一种新型插入式钢圆筒风电基础的制作方法

本发明属于海上风电基础技术领域，特别是涉及一种新型插入式钢圆筒风电基础。

背景技术：

风能是一种洁净、环保的可再生能源，它不会随着自身的转化以及人类的利用而日益减少，拥有长期性、周期性以及可再生的优点，因此风能是真正的绿色能源。目前风能的主要应用就是风机发电，利用风力进行发电可以有效地利用风能，随着海上风能大规模的开发和利用，海上风机基础成为了又一种重要的海洋工程结构，越来越受到国家的高度重视。

目前海上风电建设主要集中在东南沿海区域，受季风、热带气旋的作用，风能储备充足，但其环境条件恶劣，在开展过程上须解决高温强紫外线、高湿、高盐带来的强腐蚀和老化问题，以及面对季风、热带气旋引起的强风、强浪对风电基础设计和施工的影响。因此如何克服海上风电基础设计荷载大、施工周期短、施工作业条件恶劣等难题成为了制约海上风电发展的主要因素。

海上风电基础传统的结构形式包括：重力式结构基础、高桩承台式结构基础、单桩或者多桩式基础、导管架基础、吸力筒式基础等，其中重力式结构基础、高桩承台式结构基础在深水条件下结构断面大，造价极高，单桩或者多桩式基础、导管架基础在岩面较高处均需要嵌岩施工，导致工期长，项目成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型插入式钢圆筒风电基础，提出了新型的重力式基础结合上部透空式结构的负压筒基础导管架、和振沉大圆筒导管架基础方案，创新了筒-土协调的地基承载模式，最大限度发挥了地基上部软弱土层的承载能力，避免传统桩基需要嵌岩才能满足承载力的要求，解决了传统的海上风电基础结构形式造价极高，单桩或者多桩式基础、导管架基础在岩面较高处均需要嵌岩施工，导致工期长，项目成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种新型插入式钢圆筒风电基础，包括上部导管架结构、第一下部基础钢圆筒结构及第二下部基础钢圆筒结构，所述上部导管架结构包括导管架、斜撑、风机连接过渡段、腿桩。

所述下部基础钢圆筒结构包括钢圆筒，所述钢圆筒内壁上沿周向等距固定有横向梯形肋，所述横向梯形肋上贯穿有与腿桩相配合的预留钢套筒，所述钢圆筒内壁上且位于预留钢套筒两侧的位置均固定有长肋板，所述横向梯形肋上贯穿有与预留钢套筒同轴向的短肋板。

第二下部基础钢圆筒结构包括第二钢圆筒，所述第二钢圆筒内壁通过主短肋固定有内圆筒，所述内圆筒外壁与第二钢圆筒内壁之间设置有第二预留钢套筒，所述第二预留钢套筒固定有套筒加强肋，所述主短肋与第二预留钢套筒之间设有次短肋。

进一步地，所述上部的导管架结构由导管架、斜撑、风机连接过渡段、腿桩组成桁架式结构。

进一步地，所述斜撑采用x型布置为主，直径大于0.8m，所述导管架直径选取范围在1.5m-2.0m之间，所述导管架底端与腿桩固定连接。

进一步地，所述钢圆筒直径在20m-40m之间、在壁厚15mm-40mm之间、高度约10m-45m之间。

进一步地，所述预留钢套筒通过位于竖直向下的短肋板与钢圆筒内壁连接，所述短肋板位于预留钢套筒中间，所述短肋板上端与钢圆筒顶部齐平，长度为5m-25m，根据软基和应力范围来调整。

进一步地，所述长肋板位于预留钢套筒两侧边缘约1-2m处竖向设置，所述长肋板可取与钢圆筒同长。

进一步地，所述横向梯形肋在钢圆筒内壁上沿预留钢套筒轴向等间距布置，间距可取0.5m-1m，数量可取4-8个。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明突破传统的结构型式，又能够综合吸收传统结构的优点，提出了新型的重力式基础结合上部透空式结构的负压筒基础导管架、和振沉大圆筒导管架基础方案，创新了筒-土协调的地基承载模式，最大限度发挥了地基上部软弱土层的承载能力，避免传统桩基需要嵌岩才能满足承载力的要求，利用钢圆筒、导管架易预制、易运输、易施工、抗浪性好的特点，实现该新型结构在外海恶劣环境中的超强稳定性、抗浪性，同时面向施工可以减少工期时间，保障大批量的海上风电基础在有限的作业时间内完成施工及安装。

2、本发明基础刚度大，抗倾覆能力强，抗变形能力强，且由于导管架为透空结构，其受波浪和水流荷载小，安全性高，钢圆筒本身作为基础结构，下沉能力好、速度快，适应各类地质条件，所有构件均在陆上预制好，运往施工地点进行安装，效率高，受天气影响小，可用于复杂海况下的风电基础应用。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明本发明上部导管架结构的结构示意图；

图2为本发明第一下部基础钢圆筒结构；

图3为本发明第二下部基础钢圆筒结构；

图4为本发明上部导管架结构与第一下部基础钢圆筒结构相配合的结构示意图；

图5为本发明上部导管架结构与第二下部基础钢圆筒结构相配合的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-导管架，2-斜撑，3-风机连接过渡段，4-腿桩，5-钢圆筒，6-横向梯形肋，7-预留钢套筒，8-长肋板，9-短肋板，10-第二钢圆筒，11-主短肋，12-内圆筒，13-第二预留钢套筒，14-套筒加强肋，15-次短肋。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5所示，本发明为一种新型插入式钢圆筒风电基础，包括上部导管架结构、第一下部基础钢圆筒结构及第二下部基础钢圆筒结构，上部导管架结构包括导管架1、斜撑2、风机连接过渡段3、腿桩4。

