适用于冰区海上风机基础集成附属结构及其施工方法与流程

本发明涉及一种适用于冰区海上风机基础集成附属结构及其施工方法。适用于海上风力发电行业。

背景技术

在海上风电场的建设中，风电基础结构的研究是该领域的重点和难点。海上风机基础通常要面临着风、波浪、海流等复杂海况环境的挑战。在渤海及黄海北部等海域由于会出现海冰冰情，其还要承受海冰荷载的碰撞和挤压，以及冰激震动导致破坏的风险，因此冰荷载是以上海域风机基础结构设计时需要重点考虑的荷载。

目前，冰区海域风机基础抗冰的主要做法是在基础的潮差段安装抗冰锥体。抗冰锥体通常是不规则的大型钢结构，一般需要在基础沉桩后安装，但由于风机基础本身安装有靠船防撞、爬梯、外平台、电缆管、牺牲阳极等附属结构，分步进行安装时，具有施工效率低，耗时较长，费用高，吊装施工作业越多越容易发生碰撞等缺点。同时抗冰锥体与基础连接的常规方式是采用一段长套筒套装在基础上，然后将套筒与基础之间进行灌浆，该方式耗费灌浆料和钢材较多，成本较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、施工方便、成本较低的适用于冰区海上风机基础集成附属结构及其施工方法。

本发明所采用的技术方案是：一种适用于冰区海上风机基础集成附属结构，其特征在于：该集成附属结构能够整体套装于桩基础上，并支撑于桩基础桩身表面预设的牛腿上；

所述集成附属结构由上而下依次设有风机外平台、抗冰锥体和牺牲阳极，所述风机外平台、抗冰锥体和牺牲阳极之间经若干根竖直布置的支撑杆连接成一个整体，支撑杆与支撑杆之间经若干环状圈梁相连；

所述抗冰锥体具有若干能够套于所述桩基础上的灌浆圈梁，灌浆圈梁与所述支撑杆相连，灌浆圈梁的朝向桩基础侧设有灌浆槽；

所述桩基础内设有若干灌浆管路，灌浆管路的出浆口穿过桩基础后与所述灌浆圈梁的灌浆槽位置对应。

所述抗冰锥体具有上下镜像布置的上锥面和下锥面，上锥面和下锥面之间经环形管相连，上、下锥面和环形管与所述灌浆圈梁和支撑杆之间经内部支撑构件相连。

所述内部支撑杆件主要是由竖杆、水平杆以及斜杆等组成的格构式结构。

所述风机外平台与抗冰锥体之间经爬梯结构相连，对应爬梯结构在抗冰锥体上装有靠船防撞系统。

所述靠船防撞系统通过焊接或者法兰连接固定在抗冰锥体的上锥面和下锥面上。

一种所述适用于冰区海上风机基础集成附属结构的施工方法，其特征在于步骤如下：

s01、制作集成附属结构和桩基础；

制作集成附属结构：首先分别制作风机外平台、抗冰锥体、牺牲阳极、爬梯结构、靠船防撞系统、环状圈梁和支撑杆；然后将风机外平台、抗冰锥体、牺牲阳极、爬梯结构、靠船防撞系统通过环状圈梁和支撑杆焊接成一个整体；

制作桩基础：桩基础的内壁布设灌浆管路，灌浆管路的出浆口穿过桩基础后露出于桩基础外壁，桩基础外壁下部设置牛腿；

s02、进行桩基础沉桩施工；

s03、桩基础沉桩完成后，通过起重船将集成式附属结构整体套在桩基础上，集成式附属结构整体套下端支撑于桩基础的牛腿上；

s04、环状圈梁与桩基础之间通过采用螺栓紧固压板的形式固定；

s05、通过桩基础内的灌浆管路对灌浆圈梁的灌浆槽与桩基础之间进行进行灌浆施工。

本发明的有益效果是：本发明将抗冰锥体、风机外平台、靠船防撞系统、爬梯结构、牺牲阳极等风机基础附属构件通过圈梁及支撑杆集成为一体，陆上预制减少海上作业工序，海上只有圈梁与单桩主体间灌浆施工工序，较常规套筒式灌浆连接方式节省灌浆工程量及海上作业时间，有利于节省造价。

