CN219635445U - 提升深水条件海上风电单桩基础承载性能的加固结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种提升深水条件海上风电单桩基础承载性能的加固结构，将单桩基础、浮体结构、锚泊系统、锚固桩形成预张紧的整体结构，其中，在单桩基础上设置提高水平承载性能的浮体结构，并通过若干预张紧的锚链连接至海床内的锚固桩，从而在单桩基础发生变形或倾斜时提供额外的水平回复力，约束风机基础结构位移并增加水平承载力，使单桩基础适用于更深的水深条件，或用于已建海上风机单桩基础结构的增容改造，使单桩基础具备抵抗更大的海洋环境以及风机运行荷载的能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及海上风机基础结构设计领域，尤其涉及一种提升深水条件海上风电单桩基础承载性能的加固结构及其安装方法。
背景技术
作为新型清洁能源，海上风电具有邻近高负荷中心城市、节约土地资源等优势，海上风电的大力发展有助于我国早日实现“碳达峰、碳中和”的中长期目标。随着海上风电的迅猛发展，近海资源已接近饱和，而深水海域则拥有更丰富的风能资源及更巨大的开发潜力，海上风电的深远海拓展逐渐成为未来重要的发展方向。
目前常用的海上风电机组基础型式为单桩基础，通过沉桩施工贯入海床土中，按上部风机荷载和所处海洋环境设计桩基尺寸、埋深，结构简单、荷载传递方式明确。单桩基础的承载性能受海床地质和环境水深条件的影响较大，深水环境下易出现倾斜和弯曲变形，成为海上风电结构设计的决定性因素。随着海上风电工程所处海洋环境水深及风机荷载的增加，单桩基础结构需通过大幅增加埋深及尺寸来抵抗外部荷载，建设成本及施工难度均大幅度增加；另一方面随着海上风电机组技术的进步，早期建设的小功率海上风机发电量低、经济效益差，造成了海域和风能资源的浪费，需要进行改造以安装更大功率的风电机组。因此，为适应深水条件的海上风电开发，亟需一种承载刚度大、施工便捷、经济性好的风机单桩基础加固措施。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对已有的技术现状，提供一种提升深水条件海上风电单桩基础承载性能的加固结构及其安装方法，适用于深水恶劣海况、风机荷载较大的环境等，通过将单桩基础、浮体结构、锚泊系统、锚固桩形成预张紧的整体结构，在单桩基础发生变形或倾斜时提供额外的水平回复力，约束风机基础结构位移并增加水平承载力，使单桩基础适用于更深的水深条件，或用于已建海上风机单桩基础结构的增容或加固改造，使单桩基础具备抵抗更大的海洋环境以及风机运行荷载的能力。
为达到上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型采用如下技术方案：
一种提升深水条件海上风电单桩基础承载性能的加固结构，其特征在于：包括环状浮体结构、锚泊系统、锚固桩基础，所述浮体结构套设于单桩基础的桩身外侧并低于海面，所述锚泊系统包括张紧的多条锚链，所述多条锚链上端连接于浮体结构的四周、下端连接至其锚固桩基础，所述锚固桩基础嵌固于海床土体中。
所述浮体结构为中空的环状结构，其内直径与单桩的外直径匹配，比所套桩身段的外直径略大，并在内侧沿周向设置柔性接触结构，以保证与桩身的有效接触以及对桩身及防腐涂层进行保护。所述柔性接触结构可以是呈环形，环形柔性接触结构可以是在环形浮体结构的内侧壁设置一层或多层；所述柔性接触结构可以是多段或多点状结构，而沿环形浮体结构内侧壁的周向布置，同样地，也可以是布置为一层或多层，如果布置为多层，层与层之间的点状或段状柔性接触结构可以交错布置。
