承台之间的连接结构；所述吸力式多桩基础包括若干个设置的吸力桩；所述连接结构内设置将若干个所述吸力桩单独区分的立柱，相邻的所述立柱之间根据所处海面上以及海内位置的不同分开设置加固件所述立柱与所述沉贯式承台之间设置用于连接的承载部；所述沉贯式承台设置于海面上方，且所述沉贯式承台通过其大于所述吸力式多桩基础的自重对所述吸力式多桩基础呈下压沉贯状态。

进一步地：所述吸力桩桩顶设置抽负压系统，所述抽负压系统包括将若干个所述吸力桩同时连通的抽气管路，所述抽气管路上设置主抽气泵和备用抽气泵；所述吸力桩内设置与所述主抽气泵和所述备用抽气泵电性连接的负压监测器。

进一步地：所述吸力桩桩顶与所述立柱之间设置加强结构，所述加强结构包括顶板、加强板和连接板；所述顶板设置于所述加强板和所述连接板之间，所述加强板与所述吸力桩桩顶连接，所述连接板与所述立柱连接。

进一步地：所述承载部包括设置于所述立柱顶部的承载空间，以及所述沉贯式承台底部的下插腿；所述承载空间与所述下插腿配合，所述立柱顶壁内隔断设置分舱板；所述下插腿外设置临时搁板，且所述临时搁板的横截面面积大于所述立柱横截面面积。

进一步地：所述分舱板底部与所述立柱内壁之间设置舱板支撑板。

进一步地：所述下插腿底部设置伸入所述承载空间内的导向尖头。

进一步地：所述立柱的所述承载空间范围内设置伸入所述承载空间内的注浆管和溢浆管，通过所述注浆管和所述溢浆管对所述立柱和所述沉贯式承台灌浆连接。

进一步地：所述沉贯式承台顶部预埋设置风机基础环或预应力锚栓结构。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(一)本实用新型一方面，通过整个结构体系能够有效利用沉贯式承台的大自重的特点，使其自重沉贯入泥的深度更为可观，以此保证海床面能够对桩体提供良好的支撑性能，同时保证桩内有更好的密封性也因此能够避免吸力式多桩基础浮于海床面表面从而在时出现打桩不稳的情况，为吸力式多桩基础提供充足的下压沉贯力，避免吸力桩基础沉贯不到位的风险；另一方面，预先安置于海床上的整体式的吸力式多桩基础，可起到定位和固定作用，确保上部的预制沉贯式承台能够快速安装到位，不仅有效缩短承台结构的施工时间，而且确保沉贯式承台的施工质量。

(二)本实用新型通过预制沉贯式承台使其可实现预先在陆上的养护方式，可减少承台基础海上施工时间，缩短施工周期，提高沉贯式承台的施工质量；采用陆上加工，海上组装、沉贯，施工速度快、效率高，且对海上施工船机设备要求不高。

(三)本实用新型结合现阶段沉贯式承台桩基础和吸力桩在建造和施工方面的优点和不足，采用沉贯式承台和吸力式多桩基础相结合的新基础型式，可实现吸力桩在多种地质条件下使用，实现沉贯式承台基础在不同水深的适用性。

(四)本实用新型的基础型式可实现陆上批量预制、海上整体安装，可大大节省海上作业时间，降低生产、运输和安装成本，有利于使海上风电场高效、低成本、规模化开发。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图；

图3为本实用新型吸力桩基础的主视结构示意图；

图4为本实用新型抽压部分的俯视结构示意图；

图5为本实用新型预制混凝土承台的主视结构示意图；

图6为本实用新型钢管立柱灌浆段的主视结构示意图；

附图中的标记为：吸力桩1、顶板11、加强板12、连接板13、负压监测器 14、抽气阀15、抽气管路16、主抽气泵171、备用抽气泵172、立柱2、分舱板 21、舱板支撑板22、注浆管23、溢浆管24、混凝土承台3、下插腿31、临时搁板32、导向尖头33、风机基础环或预应力锚栓结构34、加固件4、平均海平面a、设计低潮位b、极端高潮位c、海床面d。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

