CN109356189A - 一种桩筒复合导管架风机基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桩筒复合导管架风机基础及其施工方法。其中，桩筒复合导管架风机基础包括：支撑桁架；至少一个吸力筒，每一所述吸力筒具有嵌入海床的开口端及相对所述开口端的封闭端，所述封闭端具有连通所述吸力筒内腔的抽水孔和打桩孔；所述支撑桁架固定安装于每一所述吸力筒的所述封闭端，以由所述至少一个吸力筒支撑；至少一个固定桩，每一所述固定桩穿设于对应的一所述吸力筒的所述打桩孔，并由对应的所述吸力筒的所述开口端穿出。如此，由于固定桩的设置可适当减小吸力筒嵌入海床的深度，从而降低了施工过程中吸力筒内负压的控制难度，不容易出现土塞或者管涌现象，降低了施工难度，使其更加适应复杂分层海床。

Description

一种桩筒复合导管架风机基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种海上平台技术领域，特别是涉及一种桩筒复合导管架风机基础及其施工方法。

背景技术

与陆地风电场相比，海上风电场主要具有如下优点：不占用土地资源，基本不受地形地貌影响，风速更高，风电机组单机容量更大(3～5兆瓦)，年利用小时数更高。

近年来，随着海上风电场的发展，吸力筒基础开始应用于海上风电场。吸力筒基础是通过在吸力筒内产生负压从而逐渐嵌入海底土层，进而实现固定。对于均质砂层海床，吸力筒基础具有施工简单、建造成本低的优点。但是，对于复杂分层土海床，由于每层土层的土体性质差异较大，例如上层为软黏土，下层为砂土，吸力筒穿过各层土体所需的负压大小不同，导致吸力筒基础施工过程吸力筒的负压控制难度较大，容易出现土塞或管涌现象，施工难度大。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中对于复杂分层土海床，传统的吸力筒基础施工过程中吸力筒的负压控制难度较大，容易出现土塞或管涌现象，施工难度大的问题，提供一种改善上述缺陷的桩筒复合导管架风机基础及其施工方法。

桩筒复合导管架风机基础，包括：

支撑桁架；

至少一个吸力筒，每一所述吸力筒具有嵌入海床的开口端及相对所述开口端的封闭端，所述封闭端具有连通所述吸力筒内腔的抽水孔和打桩孔；所述支撑桁架固定安装于每一所述吸力筒的所述封闭端，以由所述至少一个吸力筒支撑；

至少一个固定桩，每一所述固定桩穿设于对应的一所述吸力筒的所述打桩孔，并由对应的所述吸力筒的所述开口端穿出。

上述桩筒复合导管架风机基础，吸力筒嵌入海床内以固定于海床，从而固定支撑桁架。并且，每一固定桩穿设于对应的一吸力筒的打桩孔，并由该吸力筒的开口端穿出而固定于海床，从而进一步加固了吸力筒与海床的连接强度，提升了风机基础的承载能力。如此，由于固定桩的设置可适当减小吸力筒嵌入海床的深度，从而降低了施工过程中吸力筒内负压的控制难度，不容易出现土塞或者管涌现象，降低了施工难度，使其更加适应复杂分层海床。

在一个实施例中，当所述吸力筒包括多个时，多个所述吸力筒沿所述支撑桁架的周向间隔布设。如此，使得支撑桁架更加平稳。

在一个实施例中，所述固定桩包括桩本体及连接于所述桩本体一端的胀紧部，所述胀紧部穿设于对应的所述打桩孔，并与所述打桩孔胀紧配合。如此，当固定桩被打入海床指定深度后，固定桩的胀紧部进入打桩孔，并与打桩孔胀紧配合，从而将吸力筒与固定桩固定连接，进一步增加了该风机基础的承载能力。