锚链的数量根据工程需要的水平回复力大小确定，锚链上还可进一步设置锚链浮筒以调整锚链形态并增加上端张力的水平分量。所述加固结构也可设置多层环状浮体结构，各层环状浮体结构的锚链长度不同且在周向上错开。
所述环状浮体结构还可由多个分段沿周向拼接而成。而可用于已建海上风机单桩基础结构的增容或加固改造。比如，可以根据桩身直径将浮体结构预制为两个半环结构。
所述锚链上端通过导缆器与所述浮体结构进行连接，下端通过锚眼连接至锚固桩基础，锚链上设置有锚链浮筒以调整锚链形态并增加上端张力的水平分量，在安装完成后锚链处于预张紧状态以传递海上风机结构受到的环境荷载至锚固桩基础。
锚链的下端连接至锚固桩侧的锚眼，锚固桩为打入海床的锚泊基础，用于将整体结构受到的水平力传递至海床。
所述锚固桩基础采用打入桩或吸力桩，安装于海床土体中，且桩侧设置有锚眼板以连接锚链，用于提供浮式加固结构所需要的锚固力。
以上进一步的技术方案可以单独使用，或者组合使用。
为达到上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型采用如下技术方案：
一种提升深水条件海上风电单桩基础承载性能的加固结构的安装方法，其特征在于：在工厂内完成环状浮体结构、锚链以及锚固桩基础的建造；对于新建的海上风机基础结构，在单桩基础和锚固桩沉桩完成后，通过起吊将浮体结构套设于单桩外侧，采用锚泊系统将浮体与锚固桩基础连接并进行预张紧。
或者，采用以下技术方案：
一种提升深水条件海上风电单桩基础承载性能的加固结构的安装方法，其特征在于：所述环状浮体结构由多个分段沿周向拼接而成；在工厂内完成浮体结构的分段、锚链以及锚固桩基础的建造；对于改造升级的海上风电单桩基础，现场在已建单桩外侧将多个分段沿周向拼接而成环状浮体结构，采用锚泊系统将浮体与锚固桩基础连接并进行预张紧。
本实用新型的有益效果为：
1、通过在单桩外侧增加浮体并连接预张紧的锚泊系统，在单桩结构受到环境荷载作用发生变形时提供额外的水平回复力，提高单桩基础的水平承载性能，使得常规单桩基础适用于深水海洋环境以及大容量风电机组的海上风电工程建设和增容或加固改造工程中。
2、在单桩基础外围设置浮体结构并使浮体位于海面以下一定深度，可保证浮体结构提供的水平抗力不受水位变动的影响，减小作用于浮体结构上的波流力荷载。加固浮筒能确保锚链保持预张紧状态，增强海上风机基础稳定性。
3、与现有技术相比，本实用新型可用于深水环境、大容量风电机组的海上风电工程中，较传统使用的桁架式导管架基础、漂浮式基础结构简单，本实用新型结构简单、建造成本低且施工方便，并可直接用于已建海上风机的增容、加固改造。
附图说明
图1为本实用新型实施例主体结构示意图。
图2、3分别为图1的A部位和B部位的放大图。
图4为本实用新型实施例主体结构的俯视图。
实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
本实用新型提供的一种提升深水条件海上风电单桩基础承载性能的加固结构，包括钢制环状浮体结构2、浮体结构内侧橡胶垫圈21、导链器22、锚链3、加固浮筒4、锚固桩5、锚固桩侧锚眼板51。
单桩基础1安装于海床土体中用于支撑上部的风电机组及塔筒。单桩基础1通过静压或锤击方式贯入海床土中直至设计标高，在桩顶安装上部风机塔筒、机舱及转轮结构。
浮体结构2套设于单桩基础1的桩身外侧且位于海面以下位置。浮体结构2为中空的钢板环状结构，内设一圈浮体结构内侧橡胶垫圈21，整体内径与单桩基础1的最大外径匹配，保证浮体结构2与单桩基础1之间有效接触，且浮体结构内侧橡胶垫圈21具备缓冲作用，保证单桩基础1外壁防腐涂层及桩身结构不被损坏。
