JP3230883U - 洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】重力盤が、杭周辺の土壌体を強化し、杭翼のサイズを減少し、杭翼の受け力を改善し、杭本体、杭翼及び重力盤相乗作用により、杭周辺の着工された土壌体の圧力とせん断抵抗を完全に利用し、杭基礎の水平支持力を高め、杭本体の回転と横変位を低減し、杭本体の曲げモーメントを減らし、さらに、杭本体の直径と長さを適切に縮小し、建設費を削減し、施工の進度を速めることができる洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造を提供する。【解決手段】組み合せ単杭基礎構造は、杭本体１、杭翼２及び重力盤３を含み、杭翼は杭本体のアンカボルト固定段の上部の外壁に固定され、重力盤は杭本体を囲み、杭本体の土壌体と海水との境界面に位置し、杭本体、杭翼及び重力盤は固定または自由に接続され、重力盤は剛性構造を有する。【選択図】図１

Description

本考案は、洋上風力発電の技術分野に属し、洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造に関する。

洋上風力発電は、クリーンなエネルギーの一種として、風速が高く、風速が安定し、単機の容量が大きいという特徴等が備わって、急速に発展している。沖合の地質条件が複雑なため、洋上風力発電の施工技術は難しく、建設費も高い。統計により、洋上風力タービンの基礎コストは、洋上風力発電所の総コストの１５％〜２５％を占める。現在、洋上風力タービンの基礎の基本型式は、沖合距離に応じて、重力型式、単杭型式、吸着筒型式、三杭型式、導管フレーム型式及び浮漂型式に分けられる。単杭基礎は、さまざまな地質条件に適応でき、建設速度が速く、建設費が低いという利点等を備えて、広く使用されている。既存の洋上風力発電所では、単杭基礎が７０％以上を占めている。

単杭基礎は、洋上風力タービンの運転中に風力タービン及び杭基礎の自重による垂直荷重を負うだけでなく、風、砕波、海流、および海氷による水平荷重を負う必要がある。単杭基礎は、さまざまな周期的荷重の作用下で、より大きな横変位と回転を引き起こすことがある。中国の一部の海域の地質条件は、非常に複雑である。上層の土壌体は、通常、沈泥、泥だらけの粘土、微砂、細粒砂などで構成される。上層の厚さの差が大きいため、上層の下方の岩盤表面は大きく変動する。風力タービンによる基礎の支持力の要件の増加に伴い、それに応じて杭本体の直径を大きくする必要があり、埋設基礎の杭打ちを常に行う必要がある。同時に、花崗岩地域に風化した孤立岩がより行き渡り、検出が難しい。孤立岩は、鋼管杭のエッジカール、孔かじり、孔崩れなどを引き起こしやすい。施工は、リスクが比較的大きく、進度は遅い。調査中に孤立岩は完全な岩盤と誤って判断され、杭の端部が孤立岩内にある場合、風力タービンの安定性に影響を与えることがある。さらに、単杭は、水平方向の支持力を提供する能力と比較して、垂直方向の支持力を提供する能力より強い。これに基づいて、洋上風力タービン用の新しい単杭基礎は、切実に考案される必要があり、深海の浅い上層に孤立岩のある海域に適する。杭基礎の新型式により、杭本体は岩盤に深く入り込むことなく、風力タービンの支持力の要求を満たすことができる。施工リスクを減らし、施工速度を上げ、施工コストを削減し、風力タービンの安全で穏やかな作業を確保する。

本考案で解決しようとする技術的な問題は、洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造を提供することである。杭翼は、杭本体のアンカボルト固定段の上部の外壁に固定する。重力盤は、杭周辺の土壌体と海水との境界面に位置する。杭本体、杭翼及び重力盤は固定または自由に接続される。重力盤は剛性構造を有し、杭周辺の土壌体を強化し、杭自体の支持力を向上させる。杭翼及び重力盤は、杭周辺の着工された土壌体の圧力とせん断抵抗を完全に利用し、杭基礎の水平支持力を高め、杭本体の回転と横変位を低減し、杭本体の曲げモーメントを減らし、風力タービンの安全で穏やかな作業を確保する。風力タービンの支持力を満たす条件では、杭翼及び重力盤の構造型式と構造パラメータを最適化することにより、杭本体の直径と長さを適切に小さくして深海の浅い上層の海域に適することができ、建設コストを削減し、施工の進度を速める。

上記の技術的問題を解決するために、本考案で採用された技術的解決策は次のとおりである。洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造は、杭本体、杭翼及び重力盤を含み、前記杭翼は、杭本体のアンカボルト固定段の上部の外壁に固定し、前記重力盤は、杭本体を囲み、杭周辺の土壌体と海水との境界面に位置し、杭本体、杭翼及び重力盤は固定または自由に接続され、前記重力盤は剛性構造を有する。