如图1-6所示，一种海上风电吸力桩式承台基础，包括提供海床面d上定位以及支撑基础的吸力式多桩基础和可在陆上预制的沉贯式承台3，以及连接于吸力式多桩基础和沉贯式承台3之间的连接结构；吸力式多桩基础包括若干个设置的吸力桩1；连接结构内设置将若干个吸力桩1单独区分的立柱2，相邻的立柱2之间根据所处海面上以及海内位置的不同分开设置加固件4，立柱2 与沉贯式承台3之间设置用于连接的承载部；沉贯式承台3设置于海面上方，且沉贯式承台3通过其大于吸力式多桩基础的自重对吸力式多桩基础呈下压沉贯状态。

本实施例中，沉贯式承台3采用混凝土承台，沉贯式承台3的体量为 2000-2500t，连接结构加吸力式多桩基础的体量为600-800t。吸力式多桩基础中单个吸力桩1的贯入深度可达10-20m。

如图1-2所示，本实施例中，吸力桩1的数量和与吸力桩1配合设置的立柱2的数量相同，且两者的数量皆为4-6根，且立柱2的直径为5-15m，长度为10-30m，立柱2采用钢管，且立柱2可弯折延伸或倾斜延伸来将若干个吸力桩1定位在海床面d内的具体位置与沉贯式承台3连接。

如图1所示，针对目标海域，对海面海浪的波高位置分为平均海平面a、设计低潮位b和极端高潮位c，沉贯式承台3以及承载部的位置在海面上方的位置始终高于极端高潮位c。

如图1所示，加固件4由相互交叉设置加强撑杆以及连杆组成，同时交叉设置的加强撑杆对海面内的相邻立柱2之间形成连接，且加强撑杆始终位于海面以及设计低潮位b下方，而交叉设置的连杆对海面上方的相邻立柱2之间形成连接，且连杆始终位于海面以及极端高潮位c上方。

如图5-6所示，承载部包括设置于立柱2顶部的承载空间，以及沉贯式承台3底部的下插腿31；承载空间与下插腿31配合，立柱2顶壁内隔断设置分舱板21，通过分舱板21将立柱2顶部封闭，使承载空间无法与立柱2下方内壁连通；下插腿31外设置临时搁板32，且临时搁板32的横截面面积大于立柱 2横截面面积。承载空间保证沉贯式承台3上的荷载有效传递到吸力桩1上。

如图6所示，分舱板21底部与立柱2内壁之间设置舱板支撑板22，用于增加分舱板21在灌浆时的承受极限，同时也可提高下插腿31放入承载空间内后立柱2顶部的承受极限。

如图6所示，立柱2的承载空间范围内设置伸入承载空间内的注浆管23和溢浆管24，通过注浆管23和溢浆管24对立柱2和沉贯式承台3灌浆连接。

如图5所示，下插腿31底部设置伸入承载空间内的导向尖头33，便于在吊装时下插腿31更顺利的插入承载空间内。

如图5所示，沉贯式承台3顶部预埋设置风机基础环或预应力锚栓结构 34，用于连接风机塔筒。

如图4所示，吸力桩1桩顶设置抽负压系统，且吸力桩1桩顶预留有抽负压系统的安装位置，抽负压系统包括将若干个吸力桩1同时连通的抽气管路 16，抽气管路16上设置主抽气泵171和备用抽气泵172；吸力桩1内设置与主抽气泵171和备用抽气泵172电性连接的负压监测器14，负压监测器14优先与主抽气泵171电性连接，负压监测器14与备用抽气泵172之间的线路为在主抽气泵171失效时使用的备用线路；吸力桩1桩顶设置与抽气管路16连通的抽气阀15。

如图3所示，吸力桩1桩顶与立柱2之间设置加强结构，加强结构包括顶板11、加强板12和连接板13；顶板11设置于加强板12和连接板13之间，加强板12与吸力桩1桩顶连接，连接板13与立柱2连接。

基于上述内容，针对一种海上风电吸力桩式承台基础所采用的一种海上风电吸力桩式承台基础的施工方法，其具体步骤如下：

S1：吸力桩1、立柱2、和预制沉贯式承台3的选材、选型、加工均可在陆上独立完成，通过将立柱2和加固件4间的连接，使加强撑杆和连杆对相邻的立柱2进行固定连接，类似桁架式导管架结构，形成稳定的多面体，并以此形成吸力式多桩基础，通过抽气管路16同时将若干个吸力桩1桩顶上的抽气阀 15连接，同时在陆上完成对沉贯式承台3预先制作；

