具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构，包括支撑海上风力发电机的中心柱、位于中心柱下端的负压桶、若干分布在负压桶周围的钢管桩以及将各钢管桩与中心柱固定连接的钢构架，负压桶的底端敞口形成内置气囊的负压腔，负压桶的顶部在气囊的上侧设有气孔。本实用新型将桩承式钢构架基础和负压桶基础有效结合，有效利用海床深层土体，充分发挥深层土层的抗力，显著降低负压桶基础的桩身位移和弯矩，改善传统负压桶型风机基础的水平承载性能，提高负压桶基础结构的水平承载力，减小负压桶外径，扩大负压桶型基础结构海上适用范围。适用于软土地基以及土质条件更差的深厚淤泥土质和滩涂地海上风力发电机设备的安装施工。
【专利说明】具有粧承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构
【技术领域】
[0001]本实用新型用于海上风电基础设施领域，特别是涉及一种具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构。
【背景技术】
[0002]负压桶型基础也称为负压桩基础，分为单桶、三桶和四桶结构形式。负压桶型基础基于渗流理论和桶基负压沉贯原理，利用其自重和上部结构重量，将基础压入海底一定深度，形成密封条件。然后用泵抽吸，在桶体内部形成负压，依靠桶顶内外表面压差，将桶体压入海底预定深度。
[0003]负压桶基础通常为钢制或混凝土制。该类型基础具有造价成本低，可重复利用，结构整体刚度大，承载力高，构件易于组装和运输，无需水下打桩等优点，适用于25m水深内软土地基条件。负压桶基础成为近二十年来应用于海洋工程的具有较好发展前景的基础形式。
[0004]桩承式钢构架结构可设计成三桩、四桩和多桩形式。由中心柱、插入海床的圆柱钢管和斜撑结构构成，其中心柱提供风机塔架的基本支撑。该类型基础具有结构整体刚度大，承载力高，抗疲劳性能好，构件易于组装和运输等优点，适用于20-50m水深内多种地质条件。
[0005]海上风电基础结构设计中除应考虑风机运行荷载和风、浪、流等海况荷载作用外，还需充分结合海床土质条件、水深、施工作业条件等因素。
[0006]海床表层土质条件对基础的水平承载性能有决定性的影响。特别是对于表层具有厚度大于40m淤泥质土的海床环境，不宜单独采用负压桶基础，因其沉降较大且难以控制，也不宜采用桩承式钢构架结构，因打桩过程中钢柱调平和纠偏难度大，而且桩长要求较长。
[0007]而针对极浅海域或潮间带地区，一般的海上作业船只、浮吊由于吃水较大，基本无法进入该水域，均需进行特殊设计，使得这一区域成为了海上风电开发的困难地区。
实用新型内容
[0008]为解决上述问题，本实用新型提供一种可适用于极浅海域和深厚淤泥土质海床的具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶基础结构，旨在有效利用海床深层土体，改善传统负压桶型风机基础的水平承载性能，提高负压桶基础结构的水平承载力，减小负压桶外径，扩大负压桶型基础结构海上适用范围。
[0009]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构，包括支撑海上风力发电机的中心柱、位于中心柱下端的负压桶、若干分布在负压桶周围的钢管桩以及将各钢管桩与中心柱固定连接的钢构架，负压桶的底端敞口形成内置气囊的负压腔，负压桶的顶部在气囊的上侧设有气孔。
[0010]进一步作为本实用新型技术方案的改进，钢管桩至少设置三根，且各钢管桩外表面至负压桶外表面的距离不小于1/2倍负压桶的桶高。[0011]进一步作为本实用新型技术方案的改进，钢构架的中部与中心柱焊接，外围设有可与各钢管桩连接的钢套管。
[0012]进一步作为本实用新型技术方案的改进，气囊充气后的高度小于负压腔的深度。
[0013]进一步作为本实用新型技术方案的改进，钢管桩的长度不小于1.5倍负压桶的桶闻。
[0014]进一步作为本实用新型技术方案的改进，中心柱下端与负压桶的顶部焊接，且在焊接处设有若干加强钢板。
[0015]本实用新型的有益效果:本具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构将桩承式钢构架基础和负压桶基础有效结合，有效利用海床深层土体，充分发挥深层土层的抗力，显著降低负压桶基础的桩身位移和弯矩，改善传统负压桶型风机基础的水平承载性能，提高负压桶基础结构的水平承载力，减小负压桶外径，扩大负压桶型基础结构海上适用范围。此外，负压桶、钢构架和中心柱在岸上组装好后，负压桶内气囊通过充气，给上部结构提供浮力，以便实施托航，并可以通过调节气囊的压力，调节上部结构的吃水深度和拖航中的平衡稳定，适用于软土地基以及土质条件更差的深厚淤泥土质和滩涂地海上风力发电机设备的安装施工。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0017]图1是本实用新型实施例整体结构主视图；
[0018]图2是本实用新型实施例整体结构俯视图；
