本发明涉及海上风机基础系统领域，具体地说，特别涉及到一种具有吸力沉箱和张紧式系泊系统的海上风机单桩基础。
背景技术：
随着全球风电产业的快速发展和陆上风电开发技术的成熟，加速发展海上风电是目前风电市场的主要发展趋势。与陆地风能相比，海洋风能具有优质、稳定及受干扰程度低的优势。然而因海洋环境的特殊性，海上风电的发展速度和规模相比陆上风电仍存在一定的差距。主要是因为海上风电开发所需装备较陆上风电更为复杂，海上安装花费较大，发展和改善海上风电相关装备，降低成本及改善施工工艺对发展海上风电具有重要的意义。
作为海上风电的主要开发装备，海上风机的其中一项主要的投资是在其基础上，约占总花费的1/5.风机基础的选择直接决定了该海上风机的稳定性和经济性。根据海上风机的工作水深不同，风机基础选择不同。从浅水到深水，可采用基础分为重力式基础(<20m)，单桩基础(20m-40m)，三脚架式基础(30m-50m)，导管架基础(30m-50m)，吸力筒型基础及锚泊基础(>50m)等。其中全球目前约75％的海上风机采用单桩基础。单桩基础一般为直径4-6m的大直径钢管桩,埋深依地质条件和水深等一般为20-40m。相比其它风机基础形式，单桩基础结构简单安装方便，工艺简单经济性好，因此得到广泛的应用。
但因其主要承受风浪水平荷载抗弯刚度较小，单桩基础仍存在上部位移过大，动力响应较大等弱点。尤其是在海床上部土体强度不足，淤泥质层较厚的特殊情况下，其可能会存在稳定性不足导致的倾覆和桩身较大位移导致的失稳等问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种采用环形吸力沉箱和张紧式系泊系统作为辅助的海上风机单桩基础，通过结合目前技术较为成熟的海上张紧式锚泊系统，海洋锚固基础和吸力沉箱基础，实现多种海洋基础的优势结合，来解决目前的单桩基础水平承载能力不足，水平位移大，抗弯能力差以及动力响应大的问题。该组合基础形式施工简单经济，扩大了单桩基础的适用水深范围，尤其适用于海床上部土体强度不足淤泥质层较厚的特殊土体条件下的海上风机。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种具有吸力沉箱和张紧式系泊系统的海上风机单桩基础，包括单桩基础，在所述单桩基础上设有吸力沉箱和张紧式系泊系统；
所述吸力沉箱的主体为环形结构，在环形结构的中间位置开设有轴向贯穿的轴孔，吸力沉箱通过所述轴孔套设在单桩基础上，且所述轴孔的内壁通过灌浆连接段与单桩基础的外表面连接，在所述吸力沉箱的内壁和外壁之间设有若干加强肋板；
所述张紧式系泊系统包括位于单桩基础上的系缆点、以及设置在单桩基础周边海床上的至少两处锚固基础，所述锚固基础通过锚线与单桩基础上的系缆点连接并张紧。
所述所述轴孔的内壁与单桩基础的外表面的距离为单桩基础壁厚的1.5倍。
所述加强肋板由吸力沉箱的顶部向吸力沉箱的底部分布，吸力沉箱顶部1/3部分的加强肋板的分布密集度大于吸力沉箱底部2/3部分的加强肋板的分布密集度。
所述吸力沉箱具有负压压装组件，其包括设置在顶部的负压装置和抽水孔，吸力沉箱负压压装完毕后，吸力沉箱顶部的1/3高出海床。
所述锚线的一端连接单桩基础上的系缆点，锚线的另一端连接海床中的锚固基础，锚线呈张紧状态，锚线与水平面的角度在30°-60°之间；锚线数目为偶数，并对称均匀布置在单桩基础周围。
所述锚固基础包括吸力锚、吸力贯入式板锚、法向承力锚和动力贯入锚。
所述海上风机单桩基础的施工步骤如下：
1)将吸力沉箱放置海床上，然后将单桩基础的主体穿过吸力沉箱的轴孔；
2)将单桩基础安装至指定深度，并通过灌浆工艺完成吸力沉箱的轴孔与单桩基础的外表面连接；
