專利名稱：一種鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海上風(fēng)電機(jī)組的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，具體的說是一種鋼-混凝 土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其成本決 定了海上風(fēng)電場(chǎng)能否實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，成為傳統(tǒng)能源的替代能源。
目前，海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要有重力式結(jié)構(gòu)、單樁結(jié)構(gòu)、三 角架結(jié)構(gòu)、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)和浮式結(jié)構(gòu)。其中，重力式結(jié)構(gòu)適用的最大水
深為10m，單樁結(jié)構(gòu)的適用水深為10 30m，三角架結(jié)構(gòu)的適用水深 為30 40m，導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的適用水深為40 50m，而浮式結(jié)構(gòu)的適用 水深則為50m以上。其成本也隨結(jié)構(gòu)形式和水深兩個(gè)因素增長(zhǎng)，如 相同水深條件下，單樁結(jié)構(gòu)的成本大于重力式結(jié)構(gòu)，三角架結(jié)構(gòu)的成 本大于單樁結(jié)構(gòu)，導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的成本大于三角架結(jié)構(gòu)，浮式結(jié)構(gòu)的成 本大于導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)。
海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的成本是制約海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展的瓶頸，它 占海上風(fēng)電場(chǎng)總投資的14 16%,而陸上風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的成本只占 3 5%，由此可見，降低海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成本具有極其重要的 意義，在某種程度上，決定了海上風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展。因此，發(fā)展低成 本的海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重中之重。國(guó)內(nèi)外都投 入了大量的人力和物力開展相關(guān)的研究工作，由于混凝土結(jié)構(gòu)的成本 低于鋼結(jié)構(gòu)，歐洲則已經(jīng)把開發(fā)重點(diǎn)放在混凝土重力式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的研 究，重點(diǎn)是施工方法。
目前，國(guó)內(nèi)外的海上風(fēng)電場(chǎng)均建在20m以下水深的海域，而混凝 土重力式結(jié)構(gòu)的適用水深最大為10m。其原因是混凝土重力式結(jié)構(gòu)的立柱和承臺(tái)比較重，隨著水深的增加，立柱和承臺(tái)的高度增大，從而 重心提高，使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低。此外，傳統(tǒng)的重力式結(jié)構(gòu)不適用軟 基海底和沖刷海底，因此，使重力式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到極大的限制。目
前，20m以下水深的海上風(fēng)電場(chǎng)多采用單樁結(jié)構(gòu)，使海上風(fēng)電場(chǎng)的投 資成本居高不下。
單樁結(jié)構(gòu)采用液壓打樁錘將鋼管樁貫入海底，上端露出海面并用 樁帽調(diào)整樁的垂直度，并與塔架連接。樁帽與樁采用灌漿連接。單樁 結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用較大的水深(與重力式結(jié)構(gòu)相比)主要是因?yàn)槠溥m用水 深范圍內(nèi)的鋼立柱長(zhǎng)度變化對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響僅僅為海洋環(huán)境荷載 的增大，而結(jié)構(gòu)本身的不穩(wěn)定性并沒有很大的變化。而環(huán)境荷載的增 加可通過增加樁的入土深度來解決，這正是傳統(tǒng)混凝土重力式結(jié)構(gòu)所 不及的。
單樁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)成本比混凝土重力式結(jié)構(gòu)高，海上打樁施工時(shí)間 長(zhǎng)、所需施工機(jī)具復(fù)雜，因而施工成本也較高，樁帽的灌漿工藝較復(fù) 雜，也增大了單樁結(jié)構(gòu)的成本。但因其良好的抗沖刷性能，目前仍是 淺海海上風(fēng)電場(chǎng)的主要結(jié)構(gòu)形式。
由上述可見，現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn)
1、 混凝土重力式結(jié)構(gòu)的適用水深范圍小；
2、 混凝土重力式結(jié)構(gòu)僅適用硬質(zhì)海底，而不適用軟基海底和沖 刷海底；
3、 近海海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)成本高；
4、 單樁結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)難度大、工期長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種鋼-混 凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)合理，增大重力式海上 風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的適用水深，拓展重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的 適用海底條件，使其適用軟基海底和沖刷海底，降低了10 30m水深