在一个实施例中，所述胀紧部由靠近所述桩本体的一端向远离所述桩本体的一端径向尺寸逐渐增大，且所述胀紧部靠近所述桩本体的一端径向尺寸小于或等于所述打桩孔的径向尺寸，所述胀紧部远离所述桩本体的一端径向尺寸大于所述打桩孔的径向尺寸。如此，在液压锤打桩过程中，随着固定桩逐步打入海床，其胀紧部逐步进入打桩孔，直到胀紧部与打桩孔胀紧而固定连接。

在一个实施例中，所述支撑桁架包括至少一根支撑柱；

所述支撑柱与所述吸力筒一一对应，每一所述支撑柱的一端固定连接于对应的一所述吸力筒的所述封闭端。

在一个实施例中，每一所述支撑柱与对应的所述吸力筒的所述封闭端之间连接有多个加强筋板，所述多个加强筋板沿对应的所述支撑柱的周向间隔布设。如此，增加了支撑桁架与吸力筒的连接强度。

在一个实施例中，每一所述加强筋板由所述支撑柱沿所述封闭端表面延伸至所述封闭端的边缘。如此，增加了加强筋板与吸力筒的连接强度，即增加了支撑桁架与吸力筒的连接强度。并且，增大了吸力筒承载支撑桁架的支持面积，增强了吸力筒的承载能力。同时，增强了吸力筒封闭端的强度，降低了在施工过程中封闭端受力变形的风险。

如上任一实施例中所述的桩筒复合导管架风机基础的施工方法，包括步骤：

将组装呈一体的所述支撑桁架及所述至少一个吸力筒整体下沉于海床，使得所述吸力筒的开口端接触海床而被封闭；

关闭所述吸力筒的所述打桩孔；

通过所述抽水孔向所述吸力筒外抽水，以在所述吸力筒内形成负压，使得所述吸力筒继续下沉而嵌入海床；

打开所述吸力筒的所述打桩孔；

在所述吸力筒的所述打桩孔穿设一所述固定桩，并将所述固定桩***海床。

在一个实施例中，在所述吸力筒的所述打桩孔穿设一所述固定桩，并使所述固定桩***海床的步骤包括：

将所述固定桩穿设于对应的所述打桩孔，并通过液压锤将所述固定桩打入海床，使得所述胀紧部与所述打桩孔胀紧配合。

附图说明

图1为本发明一实施方式中的桩筒复合导管架风机基础主视图；

图2为图1所示的桩筒复合导管架风机基础的俯视图；

图3为图1所示的桩筒复合导管架风机基础的固定桩的结构示意图；

图4为本发明一实施方式中的桩筒复合导管架风机基础的施工方法流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1示出了本发明一实施例中的桩筒复合导管架风机基础的主视图。图2示出了图1所示的桩筒复合导管架风机基础的俯视图。

如图1及图2所示，本发明一实施例中的桩筒复合导管架风机基础，包括支撑桁架10、至少一个吸力筒20及至少一个固定桩30。

支撑桁架10用于搭载功能设备，例如风电设备。每一吸力筒20具有嵌入海床100的开口端22及相对该开口端22的封闭端21。封闭端21具有连通吸力筒20内腔的抽水孔23(见图2)和打桩孔24(见图2)。支撑桁架10固定安装于每一吸力筒20的封闭端21，以由各吸力筒20支撑。每一固定桩30穿设于对应的一吸力筒20的打桩孔24，并由对应的吸力筒20的开口端22穿出。

上述桩筒复合导管架风机基础，吸力筒20嵌入海床100内以固定于海床100，从而固定支撑桁架10。并且，每一固定桩30穿设于对应的一吸力筒20的打桩孔，并由该吸力筒20的开口端穿出而固定于海床100，从而进一步加固了吸力筒20与海床100的连接强度，提升了风机基础的承载能力。如此，由于固定桩30的设置可适当减小吸力筒20嵌入海床100的深度，从而降低了施工过程中吸力筒20内负压的控制难度，不容易出现土塞或者管涌现象，降低了施工难度，使其更加适应复杂分层海床100。