3)通过吸力沉箱的负压压装组件将吸力沉箱安装至设计高度；
4)在单桩基础周围海床上布置锚固基础，将锚固基础通过锚线与单桩基础上的系缆点连接张紧。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明结合了吸力沉箱基础，深水锚泊系统，海洋锚固基础和单桩基础各自优势而形成的新型基础类型；通过吸力沉箱基础辅助安装，增加了单桩基础在海床处的抗倾覆能力；通过张紧式锚泊系统作为辅助，增加单桩基础的可使用水深；同时解决因大容量海上风机的使用导致的所需采用的单桩基础壁厚直径增加而导致的成本升高问题；。
2.本发明通过张紧式锚泊系统辅助，将单桩基础上收到的各向荷载传递给锚固基础，提高单桩基础的稳定性，增加了单桩基础的抗弯能力和承载能力，减小了单桩基础的水平位移和动力响应。
3.本发明使单桩基础可被用于水深超过40米海域的海上风机，为40米-60米水域海上风机基础形式提供了更为经济有效的选择；尤其适用于海床上部土体强度不足淤泥质层较厚的特殊土体条件下的海上风机。
4.本发明中采用的张紧式锚泊系统及环形吸力沉箱施工工艺简单，海上安装便捷，经济可靠。
附图说明
图1为本发明所述的海上风机单桩基础的侧视图。
图2为本发明所述的海上风机单桩基础的俯视图。
图3为本发明所述的海上风机单桩基础的海床位置安装示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1、图2和图3，本发明所述的一种具有吸力沉箱和张紧式系泊系统的海上风机单桩基础，包括单桩基础1，在所述单桩基础1上设有吸力沉箱2和张紧式系泊系统；
所述吸力沉箱2的主体为环形结构，在环形结构的中间位置开设有轴向贯穿的轴孔，吸力沉箱2通过所述轴孔套设在单桩基础1上，且所述轴孔的内壁通过灌浆连接段3与单桩基础1的外表面连接，在所述吸力沉箱2的内壁和外壁之间设有若干加强肋板6；
所述张紧式系泊系统包括位于单桩基础1上的系缆点、以及设置在单桩基础1周边海床上的至少两处锚固基础5，所述锚固基础5通过锚线4与单桩基础1上的系缆点连接并张紧。
所述所述轴孔的内壁与单桩基础1的外表面的距离为单桩基础1壁厚的1.5倍。
所述加强肋板6由吸力沉箱2的顶部向吸力沉箱2的底部分布，吸力沉箱2顶部1/3部分的加强肋板6的分布密集度大于吸力沉箱2底部2/3部分的加强肋板6的分布密集度。
所述吸力沉箱2具有负压压装组件，其包括设置在顶部的负压装置和抽水孔，吸力沉箱2负压压装完毕后，吸力沉箱2顶部的1/3高出海床。
所述锚线4的一端连接单桩基础1上的系缆点，锚线4的另一端连接海床中的锚固基础5，锚线4呈张紧状态，锚线4与水平面的角度在30°-60°之间；锚线2数目为偶数，并对称均匀布置在单桩基础1周围。
所述锚固基础5包括吸力锚、吸力贯入式板锚、法向承力锚和动力贯入锚。
所述海上风机单桩基础的施工步骤如下：
1)将吸力沉箱2放置海床上，然后将单桩基础1的主体穿过吸力沉箱2的轴孔；
2)将单桩基础1安装至指定深度，并通过灌浆工艺完成吸力沉箱2的轴孔与单桩基础1的外表面连接；
3)通过吸力沉箱2的负压压装组件将吸力沉箱2安装至设计高度；
4)在单桩基础1周围海床上布置锚固基础4，将锚固基础5通过锚线4与单桩基础1上的系缆点连接张紧。
本发明通过在单桩基础与海床连接处设置环形吸力沉箱基础以增加单桩基础在海床处的刚度，以及通过张紧系泊系统控制单桩基础的水平向位移及动力响应，解决海上风机单桩基础的抗弯能力和水平承载力不足问题，增加单桩基础的稳定，适用于浅层海床土体强度较小或淤泥质层较厚的海床条件。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。