海上风电单桩桶复合基础及施工方法与流程

本发明涉及一种海上风电基础，特别是涉及一种海上风电单桩桶复合基础及施工方法。

背景技术：

如今全球的能源危机越来越严重，尤其是作为主要能源的煤和石油，不仅资源有限，不可再生，而且还会对环境造成严重污染。近年来温室效应、全球变暖已成为全球瞩目的环境危机，因此，清洁绿色能源必然成为未来趋势，而风能就是其中之一。我国幅员辽阔，海岸线长，海上风能资源十分丰富。海上风电场具有风速大、有效发电时间长、不占用陆地、距离负荷中心近等优点，具有很好的可开发前景。

海上风电场风机基础的结构型式可分为重力式基础、单桩基础、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。

单桩基础一般指单根钢管桩基础，其结构特点是施工方便快捷，经济性好；单桩基础由一根钢管桩构成，其埋入深度由水深和地质条件决定。单桩基础因为成本低、施工方便而在国外获得了广泛应用，在欧洲采用单桩基础的比例达70％以上。单桩基础主要承受风、浪等水平荷载作用，其水平承载性能是其适用与否的关键。在淤泥层较厚的特殊地质中，传统的单桩基础不适合使用。目前国内最大的单桩基础，桩径为6.0-6.5m，而未来要发展6mw风机，单桩基础桩径将达8-10m的，而国内目前并无8-10m桩基的施工能力。因此缺乏一种能进一步提升单桩基础的承载能力的基础。

申请号为201510221582.0的中国发明专利说明书中公开了了一种由单桩与重力式联合的海上风电场风机基础，它包括竖直插入海床中的钢管桩，钢管桩的上端与过渡段连接，过渡段的上端与风机塔筒连接，钢管桩的下端穿过重力式基础锚固于海床上。上述基础在钢管桩靠近海床面的位置附加中空重力式基础，增强了靠近海床面处的单桩基础刚度，然而无法进一步提升单桩基础的承载能力。

技术实现要素：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种海上风电单桩桶复合基础，以克服现有技术的上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种海上风电单桩桶复合基础，包括钢管单桩和桶体，所述桶体的中间位置设有沿轴向贯通的连接套筒部，所述钢管单桩的下端穿过所述连接套筒部并插入海床中，所述钢管单桩与所述连接套筒部之间灌浆连接；所述钢管单桩上套设有止沉环，所述止沉环位于所述桶体的下方，所述桶体与所述止沉环密封连接。

优选地，所述桶体为钢制件，所述桶体的高度为h，且3m≤h≤10m。。

优选地，所述连接套筒部向上延伸出所述桶体。

优选地，所述止沉环焊接在所述钢管单桩上。

优选地，所述止沉环的上端面嵌设有密封圈，所述密封圈位于所述止沉环和所述桶体之间。

优选地，所述桶体内沿径向设有多个加强肋板，每个加强肋板的一端连接在所述连接套筒部的外壁上，另一端连接在所述桶体的内壁上。

优选地，所述加强肋板设有六块，沿所述桶体的周向均匀分布。

本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种海上风电单桩桶复合基础的施工方法，包括以下步骤：s1，将钢管单桩沉至预定标高；s2，将桶体套入钢管单桩中，并下沉直至抵靠到止沉环上；s3，将桶体与钢管单桩之间间隙中的泥浆抽干；s4，在连接套筒与钢管单桩之间进行灌浆，使桶体与钢管单桩通过灌浆连接固定，形成整体。

优选地，在步骤s2中，桶体的下沉可采用振动下沉、自重下沉或负压下沉工艺。

如上所述，本发明涉及的海上风电单桩桶复合基础及施工方法，具有以下有益效果：本发明结构简单，设计新颖，设置钢管单桩和桶体，钢管单桩穿过桶体并插入海床中，这种复合基础能够增加泥面水平刚度，可适用于淤泥层较厚的特殊地质。