下部基础钢圆筒结构包括钢圆筒5，钢圆筒5内壁上沿周向等距固定有横向梯形肋6，横向梯形肋6上贯穿有与腿桩4相配合的预留钢套筒7，钢圆筒5内壁上且位于预留钢套筒7两侧的位置均固定有长肋板8，横向梯形肋6上贯穿有与预留钢套筒7同轴向的短肋板9。

第二下部基础钢圆筒结构包括第二钢圆筒10，第二钢圆筒10内壁通过主短肋11固定有内圆筒12，内圆筒12外壁与第二钢圆筒10内壁之间设置有第二预留钢套筒13，第二预留钢套筒13固定有套筒加强肋14，主短肋11与第二预留钢套筒13之间设有次短肋15。

其中，上部的导管架结构由导管架1、斜撑2、风机连接过渡段3、腿桩4组成桁架式结构，并且导管架1结构可以是三管式也可以是四管式，由荷载计算决定。

其中，斜撑2采用x型布置为主，直径大于0.8m，导管架1直径选取范围在1.5m-2.0m之间，导管架1底端与腿桩4固定连接。

其中，预留钢套筒7通过位于竖直向下的短肋板9与钢圆筒5内壁连接，短肋板9位于预留钢套筒7中间，短肋板9上端与钢圆筒5顶部齐平，长度为5m-25m，根据软基和应力范围来调整。

其中，长肋板8位于预留钢套筒7两侧边缘约1-2m处竖向设置，长肋板8可取与钢圆筒5同长。

其中，横向梯形肋6在钢圆筒5内壁上沿预留钢套筒7轴向等间距布置，间距可取0.5m-1m，数量可取4-8个。

钢圆筒采用竖向分块法制造，最后合拢成整体；导管架采用管节制作、组拼，焊接成钢管，整体焊接组装，钢圆筒5与导管架1采用立式装船方案；钢圆筒5直径约20m-40m，壁厚15mm-40mm，高度约10m-45m，并且钢圆筒结构有两种实施案例：

实施例1

参照图1、图2和图4，钢圆筒5与上部导管架结构腿桩4对应的四个位置焊有预留钢套筒7，若上部导管架为三管式，则预留钢套筒7及其相邻部件相应减少，预留钢套筒7与上部导管架1沿钢圆筒5周向等间距排布，预留钢套筒7直径取2.0m-3.0m，腿桩4与预留钢套筒7之间采用灌浆方式连接，预留钢套筒7端部斜板封口，避免清孔，其长度10m-45m，根据软土情况而定。预留钢套筒7通过位于竖直向下的短肋板9与钢圆筒5连接，短肋板9位于预留钢套筒7中间，短肋板9上端与钢圆筒5顶部齐平，长度为5m-25m，根据软基和应力范围来调整，预留钢套筒7两侧边缘约1m-2m处设有竖向的长肋板8，长肋板8可取与钢圆筒5同长，在预留钢套筒7顶端设有等间距布置的横向梯形肋6，间距可取0.5m-1m，数量可取4-8个，横向梯形肋6短边处长度可取长肋板8的间距，长边处长度可取两倍短边长度。预留钢套筒7通过长肋板8与横向梯形肋6与钢圆筒5紧密的联系成一个整体，确保了上部结构导管架的荷载作用能够有效的传递到下部基础的钢圆筒5，同时增加了钢圆筒5的整体刚度，提升了钢圆筒5的抗扭曲能力。

实施例2

参照图1、图3和图5，第二钢圆筒10与上部导管架结构腿桩4对应的四个位置焊有第二预留钢套筒13，若上部导管架为3管式，则预留钢套筒及其相邻部件也相应减少，预留钢套筒与上部导管架沿钢圆筒圆形方向等间距排布，第二预留钢套筒13直径取2m-3m，腿桩4与第二预留钢套筒13之间采用灌浆方式连接，第二预留钢套筒13端部斜板封口，避免清孔。第二预留钢套筒13采用洞形结构，第二预留钢套筒3顶部及底部均采用钢板焊接并与内圆筒12焊接为一体，第二预留钢套筒13长度可取5m-10m，顶部钢板为顶封板，底部钢板为底封板，两侧钢板为套筒加强肋14，呈直角梯形，其高度为内圆筒12与第二钢圆筒10之间的距离，内圆筒12直径比第二钢圆筒10直径小约3m-5m，短边长度为内圆筒12的深度，长边长度与第二钢圆筒10深度一致，内圆筒12与第二钢圆筒10之间设置一个主短肋11，主短肋11为长方形结构，高度为内圆筒12与第二钢圆筒10之间的距离，长度为内圆筒10深度，主短肋11与第二预留钢套筒13之间设有次短肋15，呈直角梯形，数量可均匀布置2-4个，视第二钢圆筒10直径而定，次短肋15长边长度可取2倍短边长度，其余参数与套筒加强肋14一致。内圆筒12通过套筒加强肋14、主短肋11、次短肋15与第二钢圆筒10连接成为一个整体，上部结构通过腿，4与第二预留钢套筒13的灌浆连接形成了整体的新型风电基础。

本专利基础刚度大，抗倾覆能力强，抗变形能力强，且由于导管架为透空结构，其受波浪和水流荷载小，安全性高，钢圆筒本身作为基础结构，下沉能力好、速度快，适应各类地质条件，所有构件均在陆上预制好，运往施工地点进行安装，效率高，受天气影响小，可用于复杂海况下的风电基础应用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。