一种海上风电嵌岩单桩基础及其施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种海上风电嵌岩单桩基础及其施工方法，包括位于中心且下端插入海床中上端位于海平面之上的钢管单桩，所述钢管单桩上端安装有风机塔筒，钢管单桩内周部或外周部间隔设置有多个固连于钢管单桩的钢管灌注桩，所述钢管灌注桩下端插入海床中上端位于海平面之上，所述钢管灌注桩下端内部灌注有混凝土嵌岩桩，所述混凝土嵌岩桩下端穿出钢管灌注桩下端并嵌固于海床基岩层中。本发明有效解决了目前国内无法实现大直径桩基全断面嵌岩施工的难题，同时提高了桩基水平承载能力与抗倾覆能力，降低了基础结构的动力响应，扩大了单桩基础的适用范围，具有极高的应用价值。
【专利说明】
一种海上风电嵌岩单桩基础及其施工方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种海上风电嵌岩单粧基础及其施工方法。
【背景技术】
[0002]由于日益严峻的能源危机和环境污染问题的加重，可再生能源的利用逐渐成为人们研究与开发的重点。近年来陆上风电有了大规模的开发，但其具有许多缺点和限制条件，因此海上风力发电以其独特优势开始进入人们视线。海上风力发电的优点有:海上风能资源储存量大同时也更稳定，海面粗糙度小、海上风湍流强度小、风切边小、开发效率更高，不存在噪音干扰、景观破坏等环境污染问题，非常适合大规模的开发。
[0003]海上风电场风机基础的结构型式可分为重力式基础、单粧基础、多柱基础、吸力式基础等。风机基础的结构选型，需从基础结构特点、自然地质条件、海上施工技术与经验以及经济性方面进行分析比较。
[0004]单粧基础一般指单根钢管粧基础，其结构特点是施工方便快捷，经济性好;单粧基础由一根钢管粧构成，其埋入深度由水深和地质条件决定。单粧基础因为成本低、施工方便而在国外获得了广泛应用，在欧洲采用单粧基础的比例达70%以上。单粧基础主要承受风、浪等水平荷载作用，其水平承载性能是其适用与否的关键。由于整体刚度相对较小，粧身位移往往较大，在波浪、风荷载作用下的结构动力响应较大，容易产生疲劳损伤甚至失效。随着海上风电规模化的开发，风力机组单机容量越来越大，5MW及以上的机组已研发成功并投入使用，采用传统的单粧型式，粧的直径和壁厚将会显著增加，既增加了成本，也增加了施工难度。同时，对于福建等部分省份近海海床覆盖层浅，为了满足基础承载力，粧基往往需要嵌岩，对于大直径单粧，目前嵌岩施工设备缺乏，很难实现大直径全断面嵌岩。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种海上风电嵌岩单粧基础及其施工方法，大大增强了基础结构的整体刚度，解决了大直径单粧嵌岩的施工难题，提高了施工效率。
[0006]本发明采用的技术方案是:一种海上风电嵌岩单粧基础，包括位于中心且下端插入海床中上端位于海平面之上的钢管单粧，所述钢管单粧上端安装有风机塔筒，钢管单粧内周部或外周部间隔设置有多个固连于钢管单粧的钢管灌注粧，所述钢管灌注粧下端插入海床中上端位于海平面之上，所述钢管灌注粧下端内部灌注有混凝土嵌岩粧，所述混凝土嵌岩粧下端穿出钢管灌注粧下端并嵌固于海床基岩层中。
[0007]进一步的，所述风机塔筒经连接法兰安装于钢管单粧上端。
[0008]进一步的，所述钢管灌注粧通过焊接固定于钢管单粧上;所述钢管单粧的直径大于5m，长度为30?100m，所述钢管灌注粧直径为1.5?3m。
[0009]本发明采用的另一技术方案是:一种海上风电嵌岩单粧基础的施工方法，包括以下步骤:(I)制作多个小直径钢管灌注粧及一个大直径钢管单粧，并将钢管灌注粧焊接在钢管单粧上组合成整体形成组合单粧；(2)将预制好的组合单粧运至施工海域的相应位置；(3)在钢管单粧上端布置打粧设备，对钢管单粧进行打粧操作，使其与钢管灌注粧组成的组合单粧垂直插入相应海床至预定深度;(4)清理钢管灌注粧内部的泥砂，并通过钢管灌注粧中孔对其底部的海床基岩进行钻孔至预定深度；(5)向钢管灌注粧中灌注混凝土形成嵌入海床中的混凝土嵌岩粧;(6)通过连接法兰将风机塔筒安装在钢管单粧上端。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:本发明有效解决了目前国内无法实现大直径粧基全断面嵌岩施工的难题，同时在圆周上增加的小直径钢管灌注粧大大增强了基础结构的整体刚度，提高了粧基水平承载能力与抗倾覆能力，减小粧身位移，降低了基础结构的动力响应，提高了施工效率，扩大了单粧基础的适用范围，具有极高的应用价值。