附图说明

图1为本发明插入海床时的结构示意图。

图2为钢管单桩插入海床时的结构示意图。

图3为本发明的立体结构示意图。

图4为图3的主视图。

图5为钢管单桩的立体结构示意图。

图6为图5的主视图。

图7为桶体的俯视图。

图8为桶体与止沉环密封连接的局部结构示意图。

元件标号说明

1钢管单桩

11止沉环

12密封圈

2桶体

21连接套筒部

22加强肋板

3海床

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图7所示，本发明提供一种海上风电单桩桶复合基础，包括钢管单桩1和桶体2，所述桶体2的中间位置设有沿轴向贯通的连接套筒部21，所述钢管单桩1的上端与风机塔筒连接，所述钢管单桩1的下端穿过所述连接套筒部21并插入海床3中，在本发明中，海床3的地形主要为淤泥层较厚的特殊地质。所述钢管单桩1与所述连接套筒部21之间应设有间隙，便于所述钢管单桩1与所述连接套筒部21通过灌浆连接；所述钢管单桩1上套设有止沉环11，所述止沉环11位于所述桶体2的下方，所述止沉环11的外径大于所述连接套筒部21的内径，止沉环11用于所述桶体2的定位，防止所述桶体2下沉过深，与所述桶体2出现相对移位；所述桶体2与所述止沉环11密封连接(参见图8)，避免所述钢管单桩1与所述连接套筒部21之间的灌浆溢出。

参见图4，优选地，所述桶体2为下方开口的钢制件，桶体高度为h，且3m≤h≤10m，该高度h以5m为宜，一般不超过10m，使桶体沉放到位后位于海底表面软弱土层中，所述桶体2包括上桶盖，上桶盖的中间位置开有通孔，所述连接套筒部21为钢制件，焊接在上桶盖通孔的边缘，所述连接套筒部21的上端向上延伸出所述桶体2，避免泥浆流入连接套筒部21内，所述连接套筒部21的下端与所述桶体2的下端面齐平。优选地，所述止沉环11选用钢制件，焊接在所述钢管单桩1上，进一步固定所述桶体2的位置。优选地，所述止沉环11的上端面嵌设有密封圈12，所述密封圈12位于所述止沉环11和所述桶体2之间，进一步避免灌浆的流出。优选地，所述桶体2内沿径向设有多个加强肋板22，每个加强肋板22的一端连接在所述连接套筒部21的外壁上，另一端连接在所述桶体2的内壁上，每个加强肋板22垂直于桶盖布置，并且加强肋板22的下端面最好焊接在下桶盖上，上端面可嵌入在上桶盖上开设的凹槽内，优选地，所述加强肋板22设有六块，沿所述桶体2的周向均匀分布，所述加强肋板22能够增加桶体2的稳定性。

在施工之前，需将钢管单桩1进行标高，标高完毕后将止沉环11焊接到标高的位置，并将密封圈12安装到位。本发明的施工方法如下：s1，参见图2，将钢管单桩1沉至预定标高，将钢管单桩1作为基准；s2，参见图1，将桶体2套入钢管单桩1中，并下沉直至抵靠到止沉环11上；s3，将桶体2与钢管单桩1之间间隙中的泥浆抽干；s4，在连接套筒21与钢管单桩1之间进行水下灌浆，灌浆时依靠密封圈12进行止浆，使桶体2与钢管单桩1灌浆连接固定，从而使桩桶之间形成整体。优选地，在步骤s2中，桶体2的下沉可采用振动下沉、自重下沉、负压下沉等多种工艺进行。

本发明涉及的桩桶复合基础充分利用了桩基础的承载力高、抗液化能力好、抗变形能力强、适合多种地质条件、能承受上拔荷载、下压荷载和水平荷载的作用以及抗震性能好的条件；也充分利用了桶型基础的施工方便、抗水平力性能好、的优点。单桩基础在海底泥面处桩没有附加约束，易产生较大的水平位移，水平刚度较低；单桶型基础的桶壁底端位于海底表面软弱土层中，单位面积承载力低、变形大，易受到海底土层流变或滑坡的影响而使基础的稳定性降低。在组成复合型的桩桶基础后，由于桶的水平约束，使桩在海底软土地表处近似成为固端约束，极大的提高了桩桶基础的水平抗力，减小基础水平位移，同时由于桩入土深度大且支承于坚实土层中，桩桶的共同工作使下压承载力、抗拔承载力和抗水平荷载能力得以综合发挥，可以有效的减小基础的重量，形成了一个新型海上风电基础组合结构。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。