專利名稱：一種具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。適用于海上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，特別是表層具有深厚淤泥質(zhì)土的海床環(huán)境。
背景技術(shù)：
單樁基礎(chǔ)通常由單根大直徑鋼管構(gòu)成，下部深入土中，提供承載力；中部浸于水中承受波浪、海流、潮汐、海生物生長(zhǎng)等長(zhǎng)期海洋環(huán)境作用；上部通過連接段與風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒相連。作為結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的一種海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式，單樁基礎(chǔ)是歐洲海上風(fēng)電場(chǎng)的主導(dǎo)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式。負(fù)壓筒基礎(chǔ)為頂端封閉、下端敞開的倒置筒狀或到杯狀結(jié)構(gòu)，由三部分構(gòu)成，下部筒體結(jié)構(gòu)深入土中，與土體共同工作提供承載力；上下部過渡段結(jié)構(gòu)浸沒于水中承受波浪、海流、潮汐、海生物生長(zhǎng)等長(zhǎng)期海洋環(huán)境作用；上部與風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒相連。負(fù)壓筒基礎(chǔ)通常為鋼制或混凝土制。由于成本低，海上施工速度快，可回收重復(fù)利用等特點(diǎn)，負(fù)壓筒基礎(chǔ)成為近二十年來應(yīng)用于海洋工程的具有較好發(fā)展前景的基礎(chǔ)形式。對(duì)于海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)，負(fù)壓筒基礎(chǔ)目前已處于廣泛研究和示范項(xiàng)目階段，前景極為廣闊。海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)主要承受風(fēng)機(jī)運(yùn)行荷載和風(fēng)、浪、流等海況荷載作用，在設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮基礎(chǔ)的豎向和水平承載性能，海床表層土質(zhì)對(duì)基礎(chǔ)的水平承載性能有決定性的影響。特別是對(duì)于表層具有深厚淤泥質(zhì)土的海床環(huán)境，如杭州灣海床的淤泥質(zhì)土層深達(dá)4(T60m，不宜單獨(dú)采用負(fù)壓筒基礎(chǔ)；如果采用單樁基礎(chǔ)，受工藝和施工技術(shù)的影響，樁徑增大有限，主要是增加樁長(zhǎng)以提供豎向和水平承載力，材料成本和施工成本將大幅度提高，且樁身水平位移不宜控制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述存在的問題，提供一種具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，將海洋工程傳統(tǒng)基礎(chǔ)與新型基礎(chǔ)結(jié)合，旨在通過充分利用近海床表層土體的性能，改善風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的豎向和水平承載性能，提高基礎(chǔ)承載力，降低樁身的位移和彎矩，減小樁徑和樁長(zhǎng)，降低材料成本與施工成本。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括沉樁施工于海床上的鋼管式單樁，其特征在于所述單樁上套設(shè)復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括樁套管、圈梁、桁架結(jié)構(gòu)和負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)，其中樁套管套于單樁上，該樁套管通過同軸布置的圈梁連接桁架結(jié)構(gòu)，桁架結(jié)構(gòu)呈放射狀布置，所述桁架結(jié)構(gòu)末端接有負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)。所述桁架結(jié)構(gòu)包括三根連接樁套管與負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)的弦管，各弦管間由撐管相互連接。所述桁架結(jié)構(gòu)的三根弦管末端均焊接于負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)的側(cè)裙頂部，三焊接點(diǎn)呈等邊三角形布置。所述樁套管與單樁之間通過灌漿連接固定。[0010]所述負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)頂板與沖刷后的海床表面齊平。所述負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)的外徑大于單樁的外徑，側(cè)裙高度為外徑的4倍。
3所述樁套管底部到海床表面的距離等于或略大于負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)與單樁之間的凈距，并且大于水深。所述撐管之間夾角Θ為60°。