本发明中集成式附属结构通过自身重量牢固地坐在桩基础外设的牛腿上，同时通过抗冰锥体内灌浆圈梁灌浆和外部螺栓紧固的形式，增强集成式附属结构的抗扭转能力，保证了其与桩体连接的可靠性。

本发明将灌浆管路设置于桩基础内，降低海上作业环境对灌浆施工的影响。本发明在高水位和低水位之间增加抗冰锥体，将有效增强风机基础抗冰能力和靠船防撞能力；抗冰锥体内部采用格构式结构，增加了抗冰锥体的整体刚度，提高了抗冰能力。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图2为实施例的纵剖图。

图3为实施例中抗冰锥体部位的横剖图。

具体实施方式

如图1～图3所示，本实施例为一种适用于冰区海上风机基础集成附属结构，该集成附属结构能够整体套装于桩基础11上，并支撑于桩基础11桩身表面预设的牛腿7上。

本实施例中集成附属结构具有抗冰锥体6、风机外平台1、靠船防撞系统3、爬梯结构2、牺牲阳极12、环状圈梁5以及支撑杆4等构件。

本例中抗冰锥体6具有上锥面601、下锥面602、环形管604和若干能够套装于桩基础11上的灌浆圈梁603，灌浆圈梁603与灌浆圈梁603同轴布置，上锥面601、下锥面602和环形管604套装于灌浆圈梁603外，上锥面601与下锥面602之间为上下的镜像关系，上锥面601与下锥面602之间经环形管604相连，上、下锥面601、602和环形管604与灌浆圈梁603之间经内部支撑构件相连。本例中内部支撑构件主要是由竖向格构构件605和水平格构构件606组成的格构式结构。

本实施例中风机外平台1、抗冰锥体6和牺牲阳极12由上而下依次布置，风机外平台1、抗冰锥体6和牺牲阳极12之间经支撑杆4相连，支撑杆4与支撑杆4之间经若干与抗冰锥体6中灌浆圈梁603同轴布置的若干环状圈梁5相连，支撑杆4与灌浆圈梁603和环状圈梁5连接形成一个能够套装于桩基础11上的筒状框架结构。风机外平台1焊接固定于筒状框架结构上端，牺牲阳极12焊接于筒状框架结构最下层的环状圈梁5或者支撑杆4上。

本例中风机外平台1与抗冰锥体6之间经爬梯结构2相连，对应爬梯结构2在抗冰锥体6上装有靠船防撞系统3(本例中的靠船防撞系统3为目前常用的结构，故不做详细描述)，靠船防撞系统3通过焊接或者法兰连接固定在抗冰锥体6的上锥面601和下锥面602上。

本实施例中在灌浆圈梁603的朝向桩基础11侧形成有用于灌浆的灌浆槽8；桩基础11内设有若干灌浆管路10，灌浆管路10的出浆口1001穿过桩基础11露出于桩基础11外壁上。当集成附属结构套装于桩基础11并支撑于桩基础11外的牛腿7上时，灌浆管路10的出浆口1001与抗冰锥体6上灌浆圈梁603的灌浆槽8位置对应。

本实施例中集成附属结构的制作及安装施工方法如下：

s01、制作集成附属结构和桩基础11；

制作集成附属结构；首先分别制作风机外平台1、抗冰锥体6、牺牲阳极12、爬梯结构2、靠船防撞系统3、环状圈梁5和支撑杆4；然后将风机外平台1、抗冰锥体6、牺牲阳极12、爬梯结构2、靠船防撞系统3通过环状圈梁5和支撑杆4焊接成一个整体；

制作桩基础11；桩基础11的内壁布设灌浆管路10，灌浆管路10的出浆口1001穿过桩基础11后露出于桩基础11外壁，桩基础11外壁下部设置牛腿7；

s02、进行桩基础11沉桩施工；

s03、桩基础11沉桩完成后，通过起重船将集成式附属结构整体套在桩基础11上，集成式附属结构整体套下端支撑于桩基础11的牛腿7上；

s04、集成式附属结构的环状圈梁5与桩基础11之间通过采用螺栓紧固压板的形式固定；

s05、通过桩基础11内的灌浆管路10对灌浆圈梁603的灌浆槽8与桩基础11之间进行灌浆施工。