CN110453714B - 一种海上风电导管架重力式筒型基础结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海上风电技术领域，公开了一种海上风电导管架重力式筒型基础结构及其施工方法，该基础结构包括钢筋混凝土圆盘，钢筋混凝土圆盘底部边缘处安装有多个弧形钢框，弧形钢框的各个分舱均设置有用于连接吸力泵阀的通气/水孔；钢筋混凝土圆盘上部安装有导管架，导管架的主腿底部分别连接有分舱筒，分舱筒与钢筋混凝土圆盘的预留槽孔之间通过灌浆连接；其施工方法包括岸上预制、浮运托航、分步沉放、灌浆连接等步骤。本发明结构形式简单，可实现陆上批量预制，适用的水深范围较广，对地质地形条件要求低，具有很强的实用性，能够明显提高装机效率、降低安装成本，实现了快速、经济、便捷的海上风电机组施工过程。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域，具体的说，是涉及一种海上基础结构及其施工方法。
背景技术
风能与太阳辐射能被认为是最符合人类发展要求的可再生资源。其中，风能又具有环境危害小、资源分布广泛、适宜就地开发等优点，可以进行大规模的利用。风力资源的主要利用形式是风力发电，分为陆上风电和海上风电两类。其中，海上风机不仅要承受巨大的风荷载，还要承受波浪、海流等复杂的环境荷载。因此，海上风机的建造，尤其是海上风机基础的建造难度要比陆上风电场困难的多。
目前较为常见的基础主要有单桩基础、高桩承台基础、重力式基础、吸力筒式基础、三脚架基础、导管架基础等。其中，单桩基础最为常见，其在施工过程中往往需要动用大型机械进行打桩，对海洋气候条件要求较高，施工成本较为高昂。重力式基础结构形式简单，对地质条件及地形的要求较低，但在运输过程中存在一定难度且适用于水深较浅的海域。导管架基础质量轻、强度高，可应用于深海领域，但现有的导管架结构底部大多采用打桩的方式固定，施工造价居高不下。
发明内容
本发明着力于解决上述技术问题，提出了一种将重力式基础、吸力筒式基础及导管架基础的优点相结合的海上风电导管架重力式筒型基础结构，并提出了其施工方法。本发明结构形式简单，可实现陆上批量预制，适用的水深范围较广，对地质地形条件要求低，具有很强的实用性，能够明显提高装机效率、降低安装成本，克服了传统海上风电基础安装工期长、工作复杂、难度大的缺点，实现了快速、经济、便捷的海上风电机组施工过程。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种海上风电导管架重力式筒型基础结构，包括钢筋混凝土圆盘，所述钢筋混凝土圆盘底部边缘处安装有多个同心圆均布的弧形钢框，每个所述弧形钢框底部开口、上部浇筑固定于所述钢筋混凝土圆盘，所述弧形钢框内部设置有分舱，所述弧形钢框的各个分舱均设置有用于连接吸力泵阀的通气/水孔；所述钢筋混凝土圆盘在所述弧形钢框之间设置有预留槽孔；所述钢筋混凝土圆盘上部安装有导管架，所述导管架的主腿底部分别连接有分舱筒，所述分舱筒与所述预留槽孔之间通过灌浆连接。
进一步地，所述弧形钢框的数量为3-6个。
进一步地，所述弧形钢框内部设置的分舱的数量为4-8个。
进一步地，所述分舱筒的数量为3-6个。
进一步地，所述分舱筒包括盖板、设置于所述盖板以上的上部筒裙和设置于所述盖板以下的下部筒裙，所述盖板上设置有灌浆孔，所述下部筒裙内部设置有分舱。
进一步地，所述分舱筒内部设置的分舱的数量为4-8个。
进一步地，所述导管架的主腿底部设置有加强弦杆和加强撑杆，所述加强弦杆的管径和壁厚均大于所述导管架的主体部分的弦杆，所述加强撑杆的管径和壁厚均大于所述导管架的主体部分的撑杆。
进一步地，所述分舱筒与所述预留槽孔之间灌浆连接所采用的灌浆材料为普通水泥浆、环氧胶泥或高强灌浆料。
一种所述海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，按照如下步骤进行：
(1)预制连接完成的所述钢筋混凝土圆盘和所述弧形钢框，预制连接完成的所述导管架和所述分舱筒；