可以理解的是，吸力筒20嵌入海床100的深度降低，使得在施工过程中，吸力筒20承受的压力减小，从而有效降低了吸力筒20受力变形的风险。

还可以理解的是，抽水孔23用于连接抽水装置，以将吸力筒20内的水抽出，使得吸力筒20内形成负压。并且，可通过该抽水孔23排除吸力筒20内的空气。

需要说明的是，由于将固定桩30***海床100相比吸力筒20嵌入海床100施工难度较小，容易实现。因此，在满足桩筒复合导管架风机基础承载能力的前提下，可适当增加固定桩30***海床100的深度，从而可对应地适当降低吸力筒20嵌入海床100的深度，使得该桩筒复合导管架风机基础更加适应复杂分层海床100。

还需要说明的是，每一吸力筒20的封闭端21可具有多个打桩孔24，每个打桩孔24穿设有一固定桩。如此，进一步增强了风机基础的承载能力，从而可进一步减小吸力筒20嵌入海床的深度，从而降低了施工过程中吸力筒20内负压的控制难度，不容易出现土塞或者管涌现象，降低了施工难度，使其更加适应复杂分层海床100。

还需要说明的是，本发明的桩筒复合导管架风机基础可用于搭载风电设备形成海上风机，但不仅限于应用于海上风机，还可用于与其它方面，例如海上测风塔等等。

本发明的实施例中，该桩筒复合导管架风机基础还包括设置于吸力筒20的封闭端21的密封盖(图未示)，该密封盖可用于盖合打桩孔24。当需要在吸力筒20的内腔内形成负压时，将密封盖盖合于打桩孔24，以密封该打桩孔24，便于吸力筒20的内腔形成负压。当需要***固定桩30时，密封盖打开该打桩孔24。需要说明的是，该密封盖可与吸力筒20的封闭端21通过锁扣的方式连接，也可以通过现有技术中其它的方式连接，只要能够实现密封盖可盖合打桩孔24和打开打桩孔24即可。

本发明的实施例中，当吸力筒20包括多个时，多个吸力筒20沿支撑桁架10的周向间隔布设。如此，使得支撑桁架10更加平稳。可选地，吸力筒20包括2至6个。优选地，吸力筒20包括4个。

具体到实施例中，多个吸力筒20沿支撑桁架10的周向等间隔布设。如此，进一步提升了支撑桁架10的稳定性。

图3示出了图1所示的桩筒复合导管架风机基础的固定桩的结构示意图。

请一并参见图3，本发明的实施例中，固定桩30包括桩本体32及连接于桩本体32一端的胀紧部34，胀紧部34穿设于对应的打桩孔24，并与该打桩孔24胀紧配合。如此，当固定桩30被打入海床100指定深度后，固定桩30的胀紧部34进入打桩孔24，并与打桩孔24胀紧配合，从而将吸力筒20与固定桩30固定连接，进一步增加了该桩筒复合导管架风机基础的承载能力。

一些实施例中，胀紧部34由靠近桩本体32的一端向远离桩本体32的一端的径向尺寸逐渐增大。胀紧部34靠近桩本体32一端的径向尺寸小于或等于所述打桩孔24的径向尺寸。胀紧部34远离桩本体32一端的径向尺寸大于打桩孔24的径向尺寸。如此，在液压锤打桩过程中，随着固定桩30逐步打入海床100，其胀紧部34逐步进入打桩孔24，直到胀紧部34与打桩孔24胀紧而固定连接。

具体到实施例中，胀紧部34呈锥形。

一些实施例中，桩本体32的径向尺寸小于所述打桩孔24的径向尺寸。具体地，桩本体32为管件。可选地，桩本体32为钢管。

具体到实施例中，胀紧部34靠近桩本体32的一端的径向尺寸等于桩本体32的径向尺寸。

具体到实施例中，胀紧部34靠近桩本体32的一端与桩本体32光滑过渡。如此，防止在液压锤打桩过程中，固定桩30的胀紧部34与打桩孔24周边的封闭端21表面相抵，从而导致胀紧部34无法进入打桩孔24。