前記杭本体は大径鋼管であり、前記杭翼は鋼板である。

前記杭翼は、杭本体を中心として周囲へ放射状で対称かつ均一に配置され、これにより、杭周辺の土壌体の抵抗力を完全に利用し、組み合せ単杭基礎の水平支持力を向上させることができる。

前記杭翼の数目は４つ又は４つ以上の偶数であり、偶数である杭翼は対称的に配置されており、杭本体と翼板の受け力は均衡する。

前記杭翼は台形構造であり、底辺は斜辺であり、その法線方向は、杭翼が杭本体の沈下プロセスに与える影響を減らすために杭本体の軸方向に垂直であるか、夾角を形成する。

前記重力盤は、鋼板、コンクリート、鉄筋コンクリートのいずれかであり、重力盤の構造型式、材質、サイズは、杭基礎の地質条件、外部荷重の大きさ、施工方式に関連し、杭本体、杭翼及び重力盤を固定接続に形成させるために水中注入技術を採用することができる。

本考案には、次に掲げられた有益な効果がある。
本考案の実施例の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造によれば、杭周辺の土壌体と海水との境界面に重力盤を増設することにより、杭周辺の土壌体を強化し、杭自体の支持力を向上させるだけでなく、重力盤と土壌体とのせん断抵抗及び着工された土壌体の圧力を完全に利用し、杭基礎の水平支持力を高める。杭翼は、杭本体のアンカボルト固定段の上部の外壁に溶接し、杭翼が杭本体の沈下プロセスに与える影響を減らす。同時に、杭翼は、重力盤の強化した後の杭周辺の着工された土壌体の圧力を完全に利用することができるため、杭基礎の水平変位及び回転変位をさらに低減し、杭基礎の水平支持力と耐ねじれ性を向上させる。重力盤と杭翼付き杭本体は、比較的独立した２つの杭基礎構造であり、重力盤の施工は杭の沈下が完了した後に行われるため、組み合せ単杭基礎は既存の杭沈下技術及び杭沈下設備を採用することができ、且つ重力盤は杭の沈下プロセスに影響を与えない。重力盤が杭本体と杭翼に固定されている場合、重力盤は杭基礎の垂直荷重を負うことができる。

本考案の実施例の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造は、通常の単杭基礎と同じ支持力を提供する場合、杭翼と重力盤を増設することにより、杭の直径と杭本体のアンカボルト固定長を適切に減らすことができるため、組み合せ単杭基礎は深海の浅い上層に孤立岩のある海域に適し、埋設基礎の杭打ちを避けることができる。これにより、建設コストを削減し、施工リスクを回避し、施工の進度を速めるという利点が備わる。本考案の実施例の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造は、通常の単杭基礎と比べて重力盤を増設することにより、翼板の長さおよび幅を低減し、重力盤が杭の沈下プロセスに与える影響を最大限に低めることができる。一方、重力盤は、翼板の受け力モードを改善し、翼板の曲げ変形を減少し、翼板と杭本体との接合部における応力集中及び疲労負荷を低減し、翼板の耐用年数を延ばすことができる。また、重力盤は、杭周辺の土壌体と海水との境界面に位置するため、波や海流による単杭周辺の基礎土の洗掘を抑えることができる。

本考案の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造の施工方法は、杭本体の施工に既存の杭沈下装置または改造された杭沈下装置を使用できる。改造された杭沈下装置を使用すると、杭板付き単杭の施工速度を上げることができる。重力盤の製造と取付方式は、現場の施工条件に依存し、工場で事前に製造するか、フリーフロー制御可能な水中のグラウト技術を採用して現場に注いで形成することができる。杭本体と重力盤との接続方式は、固定接続またはアクティブ接続を採用することができる。様々な接続方式は、異なる応力機構に対応する。本考案による洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造の施工方法は、柔軟で多様化が備わり、現場の施工条件に応じて、施工プロセスを最適化できる。

以下のように、本考案を図面及び実施例と併せてさらに説明する。

本考案の構造の概略図である。 図１のＡ−Ａにおける断面の概略図である。

図１−図２に示すように、洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造は、杭本体１、杭翼２及び重力盤３を含み、杭翼２は、杭本体１のアンカボルト固定段の上部の外壁に固定し、重力盤３は、杭本体１を囲み、杭周辺の土壌体と海水との境界面に位置し、杭本体１、杭翼２及び重力盤３は固定または自由に接続され、重力盤３は剛性構造を有する。

本考案の実施例の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造によれば、杭本体１の土壌体と海水との境界面に重力盤３を増設することにより、杭周辺の土壌体を強化し、杭自体の支持力を向上させるだけでなく、重力盤３と土壌体とのせん断抵抗及び着工された土壌体の圧力を完全に利用し、杭基礎の水平支持力を高める。杭翼２は、杭本体１のアンカボルト固定段の上部の外壁に溶接し、杭翼２が杭本体の沈下プロセスに与える影響を減らす。杭周辺の着工された土壌体の圧力を完全に利用することができるため、杭基礎の水平変位及び回転変位をさらに低減し、杭基礎の水平支持力と耐ねじれ性を向上させる。重力盤３が杭本体１と杭翼２に固定されている場合、重力盤３は杭基礎の垂直荷重を負うことができる。

