CN102995655A - 筒型结构与群桩组合式海上风力机地基基础 - Google Patents

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练继建
王海军
丁红岩
燕翔
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Abstract

本发明公开了一种筒型结构与群桩组合式风力机地基基础，包括筒型钢壁和设置在其顶部的混凝土顶盖，混凝土顶盖上浇筑有多个沿其径向设置的预应力梁、多个联系梁和预应力连接段，预应力连接段垂直设置在混凝土顶盖的中心处，多个预应力梁沿预应力连接段的周向均布在其***，在相邻的两个预应力梁之间均设有联系梁，每个联系梁的中部均预埋有导管，导管内设有打入地基的钢管桩，钢管桩和导管之间灌注有高强砂浆。本发明既具有筒型基础抗水平力、竖向力强的优势，也具备了桩基础抗地基液化好的优势。同时，结构可实现陆上批量预制、筒型结构海上浮运，降低了海上施工时间、以及施工的难度。因此该种风力机地基基础具有很高的经济性。

Description

筒型结构与群桩组合式海上风力机地基基础
技术领域
本发明涉及海上风电基础型式，是在传统的单桩、多桩基础上发展出来的，将复合筒型结构与群桩相结合的一种新型的海上风力机地基基础结构型式。
背景技术
现今全球能源日趋紧张，风能作为绿色清洁可再生能源已受到各国能源开发者的青睐。据统计全球可开发风能总量约为200亿kW，是水电可开发总量的十倍。近年来风电发展迅猛，其市场每年都以40%的速度在增长，预计到2020年，世界风电总装机容量将达到12.6亿kW，占世界总需求量的12%。较之内陆而言海上风电具有风流态好、不占用土地、年利用小时高等优点。就我国而言，近海风能资源预计可达7.5亿kW，是陆上风能资源的3倍，海上风电开发势必成为我国未来电力开发的重点。
由于海上环境复杂，以及风力机地基基础主要承受巨大的弯矩荷载，导致海上风力机地基基础的结构受力状态复杂和建造费用居高不下。目前来说，海上风力机地基基础主要有三种型式，分别如下：单桩基础、多桩基础和重力式基础。多桩基础中常见的有高桩承台基础、三脚架基础等。近年来，天津大学提出了一种新型的海上风力机地基基础结构，称之为复合筒型基础，并在江苏启东海域成功建造了样机，运行状况良好。
随着风力机制造技术的进步，海上风力机容量越来越大。目前应用最多的是单桩基础，随容量增加，单桩的直径越来越大，3MW风力机单桩基础桩直径已经到达了4.5m，甚至更大。桩直径的增大，对于海上打桩设备以及海上施工都提出了更高的要求。高桩承台基础在我国东海大桥海上风电场已有应用，但其海上浇筑混凝土所带来的较长的海上施工工期目前无有效的办法克服。较长的施工工期将会推高海上施工的费用，以及增加整个工程的建设工期。三脚架基础，属于导管架基础的一种，通常建造费用都比较高昂。重力式基础，通常建造在岩基上，对地基的承载力要求高，因此其适用范围较小。复合筒型基础对软土地基的适用性较强。由于其属于浅基础类型，在低地震烈度区域，该类型基础比较适用，但在高地震烈度区域，地震液化可能对其安全性带来影响。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种筒型结构与群桩组合式海上风力机地基基础。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种筒型结构与群桩组合式风力机地基基础，包括筒型钢壁和设置在其顶部的混凝土顶盖，所述混凝土顶盖上浇筑有多个沿其径向设置的预应力梁、多个联系梁和预应力连接段，所述预应力连接段垂直设置在所述混凝土顶盖的中心处，多个所述预应力梁沿所述预应力连接段的周向均布在其***，在相邻的两个所述预应力梁之间均设有所述联系梁，每个所述联系梁的中部均预埋有导管，所述导管内设有打入地基的钢管桩，所述钢管桩和所述导管之间灌注有高强砂浆。