一些实施例中，固定桩30还包括连接于胀紧部34远离桩本体32一端的击打部36，用于承受液压锤的冲击力。具体地，击打部36的径向尺寸大于或等于胀紧部34远离桩本体32一端的径向尺寸。

具体到实施例中，固定桩30一体成形，以保证固定桩30的强度。

本发明的实施例中，支撑桁架10包括至少一根支撑柱11。支撑柱11与吸力筒20一一对应，每一支撑柱11的一端固定连接于对应的一吸力筒20的封闭端21。

一些实施例中，当支撑柱11包括多根时，相邻两支撑柱11之间连接有连接杆12。如此，实现了多根支撑柱11固定连接。

一些实施例中，支撑柱11与对应的吸力筒20的封闭端21之间连接有多个加强筋板40，多个加强筋板40沿对应的支撑柱11的周向间隔布设。如此，增加了支撑桁架10与吸力筒20的连接强度。优选地，每个支撑柱11对应设置12个加强筋板40。

具体到实施例中，每个加强筋板40由支撑柱11沿对应的封闭端21表面延伸至该封闭端21的边缘。如此，增加了加强筋板40与吸力筒20的连接强度，即增加了支撑桁架10与吸力筒20的连接强度。并且，增大了吸力筒20承载支撑桁架10的支持面积，增强了吸力筒20的承载能力。同时，增强了吸力筒20封闭端21的强度，降低了在施工过程中封闭端21受力变形的风险。

一些实施例中，支撑桁架10还包括靠船件13，靠船件13固定安装于支撑桁架10的一侧，用于船只停靠时与船接触起到缓冲船只冲击力的作用。可以理解的是，靠船件13具有弹性。

一些实施例中，支撑桁架10还包括爬梯14，爬梯14设置于支撑桁架10具有靠船件13的一侧，并由该靠船件13延伸至支撑桁架10远离吸力筒20的一端。如此，方便施工、安装、检修等人员上、下支撑桁架10。

一些实施例中，支撑柱11及连接杆12均为管件，例如钢管。如此，在保证支撑柱11及连接杆12具有一定强度的同时减轻了支撑桁架10的重量。

一些实施例中，支撑桁架10远离吸力筒20的一端端面具有操作平台15，用于搭载相应的功能设备，例如风电设备。

具体到实施例中，操作平台15具有用于安装功能设备的安装法兰(图未示)。如此，方便了功能设备的安装与拆卸。

本发明的实施例中，吸力筒20完全嵌入海床100。支撑桁架10由该吸力筒20的封闭端21伸出海平面。进一步地，靠船件13位于海平面之上。

请一并参见图4所示，为了更好的理解本发明的技术方案，本发明的一实施例还提供一种如上任一实施例中所述的桩筒复合导管架风机基础的施工方法，具体包括步骤：

S100：将组装呈一体的支撑桁架10及各个吸力筒20整体下沉于海床100，使得吸力筒20的开口端22接触海床100而被封闭；

具体地，吸力筒20的开口端22朝向海床100，支撑桁架10支撑安装于各个吸力筒20的封闭端21。支撑桁架10及各个吸力筒20整体通过重力下沉至海床100。此时，各个吸力筒20的开口端22与海床100接触而被封闭。

可以理解的是，支撑桁架10与各个吸力筒20可在陆地上制造并完成组装。然后，通过拖船运送至指定海域。

S200：关闭吸力筒20的打桩孔24；

需要说明的是，步骤S200可在步骤S100之后执行，也可在步骤S100之前执行。

S300：通过抽水孔23向吸力筒20外抽水，以在吸力筒20内形成负压，使得吸力筒20在该负压的作用下继续下沉，从而嵌入海床100；

具体地，各个吸力筒20同步通过各自的抽水孔23向外抽水，使得各个吸力筒20同步下沉，从而嵌入海床100。

S400：打开吸力筒20的打桩孔24；

S500：在吸力筒20的打桩孔24穿设一固定桩30，并将固定桩30***海床100；

具体地，首先将固定桩30穿设于对应的打桩孔24内，然后利用液压锤将固定桩30打入海床100，使得胀紧部34与打桩孔24胀紧配合，从而使固定桩30与对应的吸力筒20固定连接。

