专利名称：一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，适用于海上风力发电 行业，特别是大管径的单桩风机基础中。
背景技术：
单桩基础通常由单根大直径钢管构成，下部深入土中，提供承载力；中部浸于水中 承受波浪、海流、潮汐等长期循环作用；上部通过连接段与风机塔筒相连。作为结构最为简 单的一种海上风电基础型式，单立柱单桩基础是欧洲海上风电场的主导基础结构型式。随 着国内制桩工艺、沉桩能力的提高，单桩基础也将成为我国近海风电场建设中的主要结构 型式。
海上风电结构主要承受风、浪、流等水平荷载作用，在设计中需要重点考虑基桩水 平承载性能，对于大直径单桩基础而言，由于其“较柔”(刚度相对较小)，对于动荷载的响 应相对较大，容易在风、浪、流等动力荷载的长期作用下产生疲劳损伤甚至失效；且桩身水 平位移不易控制。发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述技术问题，而提出一种带稳定翼的海上风 力发电机单桩基础结构，旨在改善风机基础的水平承载性能，提高基桩水平承载力，降低桩 身的位移和弯矩。
本发明所采用的技术方案是一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，具 有沉桩施工于海床上的钢管式的基桩，其特征在于在海床泥面以下近地表的高程处、所述 基桩的桩身上加装一组稳定翼，稳定翼以基桩为中心呈放射状布置，长度方向与基桩轴向 平行，宽度方向与基桩轴向垂直。
所述稳定翼共有4个，以90°夹角布置。
所述稳定翼与基桩之间焊有支撑构件。
所述稳定翼近似矩形，其下翼缘制有10 20°的减阻角Q1，上翼缘制有10 20°的减缓应力集中的坡角θ2。
所述稳定翼的厚度等于或略大于基桩的壁厚；稳定翼的宽度不小于基桩桩径的 1/2、不大于基桩桩径；稳定翼的长度不小于基桩桩径的1倍、不大于基桩桩径的3倍。
所述稳定翼的上翼缘距离海床地表的间距h与泥面冲刷深度相匹配。
本发明的有益效果是本发明在风机基础的基桩上加装了一组稳定翼，且稳定翼 位于海床泥面以下，具有以下优点1)稳定翼可增强基桩近地表段桩身刚度；幻稳定翼可 充分发挥近地表浅层桩前土的抗力，增强基桩水平承载性能，显著降低桩身位移及弯矩; 3)达到与无稳定翼普通基桩同等的水平承载性能时，本发明中基桩的桩长或桩径可得以 减小，钢材用量显著降低；桩长或桩径减小后，又可显著降低材料成本及沉桩成本；4)沉桩 后稳定翼位于海床泥面以下，不会对上部结构的安装、海床的必要抛石处理等产生影响；5)稳定翼位于基桩的上部(非末端)，因此对打桩的影响较小。
图1是本发明实施例的立面布置图。
图2是图1的俯视图。
图3是本实施例中稳定翼的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的单桩风机基础具有钢管式的基桩1。与传统的风机基础结 构不同，本例在海床泥面以下近地表的高程处、基桩1桩身上焊接有4个钢板材质(型号为 Q345C)的稳定翼2。所述的4个稳定翼2以基桩1为中心呈放射状布置，长度方向与基桩 轴向平行，宽度方向与基桩轴向垂直，相邻两稳定翼间的夹角为90°。
如图2所示，为保证稳定翼2和基桩1之间的连接强度，在此二者之间还焊接有支 撑构件6。稳定翼的具体结构如图3所示，其形状近似矩形，考虑打桩阻力及应力集中，可将 上、下翼缘进行坡度化处理沉桩后期，稳定翼开始入泥后，阻力将增加，鉴于此，将稳定翼 的下翼缘1-1坡度化处理，将下翼缘1-1加工成带减阻角θρΙΟ。( Q1S 20° ；稳定翼的 上翼缘1-2与基桩连接处易发生应力集中，鉴于此，将上翼缘1-2进行坡度化处理，将上翼 缘1-2加工成带减缓应力集中的坡角θ2，10° ( θ2<20°。图3中，附图标记1-3表示 稳定翼内缘，与基桩相连；附图标记1-4表示稳定翼外缘。
如图1所示，稳定翼上翼缘原则上与海床地表齐平(h = 0，h为稳定翼的上翼缘距 离海床地表的间距)，实际应用中考虑到泥面冲刷或地表土特性较差等因素影响，取h与所 考虑冲刷深度等值，且宜通过数值模拟优化计算结果适当调整。
稳定翼厚度(T)可选与基桩壁厚等同或略微加大；