[0019]图3是本实用新型实施例负压桶结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]参照图1?图3，本实用新型提供了一种具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构，包括支撑海上风力发电机的中心柱1、位于中心柱I下端的负压桶2、若干分布在负压桶2周围的钢管桩3以及将各钢管桩3与中心柱I固定连接的钢构架4，钢构架4的中部与中心柱I焊接，外围设有可与各钢管桩3连接的钢套管41。钢套管41与钢管桩3连接后通过灌浆加固。负压桶2的底端敞口形成内置气囊5的负压腔21，负压桶2的顶部在气囊5的上侧设有气孔22。
[0021]负压桶2为钢制，一般桶高为8-12m，外径为10_25m，钢管桩3至少设置三根，且各钢管桩3外表面至负压桶2外表面的距离不小于1/2倍负压桶2的桶高。
[0022]钢管桩3的外径为60_80cm，钢管桩3的长度不小于1.5倍负压桶的桶高。
[0023]负压桶2内置气囊5，气囊5采用橡胶布类较为柔软且有一定抗拉强度的材料，气囊5可为单个或多个。气囊5直径与负压腔21直径基本一致，充气后的高度小于负压腔21的深度，这样主要是为了保证气囊5内充气时，气囊5不会突出负压桶2体，在较浅水域拖航时气囊5不会先于桶基触底，避免海底的尖锐物体将气囊5扎破。
[0024]中心柱I下端与负压桶2的顶部焊接，且在焊接处设有若干加强钢板6。加劲钢板6增大了负压桶2与中心柱I的连接刚度，利于减小沉桩过程中负压桶2水平位移。
[0025]本实施例的具体施工方法如下:[0026]中心柱1、负压桶2、钢构架4和钢管桩3的选材、选型、加工和装配工作在岸上预先完成，包括钢构架4的组拼，负压桶2与中心柱1，中心柱I与钢构架4之间的焊接。
[0027]由负压桶2、中心柱I和钢构架4组焊而成的复合结构可通过浮运法运送至施工现场。浮运过程中，负压桶2内气囊5通过充气，使桶内保证一定量的空间，给上部结构提供一定量的浮力，以便实施托航，同时可以通过调节气囊5的压力，调节上部结构的吃水深度和拖航中的平衡稳定。之后，进行复合结构的整体下沉施工。
[0028]当负压桶2顶部与钢构架4钢套管41底部高程分别与冲刷后海床表面高程一致时，对称有序地施打三根钢管桩3，下沉过程中要注意钢管桩3下沉的同步性，缓慢进行。待钢管桩3沉入设计深度后，通过在钢套管41与钢管桩3之间灌浆使复合结构与钢管桩3连接成为整体。
[0029]上述基础施工完成后，上部结构的施工与传统风机施工方法一致。
[0030]本具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构将桩承式钢构架基础和负压桶基础有效结合，有效利用海床深层土体，充分发挥深层土层的抗力，显著降低负压桶基础的桩身位移和弯矩，改善传统负压桶型风机基础的水平承载性能，提高负压桶基础结构的水平承载力，减小负压桶外径，扩大负压桶型基础结构海上适用范围。此外，负压桶
2、钢构架4和中心柱I在岸上组装好后，负压桶2内气囊5通过充气，给上部结构提供浮力，以便实施托航，并可以通过调节气囊5的压力，调节上部结构的吃水深度和拖航中的平衡稳定，适用于软土地基以及土质条件更差的深厚淤泥土质和滩涂地海上风力发电机设备的安装施工。
[0031]当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【权利要求】
1.一种具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构，其特征在于:包括支撑海上风力发电机的中心柱、位于所述中心柱下端的负压桶、若干分布在所述负压桶周围的钢管桩以及将各所述钢管桩与中心柱固定连接的钢构架，所述负压桶的底端敞口形成内置气囊的负压腔，负压桶的顶部在所述气囊的上侧设有气孔。
2.根据权利要求1所述的具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构，其特征在于:所述钢管桩至少设置三根，且各钢管桩外表面至负压桶外表面的距离不小于1/2倍负压桶的桶高。
3.根据权利要求1或2所述的具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构，其特征在于:所述钢构架的中部与中心柱焊接，外围设有可与各钢管桩连接的钢套管。
4.根据权利要求1或2所述的具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构，其特征在于:所述气囊充气后的高度小于负压腔的深度。
5.根据权利要求1或2所述的具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构，其特征在于:所述钢管桩的长度不小于1.5倍负压桶的桶高。
6.根据权利要求1或2所述的具有桩承式钢构架的海上风力发电机负压桶型基础结构，其特征在于:所述中心柱下端与负压桶的顶部焊接，且在焊接处设有若干加强钢板。
【文档编号】E02D27/42GK203755335SQ201420074074
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】孙峻岭 申请人:广州瀚阳工程咨询有限公司