本考案の実施例の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造は、通常の単杭基礎と同じ支持力を提供する場合、杭翼と重力盤を増設することにより、杭の直径と杭本体のアンカボルト固定長を適切に減らすことができるため、組み合せ単杭基礎は深海の浅い上層に孤立岩のある海域に適し、埋設基礎の杭打ちを避けることができる。これにより、建設コストを削減し、施工リスクを回避し、施工の進度を速めるという利点が備わる。本考案の実施例の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造は、通常の単杭基礎と比べて重力盤を増設することにより、翼板の長さおよび幅を低減し、重力盤が杭の沈下プロセスに与える影響を最大限に低めることができる。一方、重力盤は、翼板の受け力モードを改善し、翼板の曲げ変形を減少し、翼板と杭本体との接合部における応力集中及び疲労負荷を低減し、翼板の耐用年数を延ばすことができる。また、重力盤は、杭周辺の土壌体と海水との境界面に位置するため、波や海流による単杭周辺の基礎土の洗掘を抑えることができる。

好ましくは、杭翼２が杭本体を中心として周囲へ放射状で対称かつ均一に配置され、これにより、杭周辺の土壌体の抵抗力を完全に利用し、組み合せ単杭基礎の水平支持力を向上させることができる。

好ましくは、杭翼２の数が４つ以上の偶数であり、偶数である杭翼２は対称的に配置されており、組み合せ単杭基礎構造の受け力が更に均衡している。

好ましくは、杭翼２が台形構造であり、底辺が斜辺であり、その法線方向が杭本体の軸方向に垂直であるか、夾角を形成する。杭翼２は、杭翼２が杭本体の沈下プロセスに与える影響を減らすために台形であり、底辺が斜辺であるか、夾角を形成する。

好ましくは、重力盤３が鋼板、コンクリート、鉄筋コンクリートのいずれかであり、重力盤３の構造型式、材質、サイズが杭基礎の地質条件、外部荷重の大きさ、施工方式に関連し、杭本体、杭翼及び重力盤を固定接続に形成させるために水中注入技術を採用することができる。

重力盤３は、セメント注入等により杭本体１と杭翼２と固定接続すると、杭本体１、杭翼２及び重力盤３は一体構造となり、重力盤３は杭基礎の垂直荷重、水平荷重及びねじれ荷重を分担できる。重力盤３が杭本体１と杭翼２と自由接続する場合、重力盤３と杭翼２付き杭本体１は、２つの比較的独立した杭基礎構造である。重力盤３は、杭基礎の水平支持力及び回転防止抗力を向上し、単杭の横変位とねじれ変位を低減し、杭本体の曲げモーメントを低めることができる。このとき、重力盤３は杭基礎の垂直荷重を負うことができず、杭翼２付き杭本体１は上下に動くことができる。

上記の実施例は、本考案の好ましい技術的解決策にすぎなく、本考案の制限と見なされるべきではない。本出願の実施例および実施例の特徴は、矛盾なしに互いに任意に組み合わせることができる。本考案は、請求項に記載された技術的解決策における技術的特徴と等しい代替解決策を含む、請求項に記載された技術的解決策を保護範囲とするべきである。すなわち、この範囲内の同一の置換及び改良も本考案の保護範囲内にある。

１ 杭本体
２ 杭翼
３ 重力盤

Claims (6)

1. 杭本体（１）、杭翼（２）及び重力盤（３）を含み、
   前記杭翼（２）は杭本体（１）のアンカボルト固定段の上部の外壁に固定し、
   前記重力盤（３）は杭本体（１）を囲み、杭本体（１）の土壌体と海水との境界面に位置し、
   杭本体（１）、杭翼（２）及び重力盤（３）は固定または自由に接続され、
   前記重力盤（３）は剛性構造を有することを特徴とする、洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造。
2. 前記杭本体（１）は大径鋼管であり、前記杭翼（２）は鋼板であることを特徴とする、請求項１に記載の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造。
3. 複数の前記杭翼（２）は、杭本体（１）を中心として周囲へ放射状で対称かつ均一に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造。
4. 前記杭翼（２）の数目は４つ又は４つ以上の偶数であることを特徴とする、請求項３に記載の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造。
5. 前記杭翼（２）は台形構造であり、底辺は斜辺であり、その法線方向は、杭本体の軸方向に垂直であるか、夾角を形成することを特徴とする、請求項１に記載の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造。
6. 前記重力盤（３）は、鋼板、コンクリート、鉄筋コンクリートのいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の洋上風力発電用組み合せ単杭基礎構造。