S2：将加工完成的吸力式多桩基础运输到施工现场，对吸力式多桩基础以及吸力桩1进行定位，通过利用吸力式多桩基础自重使其进行下沉，下沉过程中可以通过主抽气泵171或者备用抽气泵172对各个吸力桩1的负压进行控制，并以此实现对吸力式多桩基础整体的初步粗调平；

S3：待吸力式多桩基础下沉稳定后，进行对沉贯式承台3的吊装与安装，吊装完成后立刻进行现场与立柱2的初步连接和固定，等待吸力式多桩基础在通过沉贯式承台3的自重贯入稳定后，通过注浆管23往下插腿31与承载空间内注入高强灌浆连接材料，使沉贯式承台3与吸力式多桩基础形成整体；

S4：通过沉贯式承台3的自重，再配合抽气阀15控制各个吸力桩1的负压并进行负压下沉，使吸力式多桩基础沉贯入泥，下沉过程中负压监测器14可反馈吸力桩1内压力情况，以此为参照，通过控制各个吸力桩1的负压实现精准调平，直至吸力式多桩基础沉入海床面d内的预计深度处。

以上实施例仅为本实用新型的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种海上风电吸力桩式承台基础，其特征在于：包括提供海床面(d)上定位以及支撑基础的吸力式多桩基础和沉贯式承台(3)，以及连接于所述吸力式多桩基础和所述沉贯式承台(3)之间的连接结构；

所述吸力式多桩基础包括若干个设置的吸力桩(1)；

所述连接结构内设置将若干个所述吸力桩(1)单独区分的立柱(2)，相邻的所述立柱(2)之间根据所处海面上以及海内位置的不同分开设置加固件(4)，所述立柱(2)与所述沉贯式承台(3)之间设置用于连接的承载部；

所述沉贯式承台(3)设置于海面上方，且所述沉贯式承台(3)通过其大于所述吸力式多桩基础的自重对所述吸力式多桩基础呈下压沉贯状态。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩式承台基础，其特征在于：所述吸力桩(1)桩顶设置抽负压系统，所述抽负压系统包括将若干个所述吸力桩(1)同时连通的抽气管路(16)，所述抽气管路(16)上设置主抽气泵(171)和备用抽气泵(172)；

所述吸力桩(1)内设置与所述主抽气泵(171)和所述备用抽气泵(172)电性连接的负压监测器(14)。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩式承台基础，其特征在于：所述吸力桩(1)桩顶与所述立柱(2)之间设置加强结构，所述加强结构包括顶板(11)、加强板(12)和连接板(13)；所述顶板(11)设置于所述加强板(12)和所述连接板(13)之间，所述加强板(12)与所述吸力桩(1)桩顶连接，所述连接板(13)与所述立柱(2)连接。

4.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩式承台基础，其特征在于：所述承载部包括设置于所述立柱(2)顶部的承载空间，以及所述沉贯式承台(3)底部的下插腿(31)；

所述承载空间与所述下插腿(31)配合，所述立柱(2)顶壁内隔断设置分舱板(21)；

所述下插腿(31)外设置临时搁板(32)，且所述临时搁板(32)的横截面面积大于所述立柱(2)横截面面积。

5.根据权利要求4所述的一种海上风电吸力桩式承台基础，其特征在于：所述分舱板(21)底部与所述立柱(2)内壁之间设置舱板支撑板(22)。

6.根据权利要求4所述的一种海上风电吸力桩式承台基础，其特征在于：所述下插腿(31)底部设置伸入所述承载空间内的导向尖头(33)。

7.根据权利要求4所述的一种海上风电吸力桩式承台基础，其特征在于：所述立柱(2)的所述承载空间范围内设置伸入所述承载空间内的注浆管(23)和溢浆管(24)，通过所述注浆管(23)和所述溢浆管(24)对所述立柱(2)和所述沉贯式承台(3)灌浆连接。

8.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩式承台基础，其特征在于：所述沉贯式承台(3)顶部预埋设置风机基础环或预应力锚栓结构(34)。

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