[0011]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
【附图说明】
[0012I图1是本发明实施例1构造示意图；
图2是本发明实施例1截面图；
图3是本发明实施例2截面图；
图中标号说明:1_钢管单粧、2-风机塔筒、3-钢管灌注粧、4-混凝土嵌岩粧、5-连接法.~~.0
【具体实施方式】
[0013]如图1?2示出本发明实施例1，一种海上风电嵌岩单粧基础，包括位于中心且下端插入海床中上端位于海平面之上的钢管单粧I，所述钢管单粧I上端安装有风机塔筒2，钢管单粧I外周部间隔设置有多个固连于钢管单粧I的钢管灌注粧3，所述钢管灌注粧3下端插入海床中上端位于海平面之上，所述钢管灌注粧3下端内部灌注有混凝土嵌岩粧4，所述混凝土嵌岩粧4下端穿出钢管灌注粧3下端并嵌固于海床基岩层中，该基础由多个钢管灌注粧3和钢管单粧I组合成整体嵌岩式组合单粧，钢管灌注粧3和钢管单粧I通过焊接连为一体，大大增强了基础结构的整体刚度，从而可以有效减小钢管单粧的直径，有效地解决了大直径单粧嵌岩的施工难题，同时在圆周上增加的小直径钢管灌注粧提高了粧基水平承载能力与抗倾覆能力，降低了基础结构的动力响应，扩大了单粧基础的适用范围，具有极高的应用价值。
[0014]在本实施例中，所述风机塔筒2经连接法兰5安装于钢管单粧I上端。
[0015]在本实施例中，所述钢管灌注粧3通过焊接固定于钢管单粧I上;所述钢管单粧I的直径大于5m，长度为30?100m，所述钢管灌注粧直径为1.5?3m。
[0016]在本实施例中，钢管灌注粧3为圆形钢管结构，且数量至少三个，并且均布在钢管单粧外周部。
[0017]如图3示出本发明实施例2，本实施例与实施例1的区别在钢管灌注粧的焊接位置不同，在本实施例中，所述钢管灌注粧焊接在钢管单粧I的内周部，且截面为U形结构。
[0018]—种海上风电嵌岩单粧基础的施工方法，包括以下步骤:(I)制作多个小直径钢管灌注粧及一个大直径钢管单粧，并将钢管灌注粧焊接在钢管单粧上组合成整体形成组合单粧;(2)将预制好的组合单粧运至施工海域的相应位置;(3)在钢管单粧上端布置打粧设备，对钢管单粧进行打粧操作，使其与钢管灌注粧组成的组合单粧垂直插入相应海床至预定深度；(4)清理钢管灌注粧内部的泥砂，并通过钢管灌注粧中孔对其底部的海床基岩进行钻孔至预定深度；(5)向钢管灌注粧中灌注混凝土形成嵌入海床中的混凝土嵌岩粧；(6)通过连接法兰将风机塔筒安装在钢管单粧上端。
[0019]步骤(I)中钢管灌注粧的直径为1.5?3m，钢管单粧直径大于5m。
[0020]本发明有效解决了大直径单粧嵌岩的施工难题，提高了施工效率，同时增强单粧基础整体刚度及其抵抗弯矩的能力，减小粧身位移，扩大了单粧基础的使用范围。
[0021]上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种海上风电嵌岩单粧基础，其特征在于:包括位于中心且下端插入海床中上端位于海平面之上的钢管单粧，所述钢管单粧上端安装有风机塔筒，钢管单粧内周部或外周部间隔设置有多个固连于钢管单粧的钢管灌注粧，所述钢管灌注粧下端插入海床中上端位于海平面之上，所述钢管灌注粧下端内部灌注有混凝土嵌岩粧，所述混凝土嵌岩粧下端穿出钢管灌注粧下端并嵌固于海床基岩层中。2.根据权利要求1所述的海上风电嵌岩单粧基础，其特征在于:所述风机塔筒经连接法兰安装于钢管单粧上端。3.根据权利要求2所述的海上风电嵌岩单粧基础，其特征在于:所述钢管灌注粧通过焊接固定于钢管单粧上;所述钢管单粧的直径大于5m，长度为30?100m，所述钢管灌注粧直径为1.5?3m。4.一种海上风电嵌岩单粧基础的施工方法，其特征在于:包括以下步骤:(I)制作多个小直径钢管灌注粧及一个大直径钢管单粧，并将钢管灌注粧焊接在钢管单粧上组合成整体形成组合单粧；(2)将预制好的组合单粧运至施工海域的相应位置；(3)在钢管单粧上端布置打粧设备，对钢管单粧进行打粧操作，使其与钢管灌注粧组成的组合单粧垂直插入相应海床至预定深度；(4)清理钢管灌注粧内部的泥砂，并通过钢管灌注粧中孔对其底部的海床基岩进行钻孔至预定深度；(5)向钢管灌注粧中灌注混凝土形成嵌入海床中的混凝土嵌岩粧;(6)通过连接法兰将风机塔筒安装在钢管单粧上端。
【文档编号】E02D27/12GK105862905SQ201610359141
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】宋启明, 陈强, 赖福梁, 王磊, 吴昀, 游先辉, 丁欢欢, 陈基生, 魏兵, 赖东璧, 张俊财
【申请人】福建省新能海上风电研发中心有限公司, 福建永福电力设计股份有限公司