(2)关闭所述弧形钢框的各个分舱中的通气/水孔，将连接完成的所述钢筋混凝土圆盘和所述弧形钢框、连接完成的所述导管架和所述分舱筒分别浮运至指定安装地点；
(3)打开所述弧形钢框的各个分舱中的通气/水孔，将连接完成的所述钢筋混凝土圆盘和所述弧形钢框沉放至已整平的海床上，沉放到位后通过吸力泵阀对所述弧形钢框内部各分舱抽水，使所述钢筋混凝土圆盘和所述弧形钢框继续下沉，直至***海床土体中；
(4)以沉入海床土体中的所述钢筋混凝土圆盘为导向，下放连接完成的所述导管架和所述分舱筒，使各个所述分舱筒对应放入所述钢筋混凝土圆盘的所述预留槽孔中；
(5)在所述分舱筒与所述预留槽孔之间注入灌浆材料。
本发明的有益效果是：
本发明的一种海上风电导管架重力式筒型基础结构及其施工方法，实现了将重力式基础、吸力筒式基础与导管架基础结构的有效结合，整体基础结构刚度大，稳定性强；相对于传统基础形式，其海上运输方便，且结构形式简单，适用范围较广；利用钢筋混凝土圆盘边缘的弧形钢框，可实现基础结构海上拖航，大大降低运输成本，并可以通过其泵阀***，调节其沉放过程中的水平度；不仅缩短了海上施工作业的工期，也避免了大型运输设备，成功降低施工难度，简化施工过程。
附图说明
图1是本发明所提供的海上风电导管架重力式筒型基础结构的主视图；
图2是本发明所提供的海上风电导管架重力式筒型基础结构的俯视图；
图3是本发明所提供的海上风电导管架重力式筒型基础结构的侧视图；
图4是本发明所提供的海上风电导管架重力式筒型基础结构中钢筋混凝土圆盘和弧形钢框的结构示意图；
图5是本发明所提供的海上风电导管架重力式筒型基础结构中导管架和分舱筒的结构示意图。
图中：1、钢筋混凝土圆盘；2、弧形钢框；3、导管架；4、加强弦杆；5、分舱筒；6、加强撑杆；7、预留槽孔。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1至图3所示，本实施例公开了一种海上风电导管架重力式筒型基础结构，主要包括钢筋混凝土圆盘1、弧形钢框2、导管架3、加强弦杆4、分舱筒5、加强撑杆6、预留槽孔7。
如图4所示，钢筋混凝土圆盘1为扁圆柱状的钢筋混凝土结构，其内部设置有构造钢筋。钢筋混凝土圆盘1的底部安装有三个弧形钢框2，三个弧形钢框2均位于钢筋混凝土圆盘1底部的边缘处，且在钢筋混凝土圆盘1底面同心圆均布。通常，弧形钢框2的数量为3-6个。弧形钢框2由外侧钢板、内侧钢板和两侧钢板围焊而成，外侧钢板和内侧钢板分别为不同半径的圆弧形，两侧钢板均沿钢筋混凝土圆盘1的径向设置。弧形钢框2下部不封底，其上部通过浇筑的方式连接在钢筋混凝土圆盘1中。弧形钢框2内部设置有4-8个分舱，每个分舱均设置有通气/水孔，通气/水孔开设于每个分舱对应的钢筋混凝土圆盘1上，通气/水孔连接有吸力泵阀。
钢筋混凝土圆盘1上设置有三个预留槽孔7，每个预留槽孔7设置在每相邻两个弧形钢框2之间，预留槽孔7中用于连接分舱筒5，预留槽孔7的直径大于分舱筒5。分舱筒5和预留槽孔7的数量一致，通常为3-6个。
如图5所示，钢筋混凝土圆盘1上部安装有导管架3，导管架3按照常规技术手段由构成主腿的弦杆和连接在弦杆之间的撑杆组成。本发明中的导管架3底部弦杆的管径较上部加大、壁厚较上部加厚，导管架3底部撑杆的管径较上部加大、壁厚较上部加厚，分别构成主腿底部的加强弦杆4和加强撑杆6。
导管架3以三个主腿底部的加强弦杆4分别与三个分舱筒5连接。每个分舱筒5由盖板、设置于盖板5以上的上部筒裙和设置于盖板以下的下部筒裙构成；盖板上开设有灌浆孔，该灌浆孔用于连接灌浆管道；下部筒裙内部设置有分舱，分舱的数量一般为4-8个。导管架3的加强弦杆4焊接于分舱筒5的盖板中心。
三个分舱筒5分别***钢筋混凝土圆盘1的三个预留槽孔7中，分舱筒5与预留槽孔7之间通过灌浆连接，所采用的灌浆材料为普通水泥浆、环氧胶泥或高强灌浆料。
上述海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，具体按照如下步骤进行：
(1)将钢筋混凝土圆盘1和三个弧形钢框2预制并连接完成，将导管架3和三个分舱筒5预制并连接完成；