所述筒型钢壁内设有多个分舱板，所有所述分舱板以蜂窝状布置在所述筒型钢壁内部。
本发明具有的优点和积极效果是：既具有筒型基础抗水平力、竖向力强的优势，也具备了桩基础抗地基液化好的优势。同时，结构可实现陆上批量预制、筒型结构海上浮运，降低了海上施工时间、以及施工的难度。因此该种风力机地基基础具有很高的经济性。本发明解决了桩直径过大、海上混凝土浇筑导致施工工期较长、导管架基础价格高昂、高地震烈度区域地基液化等问题，并且具有海上施工简单、钢材用量少、经济效益高的特点，适用于地基表层有一定厚度的软土地基。且单机机组容量越大，优势越明显。
附图说明
图1筒型结构与群桩组合式海上风力机地基基础纵剖面图。
图2筒型结构与群桩组合式海上风力机地基基础俯视图。
图中：1、筒型钢壁；2、分舱板；3、混凝土盖板；4、预应力梁；5、联系梁；6、导管；7、钢管桩；8、预应力连接段；9、法兰；10、高强砂浆；11、风机塔筒。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图2，一种筒型结构与群桩组合式风力机地基基础，包括多边形或和设置在其顶部的混凝土顶盖3，混凝土顶盖3与筒型钢壁1紧密连接；筒型钢壁1内部设有多个以蜂窝状布置的分舱板2，混凝土顶盖3的中心处设有与其垂直的预应力连接段8，在预应力连接段8的周围设有多个沿混凝土顶盖3径向设置的预应力梁4，所有预应力梁4均布在预应力连接段8的***，在相邻的两个预应力梁之间均设有联系梁5，所有联系梁5沿环向均匀布置，预应力梁4、联系梁5、混凝土盖板3、预应力连接段8浇筑连接为一整体；连系梁中部预埋有导管6，导管6内设有打入地基的钢管桩7，钢管桩7与导管6之间灌注有高强砂浆10，钢管桩7与导管6之间通过高强砂浆10相互连接为一整体；预应力连接段顶部预埋有法兰9，基础通过法兰9与风机塔筒11连接。
在本实施例中，筒外径30m，钢壁厚30mm，高度8m；混凝土顶盖厚0.5m；预应力梁高1.2m，宽0.6m；连系梁高1.2m，宽1.2m；导管壁厚20mm，内径0.62m；预应力连接段高度6m，外径10m，壁厚0.8m；钢管桩直径0.6m，壁厚40mm，桩长50m。
上述基础的具体施工过程：1）多边形或圆形钢壁与分舱隔板预制；2）混凝土顶盖、预应力梁、联系梁、预应力连接段预制，其中联系梁中预埋导管；3）采用浮运的方式，将筒型结构运输到指定安装地点；4）采用重力自沉和负压技术将筒型结构沉入地基，并确保顶盖与地基相互接触；5）通过联系梁上导管，将钢管桩打入地基；6）钢管桩打入预定位置后，将高强砂浆灌入钢管桩与导管间隙中，使其成为一整体；7）基础安装完毕，吊装安装风机。
本发明结合了筒型基础和桩基础的优势，并且采用陆上预制主体结构、海上快速打桩，缩短了海上施工工期，提高了经济效益。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种筒型结构与群桩组合式风力机地基基础，其特征在于，包括筒型钢壁和设置在其顶部的混凝土顶盖，所述混凝土顶盖上浇筑有多个沿其径向设置的预应力梁、多个联系梁和预应力连接段，所述预应力连接段垂直设置在所述混凝土顶盖的中心处，多个所述预应力梁沿所述预应力连接段的周向均布在其***，在相邻的两个所述预应力梁之间均设有所述联系梁，每个所述联系梁的中部均预埋有导管，所述导管内设有打入地基的钢管桩，所述钢管桩和所述导管之间灌注有高强砂浆。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述筒型钢壁内设有多个分舱板，所有所述分舱板以蜂窝状布置在所述筒型钢壁内部。
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