基于上述桩筒复合导管架风机基础，本发明的实施例中还提供一种海上风机，包括如上任一实施例中所述的桩筒复合导管架风机基础及固定安装于支撑桁架10远离吸力筒20一端的风电设备。该风电设备用于将风能转换成电能并输出。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.桩筒复合导管架风机基础，其特征在于，包括：

支撑桁架；

至少一个吸力筒，每一所述吸力筒具有嵌入海床的开口端及相对所述开口端的封闭端，所述封闭端具有连通所述吸力筒内腔的抽水孔和打桩孔；所述支撑桁架固定安装于每一所述吸力筒的所述封闭端，以由所述至少一个吸力筒支撑；

至少一个固定桩，每一所述固定桩穿设于对应的一所述吸力筒的所述打桩孔，并由对应的所述吸力筒的所述开口端穿出。

2.根据权利要求1所述的桩筒复合导管架风机基础，其特征在于，当所述吸力筒包括多个时，多个所述吸力筒沿所述支撑桁架的周向间隔布设。

3.根据权利要求1所述的桩筒复合导管架风机基础，其特征在于，所述固定桩包括桩本体及连接于所述桩本体一端的胀紧部，所述胀紧部穿设于对应的所述打桩孔，并与所述打桩孔胀紧配合。

4.根据权利要求3所述的桩筒复合导管架风机基础，其特征在于，所述胀紧部由靠近所述桩本体的一端向远离所述桩本体的一端径向尺寸逐渐增大，且所述胀紧部靠近所述桩本体的一端径向尺寸小于或等于所述打桩孔的径向尺寸，所述胀紧部远离所述桩本体的一端径向尺寸大于所述打桩孔的径向尺寸。

5.根据权利要求1所述的桩筒复合导管架风机基础，其特征在于，所述支撑桁架包括至少一根支撑柱；

所述支撑柱与所述吸力筒一一对应，每一所述支撑柱的一端固定连接于对应的一所述吸力筒的所述封闭端。

6.根据权利要求5所述的桩筒复合导管架风机基础，其特征在于，所述支撑柱与对应的所述吸力筒的所述封闭端之间连接有多个加强筋板，所述多个加强筋板沿对应的所述支撑柱的周向间隔布设。

7.根据权利要求6所述的桩筒复合导管架风机基础，其特征在于，每一所述加强筋板由所述支撑柱沿所述封闭端表面延伸至所述封闭端的边缘。

8.如权利要求1至7任一项所述的桩筒复合导管架风机基础的施工方法，其特征在于，包括步骤：

将组装呈一体的所述支撑桁架及所述至少一个吸力筒整体下沉于海床，使得所述吸力筒的开口端接触海床而被封闭；

关闭所述吸力筒的所述打桩孔；

通过所述抽水孔向所述吸力筒外抽水，以在所述吸力筒内形成负压，使得所述吸力筒继续下沉而嵌入海床；

打开所述吸力筒的所述打桩孔；

在所述吸力筒的所述打桩孔穿设一所述固定桩，并将所述固定桩***海床。

9.根据权利要求8所述的桩筒复合导管架风机基础的施工方法，其特征在于，在所述吸力筒的所述打桩孔穿设一所述固定桩，并使所述固定桩***海床的步骤包括：

将所述固定桩穿设于对应的所述打桩孔，并通过液压锤将所述固定桩打入海床，使得所述胀紧部与所述打桩孔胀紧配合。