4近海的海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的成本，與樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相比，其海上施 工難度小、施工周期短。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括鋼管立 柱l，鋼管立柱1頂端設(shè)有鋼承臺(tái)2，其特征在于鋼管立柱l下端 的外表面均勻的設(shè)有若干型鋼混凝土筋板3，型鋼混凝土筋板3的外 端固定在多邊形的型鋼混凝土基座4的內(nèi)表面，型鋼混凝土基座4的 底面以中心為原點(diǎn)，沿徑向均勻的設(shè)有若干肋板5，相鄰的兩肋板5 的外端設(shè)有裙邊6，肋板5的高度與裙邊6相同，型鋼混凝土基座4 的底面上設(shè)有若干灌漿孔7和錨桿孔8。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，型鋼混凝土筋板3的底面和型鋼混凝 土基座4的底面持平，型鋼混凝土筋板3的頂面為斜面，且與鋼管立 柱1連接處的頂面到底面距離最大，與型鋼混凝土基座4連接處的頂 面到底面距離最小。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，型鋼混凝土筋板3的型鋼骨架與鋼管 立柱1焊接連接，型鋼混凝土筋板3的型鋼骨架與型鋼混凝土基座4 的型鋼骨架焊接連接。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，相鄰的兩肋板5間的型鋼混凝土基座 4的底面上設(shè)有一個(gè)灌漿孔7和錨桿孔8，且錨桿孔8較灌漿孔7靠 近裙邊6，灌槳孔7較錨桿孔8靠近型鋼混凝土基座4的底面中心。
本發(fā)明所述的鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，結(jié) 構(gòu)合理，增大重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的適用水深，拓展重力式 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的適用海底條件，使其適用軟基海底和沖刷海 底，降低了 10 30m水深近海的海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的成本，與樁 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相比，其海上施工難度小、施工周期短。


本發(fā)明有如下附圖圖1鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2型鋼混凝土基座4的仰視結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1、 2所示，本發(fā)明所述的鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī) 組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括鋼管立柱l，鋼管立柱1頂端設(shè)有鋼承臺(tái)2，鋼管 立柱1下端的外表面均勻的設(shè)有若干型鋼混凝土筋板3，型鋼混凝土 筋板3的外端固定在多邊形的型鋼混凝土基座4的內(nèi)表面，型鋼混凝 土基座4的底面以中心為原點(diǎn)，沿徑向均勻的設(shè)有若干肋板5，相鄰 的兩肋板5的外端設(shè)有裙邊6，肋板5的高度與裙邊6相同，型鋼混 凝土基座4的底面上設(shè)有若干灌漿孔7和錨桿孔8。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，型鋼混凝土筋板3的底面和型鋼混凝 土基座4的底面持平，型鋼混凝土筋板3的頂面為斜面，且與鋼管立 柱1連接處的頂面到底面距離最大，與型鋼混凝土基座4連接處的頂 面到底面距離最小。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，型鋼混凝土筋板3的型鋼骨架與鋼管 立柱1焊接連接，型鋼混凝土筋板3的型鋼骨架與型鋼混凝土基座4 的型鋼骨架焊接連接。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，相鄰的兩肋板5間的型鋼混凝土基座 4的底面上設(shè)有一個(gè)灌漿孔7和錨桿孔8，且錨桿孔8較灌槳孔7靠 近裙邊6，灌漿孔7較錨桿孔8靠近型鋼混凝土基座4的底面中心。
本發(fā)明的技術(shù)方案如上所述，采用鋼管立柱加鋼承臺(tái)結(jié)構(gòu)作為基 礎(chǔ)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架的連接段，替代了現(xiàn)有重力式結(jié)構(gòu)的混凝土立柱 加混凝土承臺(tái)的結(jié)構(gòu)；采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的基座替代了鋼筋混 凝土基座，以增加基座的整體抗彎性能，對(duì)于軟基海底，可以采用錨 桿錨固的方法增大結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力，使結(jié)構(gòu)的適用水深由10m延伸至30m;同時(shí)，肋板和裙板組成的防沖刷和防滑移結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的適 用海底條件由傳統(tǒng)重力式結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)海底條件擴(kuò)展為軟基海底和沖 刷海底條件。本發(fā)明采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)基座的理由是便于基座 與鋼管立柱的連接，降低基座的施工難度?；c立柱的連接采用焊 接連接，具體地說——型鋼混凝土筋板的型鋼骨架與鋼管立柱、型鋼 混凝土筋板的型鋼骨架與型鋼混凝土基座的型鋼骨架均采用焊接連 接，從而使鋼管立柱、型鋼混凝土基座和型鋼混凝土筋板形成整體的 鋼架結(jié)構(gòu)。鋼承臺(tái)與鋼管立柱采用焊接連接，鋼承臺(tái)上留有法蘭孔， 以便與發(fā)電機(jī)塔架連接。型鋼混凝土基座上設(shè)有錨桿孔和灌漿孔，通 過相應(yīng)的施工工藝來增加基座的抗傾覆能力和軟基海底的承載力。
本發(fā)明的原理可概述如下