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型將海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的單樁結(jié)構(gòu)與負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)結(jié)合，具有以下優(yōu)點(diǎn)1)負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)近海床表面段的基礎(chǔ)剛度；2)負(fù) 壓筒結(jié)構(gòu)的頂板和土體有較大的接觸面，豎向力可有效傳入土中，故該結(jié)構(gòu)可提高基礎(chǔ)的豎向承載力；3)負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)的側(cè)裙大大增加了與土體的接觸面積，可充分發(fā)揮近海床表面淺層樁前土抗力，增強(qiáng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的水平承載性能，顯著降低單樁樁身位移及彎矩；4)在負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)下沉?xí)r的負(fù)壓作用下，近海床表層土體將逐漸緊固，也可提高基礎(chǔ)承載能力，同時(shí)土體緊固增加了基礎(chǔ)的抗浮力；5)達(dá)到與普通單樁同等的豎向與水平承載性能時(shí)，單樁的樁長(zhǎng)、樁徑、壁厚等可得以減小，可顯著降低材料成本，特別是在海床表層具有深厚淤泥質(zhì)土的情況下；6)樁長(zhǎng)、樁徑等減小后，可顯著降低沉樁的施工成本，且本實(shí)用新型也充分發(fā)揮了負(fù)壓筒基礎(chǔ)易于施工的特點(diǎn)，負(fù)壓筒、桁架和樁套管復(fù)合結(jié)構(gòu)可通過浮托法運(yùn)輸；7)樁套管與單樁結(jié)構(gòu)之間的灌漿連接為水上灌漿，可有效控制施工質(zhì)量，降低施工難度，減少材料和施工成本；8)基礎(chǔ)施工完成后，負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)位于海床泥面以下，風(fēng)機(jī)塔筒與單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相連，與傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一樣，不會(huì)對(duì)安裝上部結(jié)構(gòu)等后續(xù)施工產(chǎn)生影響。

圖I為本實(shí)用新型的立面圖。圖2為本實(shí)用新型的俯視圖。圖3為圖2中A部的放大圖。
具體實(shí)施方式
如圖I、圖2、圖3所示，本實(shí)施例的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)由傳統(tǒng)的鋼管式單樁I、套于單樁I上的樁套管4、桁架結(jié)構(gòu)3和一組(三個(gè))負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2組成，且所有鋼材材料一致。所述的三個(gè)負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2位于海床泥面以下，且負(fù)壓筒頂板與沖刷后的海床表面齊平，沖刷深度取值宜通過數(shù)值模擬優(yōu)化計(jì)算結(jié)果做適當(dāng)調(diào)整，三個(gè)負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2以單樁I為中心均勻布置于單樁I周圍，三個(gè)負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2通過桁架結(jié)構(gòu)3和圈梁5與樁套管4連接固定。樁套管4與單樁I通過灌漿材料固定。本例中祐1架結(jié)構(gòu)3由三根連接樁套管4與負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2的弦管3-1和各弦管3_1間相互連接的撐管3-2組成。為避免負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2的局部變形，保證其受力的合理性，桁架結(jié)構(gòu)3的三個(gè)端點(diǎn)均焊接于負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2的側(cè)裙頂部，呈等邊三角形布置。本例中單樁I的外徑Dl可依據(jù)上部風(fēng)機(jī)塔筒的外徑確定，等于或略大于風(fēng)機(jī)塔筒外徑。負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2的外徑D2和側(cè)裙高度H2以單樁I的外徑Dl為參照，取值范圍建議為
4
D2>D1、H2=-D2左右。桁架結(jié)構(gòu)3的弦管3-1建議尺寸為(35 600父20(單位111111)，撐管3-2 3建議尺寸為Φ 300 X 15 (單位mm)，撐管之間夾角Θ建議為60°。樁套管4的長(zhǎng)度H3按照國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范的構(gòu)造要求確定，樁套管4的底部到海床面距離Hl略大于水深，按照水上灌漿施工要求確定。負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2與單樁I之間的凈距LI可等于或略小于樁套管4底部到泥面的距離Hl。對(duì)于上述四指標(biāo)(D2、H2、Θ、LI)及弦管3_1與撐管3_2尺寸的具體取值，宜通過數(shù)值模擬優(yōu)化計(jì)算結(jié)果作適當(dāng)調(diào)整，以期達(dá)到最理想效果。本實(shí)施例的具體施工方法如下單樁I、負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2、桁架結(jié)構(gòu)3、樁套管4的選材、選型、加工和裝配工作在施工前預(yù)先完成，包括將負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2、桁架結(jié)構(gòu)3與樁套管4焊接成復(fù)合結(jié)構(gòu)。復(fù)合結(jié)構(gòu)可通過浮托法運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)。單樁I的沉樁施工與普通鋼管式單樁相同，無需增加其他的輔助設(shè)備或措施。單樁I沉樁完畢后，移動(dòng)復(fù)合結(jié)構(gòu)使得樁套管4與單樁I中心基本一致。之后的復(fù)合結(jié)構(gòu)下沉施工與負(fù)壓筒基礎(chǔ)基本相同， 要保證樁套管4套入單樁I中，在下沉過程中要注意三個(gè)負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)2的同步性，緩慢進(jìn)行。