浮体结构2四周布置有若干锚链3，锚链3的数量可根据工程需要的实际回复力确定，锚链3与浮体2之间通导链器22进行连接。锚链3上设锚链浮筒4，加固浮筒4为锚链3提供浮力，并绞拉锚链3确保锚链3与浮体2之间的角度提高其张力的水平分量，安装完成后锚链3保持预张紧状态。
锚链3的下端连接至锚固桩5侧面的锚固桩侧锚眼板51，锚固桩侧锚眼板51焊接于锚固桩5侧面。锚固桩5可通过水下锤击或者吸力安装的方式，贯入海床土体一定深度，从而将整体结构受到的水平力传递至海床。
以下对本实用新型的具备上述加固结构的海上风电单桩基础安装工法进行具体介绍。包括如下步骤：
工厂预制工作如下：单桩基础1，浮体结构2与浮体结构内侧橡胶21粘合，锚链3上安装好加固浮筒4，锚固桩5侧面焊接好锚固桩侧锚眼板51。
现场安装工序如下：将单桩基础1、锚固桩5运输至机位点后，通过振动或液压锤击方式将单桩基础1设计标高，并通过水下沉桩或吸力安装方式将锚固桩5安装到位；将浮体结构2在风机安装前套入单桩基础1外侧的设计高度处，随后将浮体结构2上的锚链3连接至锚固桩5侧面的锚固桩侧锚眼板51，最后将锚链3上端连接至浮体结构2并进行预张紧，完成整体结构的安装。
如适用于已建风电场风机改造情况，则在预制工序将浮体2的环形结构分为两个半环，两个半环之间预设有锚栓孔用于连接，并分别安装锚链3与导链器22。现场安装工序如下：将锚固桩5运输至设计位置后，将锚固桩5打至设计标高；将原风机转轮卸下，将浮体结构2的两个半环分别提起、套入单桩基础1外侧的设计高度处，并将两个半环结构通过螺栓进行连接；随后将浮体结构2上的锚链3连接至锚固桩5侧面的锚固桩侧锚眼板51；安装新风机塔筒、风机转轮结构。
以上仅为本实用新型较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的使用范围，凡是在本实用新型原理上做等效改变均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种提升深水条件海上风电单桩基础承载性能的加固结构，其特征在于：包括环状浮体结构、锚泊系统、锚固桩基础，所述浮体结构套设于单桩基础的桩身外侧并低于海面，所述锚泊系统包括张紧的多条锚链，所述多条锚链上端连接于浮体结构的四周、下端连接至其锚固桩基础，所述锚固桩基础嵌固于海床土体中。
2.根据权利要求1所述的加固结构，其特征在于：所述浮体结构为中空的环状结构，其内直径与单桩的外直径匹配，并在内侧沿周向设置柔性接触结构，以保证与桩身的有效接触以及对桩身及防腐涂层进行保护。
3.根据权利要求1所述的加固结构，其特征在于：锚链上设置有锚链浮筒以调整锚链形态并增加上端张力的水平分量。
4.根据权利要求1所述的加固结构，其特征在于：其设置有多层环状浮体结构，各层环状浮体结构的锚链长度不同且在周向上错开。
5.根据权利要求1所述的加固结构，其特征在于：所述环状浮体结构由多个分段沿周向拼接而成。
6.根据权利要求1所述的加固结构，其特征在于：所述锚链上端通过导缆器与所述浮体结构进行连接，下端通过锚眼连接至锚固桩基础，锚链上设置有锚链浮筒以调整锚链形态并增加上端张力的水平分量，在安装完成后锚链处于预张紧状态以传递海上风机结构受到的环境荷载至锚固桩基础。
7.根据权利要求1所述的加固结构，其特征在于：所述锚固桩基础采用打入桩或吸力桩，安装于海床土体中，且桩侧设置有锚眼板以连接锚链，用于提供浮式加固结构所需要的锚固力。
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