1、 由于鋼結(jié)構(gòu)的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同等強(qiáng)度的混凝土結(jié)構(gòu)重量，因 此，本發(fā)明的鋼管立柱加鋼承臺(tái)結(jié)構(gòu)可以解決由于水深增加而導(dǎo)致的 混凝土重力式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重心抬高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低的缺點(diǎn)，從而增大 了重力式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的適用水深。傳統(tǒng)重力式結(jié)構(gòu)的最大適用水深為
10m，而本發(fā)明的最大適用水深為30m。
2、 本發(fā)明將重力式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的適用水深提高至30m，該水深的 現(xiàn)有解決方案是單樁結(jié)構(gòu)或三角架結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)均為樁基鋼結(jié) 構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)成本高，且施工技術(shù)難度大、施工周期長(zhǎng)。而本發(fā)明所 述技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)成本低、施工技術(shù)簡(jiǎn)單，施工周期短，因此，本發(fā) 明將該水深的樁基鋼結(jié)構(gòu)用重力式結(jié)構(gòu)替代，大大降低了海上風(fēng)電機(jī) 組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)成本、施工難度和施工周期，從而降低了海上風(fēng)電 場(chǎng)的建設(shè)成本。本發(fā)明的重力式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)難度小，靠重力和 負(fù)壓法將結(jié)構(gòu)平放至海底，鋼管立柱的垂直度可通過負(fù)壓法調(diào)整，灌 漿和錨桿施工的技術(shù)難度小，因此，施工周期短，施工成本低。
3、 本發(fā)明可以采用基座防沖刷結(jié)構(gòu)(肋板加裙邊、灌漿和錨桿)， 使重力式結(jié)構(gòu)適用的海底條件由原來的硬質(zhì)海底拓展為軟基海底和 沖刷海底條件，使原來只適用樁基鋼結(jié)構(gòu)的海域可以采用重力式結(jié) 構(gòu)，從而大大降低了海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本。
權(quán)利要求
1. 一種鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括鋼管立柱(1)，鋼管立柱(1)頂端設(shè)有鋼承臺(tái)(2)，其特征在于鋼管立柱(1)下端的外表面均勻的設(shè)有若干型鋼混凝土筋板(3)，型鋼混凝土筋板(3)的外端固定在多邊形的型鋼混凝土基座(4)的內(nèi)表面，型鋼混凝土基座(4)的底面以中心為原點(diǎn)，沿徑向均勻的設(shè)有若干肋板(5)，相鄰的兩肋板(5)的外端設(shè)有裙邊(6)，肋板(5)的高度與裙邊(6)相同，型鋼混凝土基座(4)的底面上設(shè)有若干灌漿孔(7)和錨桿孔(8)。
2. 如權(quán)利要求1所述的鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)，其特征在于型鋼混凝土筋板(3)的底面和型鋼混凝土基座(4)的底面持平，型鋼混凝土筋板(3)的頂面為斜面，且與鋼管立 柱(1)連接處的頂面到底面距離最大，與型鋼混凝土基座(4)連接 處的頂面到底面距離最小。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于型鋼混凝土筋板(3)的型鋼骨架與鋼管立 柱(1)焊接連接，型鋼混凝土筋板(3)的型鋼骨架與型鋼混凝土基 座(4)的型鋼骨架焊接連接。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于相鄰的兩肋板(5)間的型鋼混凝土基座(4) 的底面上設(shè)有一個(gè)灌漿孔(7)和錨桿孔(8)，且錨桿孔(8)較灌漿 孔(7)靠近裙邊(6)，灌漿孔(7)較錨桿孔(8)靠近型鋼混凝土 基座(4)的底面中心。
5. 如權(quán)利要求3所述的鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)，其特征在于相鄰的兩肋板(5)間的型鋼混凝土基座(4)的 底面上設(shè)有一個(gè)灌漿孔(7)和錨桿孔(8)，且錨桿孔(8)較灌漿孔(7)靠近裙邊(6)，灌漿孔(7)較錨桿孔(8)靠近型鋼混凝土基 座(4)的底面中心。
全文摘要
一種鋼-混凝土組合重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，涉及海上風(fēng)電機(jī)組的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，鋼管立柱頂端設(shè)有鋼承臺(tái)，鋼管立柱下端的外表面均勻的設(shè)有若干型鋼混凝土筋板，型鋼混凝土筋板的外端固定在多邊形的型鋼混凝土基座的內(nèi)表面，型鋼混凝土基座的底面以中心為原點(diǎn)，沿徑向均勻的設(shè)有若干肋板，相鄰的兩肋板的外端設(shè)有裙邊，肋板的高度與裙邊相同，型鋼混凝土基座的底面上設(shè)有若干灌漿孔和錨桿孔。本發(fā)明，結(jié)構(gòu)合理，增大重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的適用水深，拓展重力式海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的適用海底條件，使其適用軟基海底和沖刷海底，降低了10～30m水深近海的海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的成本，與樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相比，其海上施工難度小、施工周期短。
文檔編號(hào)F03D11/00GK101545462SQ20091013658
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者趙戰(zhàn)華, 黃維平 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)