本實用新型涉及一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎結(jié)構(gòu)，屬于海上風電工程技術領域。

背景技術：

重力式基礎作為海上風機的一種基礎型式，依靠自身的自重使風機垂直立于海面上，對地基要求較高，適用于堅硬的砂土或巖石地基。但傳統(tǒng)的重力式基礎型式的適用水深范圍有限，一般僅為淺水區(qū)域；且由于傳統(tǒng)重力式基礎的尺寸龐大，波浪對基礎結(jié)構(gòu)的作用力更大，制約了重力式基礎型式的應用。

隨著我國海上風電不斷發(fā)展，海上風電逐步向更深海域發(fā)展，風浪條件更為惡劣；風機單機容量也不斷增大，引起更大的水平荷載和傾覆力矩。針對我國海上風電逐步向20~50m中等水深海域發(fā)展及單機容量大型化的趨勢，桁架式基礎型式更具優(yōu)勢。一般地，桁架式基礎通過鋼管樁與海底地基相連，為了滿足設計壽命內(nèi)的抗傾覆力矩等要求，樁徑、樁長、樁間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)較大，鋼材耗費大，成本高，且打樁過程中會產(chǎn)生噪音，影響海洋生物；并且，對堅硬的砂土及巖石地基，如我國福建沿海地區(qū)，難以打樁，樁基礎型式難以應用。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是針對上述存在的問題，提供一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎結(jié)構(gòu)，通過將空腔重力式基礎與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)結(jié)合，形成可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎結(jié)構(gòu)，該組合的基礎型式兼具兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，能夠應用于20~50m水深，且地基為堅硬的砂土或巖石的海上風電場，具有適用更深水深、支撐更大容量風機、所受波浪力減小、無需打樁、無打樁噪聲、節(jié)約鋼材、安裝及運輸簡便、降低施工成本等優(yōu)點。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎結(jié)構(gòu)，包括具有空腔可拖航的重力式基礎與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)，所述重力式基礎包括預埋有對接鋼管的混凝土墩臺和混凝土空腔體，所述桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)與所述預埋對接鋼管通過灌漿材料連接，將重力式基礎與桁架式風機結(jié)構(gòu)連接為一個整體，作為海上風機基礎，支撐上部風機結(jié)構(gòu)。

在采用上述技術方案的同時，本實用新型還可以采用或者組合采用以下進一步的技術方案：

所述預埋對接鋼管為等直徑鋼管，其直徑比桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)的主腿直徑大，對接鋼管的數(shù)量與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)主腿對應，對接鋼管沿豎向均勻布置若干加強環(huán)板，加強環(huán)板與混凝土墩臺鋼筋籠連接成整體，并預埋到混凝土墩臺中。所述混凝土墩臺為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，呈圓柱或圓錐形狀，其中預埋對接鋼管，混凝土墩臺外側(cè)與混凝土空腔體加固連接；混凝土墩臺的直徑大于桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)截面的最大尺寸。

所述混凝土空腔體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括底板和圍成環(huán)狀的外側(cè)擋板，所述底板布置在海床面上，其底部通過碎石墊層整平，所述外側(cè)擋板的周邊設有拋石保護所述混凝土空腔體與混凝土墩臺的外壁圍成一個環(huán)狀腔體，該環(huán)狀腔體內(nèi)沿周向均布有多個中間擋板，相鄰兩個中間擋板之間形成局部空腔體多個局部空腔體呈輻射狀均勻分布在混凝土墩臺周圍，使得重力式基礎具有自浮及可拖航的特點。

所述桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)包括平臺、主筒體、斜撐、主腿、撐桿、插腿（或套筒），主腿及撐桿均采用截面為圓環(huán)的鋼管，撐桿傾斜交叉地焊接在主腿之間，平臺布置在主腿頂部，主筒體通過斜撐固定在平臺上，插腿（或套筒）一體式連接在主腿下端，桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)通過插腿（或套筒）插入預埋對接鋼管，并用灌漿材料將桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)與混凝土墩臺連接形成為一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎結(jié)構(gòu)。