(2)关闭三个弧形钢框2的各个分舱中的通气/水孔，将连接完成的钢筋混凝土圆盘1和弧形钢框2、连接完成的导管架3和分舱筒5分别浮运至指定安装地点；
(3)打开弧形钢框2的各个分舱中的通气/水孔，将连接完成的钢筋混凝土圆盘1和弧形钢框2沉放至已整平的海床上，沉放到位后通过吸力泵阀对弧形钢框2内部各分舱抽水，使钢筋混凝土圆盘1和弧形钢框2继续下沉，直至***海床土体中；
(4)以沉入海床土体中的钢筋混凝土圆盘1为导向，下放连接完成的导管架3和分舱筒5，使三个分舱筒5对应放入三个钢筋混凝土圆盘1的预留槽孔7中；
(5)在分舱筒5与预留槽孔7之间注入灌浆材料，并使灌浆材料充满分舱筒5的各个分舱中。
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的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，其特征在于，所述海上风电导管架重力式筒型基础结构包括钢筋混凝土圆盘，所述钢筋混凝土圆盘底部边缘处安装有多个同心圆均布的弧形钢框，每个所述弧形钢框底部开口、上部浇筑固定于所述钢筋混凝土圆盘，所述弧形钢框内部设置有分舱，所述弧形钢框的各个分舱均设置有用于连接吸力泵阀的通气/水孔；所述钢筋混凝土圆盘在所述弧形钢框之间设置有预留槽孔；所述钢筋混凝土圆盘上部安装有导管架，所述导管架的主腿底部分别连接有分舱筒，所述分舱筒与所述预留槽孔之间通过灌浆连接；
该施工方法按照如下步骤进行：
（1）预制所述钢筋混凝土圆盘和所述弧形钢框并进行连接，预制所述导管架和所述分舱筒并进行连接；
（2）关闭所述弧形钢框的各个分舱中的通气/水孔，将连接完成的所述钢筋混凝土圆盘和所述弧形钢框、连接完成的所述导管架和所述分舱筒分别浮运至指定安装地点；
（3）打开所述弧形钢框的各个分舱中的通气/水孔，将连接完成的所述钢筋混凝土圆盘和所述弧形钢框沉放至已整平的海床上，沉放到位后通过吸力泵阀对所述弧形钢框内部各分舱抽水，使所述钢筋混凝土圆盘和所述弧形钢框继续下沉，直至***海床土体中；
（4）以沉入海床土体中的所述钢筋混凝土圆盘为导向，下放连接完成的所述导管架和所述分舱筒，使各个所述分舱筒对应放入所述钢筋混凝土圆盘的所述预留槽孔中；
（5）在所述分舱筒与所述预留槽孔之间注入灌浆材料。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，其特征在于，所述弧形钢框的数量为3-6个。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，其特征在于，所述弧形钢框内部设置的分舱的数量为4-8个。
4.根据权利要求1所述的一种海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，其特征在于，所述分舱筒的数量为3-6个。
5.根据权利要求1所述的一种海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，其特征在于，所述分舱筒包括盖板、设置于所述盖板以上的上部筒裙和设置于所述盖板以下的下部筒裙，所述盖板上设置有灌浆孔，所述下部筒裙内部设置有分舱。
6.根据权利要求1所述的一种海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，其特征在于，所述分舱筒内部设置的分舱的数量为4-8个。
7.根据权利要求1所述的一种海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，其特征在于，所述导管架的主腿底部设置有加强弦杆和加强撑杆，所述加强弦杆的管径和壁厚均大于所述导管架的主体部分的弦杆，所述加强撑杆的管径和壁厚均大于所述导管架的主体部分的撑杆。
8.根据权利要求1所述的一种海上风电导管架重力式筒型基础结构的施工方法，其特征在于，所述分舱筒与所述预留槽孔之间灌浆连接所采用的灌浆材料为普通水泥浆、环氧胶泥或高强灌浆料。
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