待復(fù)合結(jié)構(gòu)下沉至指定位置后，樁套管4與單樁I之間灌漿連接，其灌漿工藝與單樁基礎(chǔ)的灌漿工藝相同，為水上灌漿。整個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工完成后，上部結(jié)構(gòu)的施工與傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)一致。上述實(shí)施例主要應(yīng)用于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)中，特別適合于表層具有深厚淤泥質(zhì)土的海床環(huán)境，但并不以此為限，對(duì)于海洋工程結(jié)構(gòu)所涉及的其它樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也可運(yùn)用本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行改良以提高基礎(chǔ)的承載性能。無論是何種型式的海洋工程樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，只要該樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)“在海床泥面以下近地表高程處，在基樁的樁身上通過支撐結(jié)構(gòu)與一組負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)相連，負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)以基樁為中心呈放射狀布置”，則均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括沉樁施工于海床上的鋼管式單樁(1)，其特征在于所述單樁(I)上套設(shè)復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括樁套管(4)、圈梁(5)、桁架結(jié)構(gòu)(3)和負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)(2)，其中樁套管(4)套于單樁(I)上，該樁套管通過同軸布置的圈梁(5)連接桁架結(jié)構(gòu)(3)，桁架結(jié)構(gòu)(3)呈放射狀布置，所述桁架結(jié)構(gòu)(3)末端接有負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述桁架結(jié)構(gòu)(3)包括三根連接樁套管(4)與負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)(2)的弦管(3-1)，各弦管(3-1)間由撐管(3-2)相互連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述桁架結(jié)構(gòu)(3)的三根弦管(3-1)末端均焊接于負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)(2)的側(cè)裙頂部，三焊接點(diǎn)呈等邊三角形布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述樁套管(4)與單樁(I)之間通過灌漿連接固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)(2)頂板與沖刷后的海床表面齊平。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)(2)的外徑大于單樁(I)的外徑，側(cè)裙高度為外徑的f倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述樁套管(4)底部到海床表面的距離等于或略大于負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)(2)與單樁(I)之間的凈距，并且大于水深。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述撐管(3-2)之間夾角沒為60°。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的目的是提供一種具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，旨在通過充分利用近海床表層土體的性能，改善風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的豎向和水平承載性能，提高基礎(chǔ)承載力。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種具有負(fù)壓筒的海上風(fēng)電桁架單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括沉樁施工于海床上的鋼管式單樁，其特征在于所述單樁上套設(shè)復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括樁套管、圈梁、桁架結(jié)構(gòu)和負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)，其中樁套管套于單樁上，該樁套管通過同軸布置的圈梁連接桁架結(jié)構(gòu)，桁架結(jié)構(gòu)呈放射狀布置，所述桁架結(jié)構(gòu)末端接有負(fù)壓筒結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型適用于海上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，特別是表層具有深厚淤泥質(zhì)土的海床環(huán)境。
文檔編號(hào)E02D27/42GK202689022SQ20122030560
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者王濱, 孫杏建, 徐建強(qiáng), 周永, 李煒, 朱彬彬 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院