相鄰兩根主腿之間設有多組兩兩相交的撐桿，多組兩兩相交的撐桿分別位于主腿的不同高程上，所述海上風機基礎的極端高潮位處于最上面的一組撐桿的交叉點上方，所述海上風機基礎的平均海平面處于最上面的一組撐桿的交叉點附近，所述海上風機基礎的設計低潮位處于第二組撐桿與主腿的連接處附近。

本實用新型的有益效果是：

1、采用可拖航的重力式基礎與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)組合成一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎結(jié)構(gòu)，兼具兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，適用于20~50m中等水深，并適用于堅硬地基條件的海域。

2、與傳統(tǒng)重力式基礎型式相比，可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎運輸方便，節(jié)約施工成本；該基礎型式的上部結(jié)構(gòu)剛度大、尺寸小、所受波浪力小，能支撐更大容量的風機、適用更深的海域。

3、與傳統(tǒng)樁基桁架基礎型式相比，可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎能夠適用地基為堅硬的砂土或巖石等無法打樁的地質(zhì)條件，具有無需打樁、無打樁噪音、安裝簡便、節(jié)約鋼材等優(yōu)點。

4、將空腔重力式混凝土基礎與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4分開運輸再組裝的分體施工方法，可以有效地減少對碼頭吊裝能力的要求和對重力式混凝土基礎的自浮力需求，并降低了重力式混凝土基礎的重心，有效地避免拖航運輸過程中因重心偏高易于傾覆的風險。

5、將空腔重力式混凝土基礎與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4在陸地上組裝后再整體運輸安裝的整體施工方法，可以有效地減少海上施工、提高施工效率，極大地減少對運輸船舶設備的需求，降低施工成本。

附圖說明

圖1是本實用新型的可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎的剖視圖。

圖2是本實用新型的可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎的局部視圖。

圖3是圖1的I-I向視圖。

具體實施方式

如圖所示，本實用新型的為應用于海上風電的可拖航桁架-重力式組合的海上風機基礎結(jié)構(gòu)，包括：具有空腔可拖航的重力式基礎與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)，所述重力式基礎包括預埋有對接鋼管1的混凝土墩臺2和混凝土空腔體3，所述桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4與所述預埋對接鋼管1通過灌漿材料5連接，將重力式基礎與桁架式風機結(jié)構(gòu)連接為一個整體，作為海上風機基礎，支撐上部風機結(jié)構(gòu)。

所述對接鋼管1為等直徑鋼管，其直徑比桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4的主腿直徑大，所述對接鋼管1的數(shù)量與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4的主腿對應，所述對接鋼管1沿豎向均勻布置有多個加強環(huán)板6，所述加強環(huán)板6與混凝土墩臺2的鋼筋籠連接成整體，并預埋到混凝土墩臺2中。

所述混凝土墩臺2為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，呈圓柱或圓錐形狀，其中預埋對接鋼管1，混凝土墩臺2的外側(cè)與混凝土空腔體3加固連接；混凝土墩臺2的直徑大于桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4的截面的最大尺寸。

所述混凝土空腔體3為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括底板3-3和圍成環(huán)狀的外側(cè)擋板3-1，所述底板3-3布置在海床面7上，其底部通過碎石墊層8整平，所述外側(cè)擋板3-1的周邊設有拋石保護9；所述混凝土空腔體3與混凝土墩臺2的外壁圍成一個環(huán)狀腔體，該環(huán)狀腔體內(nèi)沿周向均布有多個中間擋板3-2，相鄰兩個中間擋板3-2之間形成局部空腔體3-4多個局部空腔體3-4呈輻射狀均勻分布在混凝土墩臺2周圍，使得重力式基礎具有自浮及可拖航的特點。

所述桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4包括平臺4-1、主筒體4-2、斜撐4-3、主腿4-4、撐桿4-5、插腿（或套筒）4-6，主腿4-4及撐桿4-5均采用截面為圓環(huán)的鋼管，撐桿4-5傾斜交叉地焊接在主腿4-4之間，平臺4-1布置在主腿4-4頂部，主筒體4-2通過斜撐4-3固定在平臺4-1上，插腿（或套筒）4-6一體式連接在主腿4-4下端，桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4通過插腿（或套筒）4-6插入預埋對接鋼管1，并用灌漿材料5將桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4與混凝土墩臺2連接形成為一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風機基礎結(jié)構(gòu)。