稳定翼宽度(W)以基桩桩径(D)为参照，取值范围建议在D/2 < W < D ；
稳定翼长度(L)以基桩桩径(D)为参照，取值范围建议在D < W < 3D ；
对于上述四指标(h、L、W、T)的具体取值，宜通过数值模拟优化计算结果作适当调 整，以期达到最理想效果。
本实施例的施工方法如下
稳定翼2与基桩1的选材、选型、加工和装配工作在沉桩前预先完成，对于稳定翼 自身几何形状及相对基桩的位置的确定需配合数值模拟计算或等同的相关计算进行优化 选型最终确定；沉桩施工与无稳定翼的普通基桩相同，无需增加其它辅助设备或措施，只是 要考虑稳定翼入泥后会增加沉桩阻力，因此，在打桩后期，稳定翼开始入泥后，相应的打桩 力应适当提高(稳定翼位于基桩的上部(非末端)，故而对打桩的影响较小)；沉桩施工完 成后稳定翼完全位于泥面以下，因此不会对上部结构的施工或必要情况下海床处的抛石处 理等造成任何影响，图1中的附图标记3表示抛石。
上述实施例主要应用于海上风电大直径钢管桩(即基桩)单桩基础中，但并不以 此为限，对于海上风电基础所涉及的其它小直径钢管桩也可运用本发明技术方案进行改良 以提高基桩的水平承载性能。无论是何种型式的海上风机基础结构，只要该基础结构“在海 床泥面以下近地表的高程处、在基桩的桩身上加装了一组稳定翼，稳定翼以基桩为中心呈放射状布置，长度方向与基桩轴向平行，宽度方向与基桩轴向垂直”，则落在本发明的保护 范围之内。
权利要求
1.一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，具有沉桩施工于海床上的钢管式的 基桩(1)，其特征在于在海床泥面以下近地表的高程处、所述基桩(1)的桩身上加装一组 稳定翼O)，稳定翼以基桩为中心呈放射状布置，长度方向与基桩轴向平行，宽度方向与基 桩轴向垂直。
2.根据权利要求1所述的带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，其特征在于所 述稳定翼( 共有4个，以90°夹角布置。
3.根据权利要求1或2所述的带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，其特征在于 所述稳定翼(2)与基桩(1)之间焊有支撑构件(6)。
4.根据权利要求1或2所述的带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，其特征在于 所述稳定翼(2)近似矩形，其下翼缘(1-1)制有10 20°的减阻角θ ”上翼缘(1-2)制 有10 20°的减缓应力集中的坡角θ2。
5.根据权利要求4所述的带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，其特征在于所 述稳定翼O)的厚度等于或略大于基桩(1)的壁厚；稳定翼的宽度不小于基桩桩径的1/2、 不大于基桩桩径；稳定翼的长度不小于基桩桩径的1倍、不大于基桩桩径的3倍。
6.根据权利要求4所述的带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，其特征在于所 述稳定翼O)的上翼缘距离海床地表的间距h与泥面冲刷深度相匹配。
全文摘要
本发明涉及一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构。本发明所要解决的技术问题是提出一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，旨在改善风机基础的水平承载性能，提高基桩水平承载力，降低桩身的位移和弯矩。解决该问题的技术方案是在海床泥面以下近地表的高程处、基桩的桩身上加装一组稳定翼，稳定翼以基桩为中心呈放射状布置，长度方向与基桩轴向平行，宽度方向与基桩轴向垂直。本发明适用于海上风力发电行业，特别是大管径的单桩风机基础中。
文档编号E02D27/52GK102041813SQ20101062095
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者周永, 李炜, 罗金平, 赵生校, 郑永明 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院