相鄰兩根主腿4-4之間設有多組兩兩相交的撐桿4-5，多組兩兩相交的撐桿4-5分別位于主腿4-4的不同高程上，所述海上風機基礎的極端高潮位處于最上面的一組撐桿4-5的交叉點上方，所述海上風機基礎的平均海平面處于最上面的一組撐桿4-5的交叉點附近，所述海上風機基礎的設計低潮位處于第二組撐桿4-5與主腿4-4的連接處附近。

平臺4-1、主筒體4-2、斜撐4-3、主腿4-4、撐桿4-5、插腿（或套筒）4-6在工廠內(nèi)加工制作，將制作好的鋼構(gòu)件通過焊接連接成一個整體的桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4。在工廠內(nèi)加工制作對接鋼管1構(gòu)件，通過在對接鋼管構(gòu)件豎向焊接若干均勻分布的加強環(huán)板組成對接鋼管1。

根據(jù)重力式基礎的尺寸布置，在陸地上軋制混凝土墩臺2、空腔體中間擋板3-2、外擋板3-1及底部3-3的鋼筋，將加工好的加強對接鋼管1放入混凝土墩臺2相應的位置，并接與軋制好的鋼筋籠焊接連接，然后澆筑混凝土，形成可拖航的空腔重力式混凝土基礎并進行養(yǎng)護。

本實施例在施工過程中，可根據(jù)工程場區(qū)及施工設備等情況，選擇將空腔重力式混凝土基礎與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4分開運輸至海上風電場區(qū)，再分別安裝的分體施工方法，或先在陸地上將空腔重力式混凝土基礎與桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4組裝成整體，然后再將基礎整體運輸至場區(qū)安裝的整體施工方法。

對于第一種情況，其具體的施工步驟如下：

a、分別在陸地上制作重力式基礎和桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)。

b、對風機機位的海床進行整理，包括海床平整、地基鋪設碎石墊層操作。

c、根據(jù)碼頭的設備條件，可用吊機或氣囊滾運下水方式先將養(yǎng)護好的重力式混凝土基礎吊入海里，依靠空腔體的浮力將整個重力式混凝土基礎自浮于海面上；然后用拖船將重力式混凝土基礎拖航至風電場相應機位，通過向空腔內(nèi)緩慢注水使重力式基礎沉至海床；然后對重力式混凝土基礎的空腔進行拋石操作，將空腔體填滿石塊。

d、再將桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4運輸至風機機位，通過吊機將桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4放入海里，吊裝過程中桁架支撐結(jié)構(gòu)4的插腿（或套筒）4-6與預埋的對接鋼管1進行對接；最后對插腿（或套筒）4-6與預埋的對接鋼管1之間的空隙進行灌漿操作，通過灌漿材料5將桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4與重力式基礎進行連接形成整體；最后吊裝塔筒及風機。

對于第二種情況，其具體的施工步驟如下：

a、分別在陸地上制作重力式基礎和桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)。

b、對風機機位的海床進行整理，包括海床平整、地基鋪設碎石墊層操作。

c、在陸地上分別制作桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4和預制空腔重力式混凝土基礎，然后在碼頭上將制作好的桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4插入混凝土墩臺2的預埋對接鋼管1中，通過灌漿使桁架式風機支撐結(jié)構(gòu)4與空腔重力式基礎組成整體以支撐上部風機。

d、根據(jù)碼頭的設備條件，可用吊機或氣囊滾運下水方式將桁架-重力式組合的海上風機基礎整體吊入海里，依靠空腔體的浮力將整個基礎自浮于海面上；然后用拖船將該基礎整體拖航至風電場相應機位，通過向空腔內(nèi)緩慢注水使基礎沉至海床；然后對該基礎的空腔內(nèi)進行拋石操作，將空腔體填滿石塊；最后吊裝塔筒及風機。