专利名称：自平衡负压沉贯的海上风电机组桶形基础及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种海上风电机组桶形基础及其施工方法。
背景技术：
现有技术中的桶形基础由自下而上依次固定联接在一起的桶裙、桶盖和连接筒组成。 施工中的倾斜控制是目前海上风电机组桶形基础施工过程中的最大困难之一
(1)基础倾斜会造成发电机组过度磨损等问题，因此国内外相关规范对海上风电机组基础的倾斜度均有严格的控制标准，对海上风电机组的桶形基础来说，其基础倾斜度控制是一个施工难题。 (2)海上风电机组基础的海上运输往往需要专门的大型驳船，费用较高，且吊运过程繁琐、复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自平衡负压沉贯的海上风电机组桶形基础及其施工方法，可有效控制基础的倾斜度。 本发明的发明构思是在桶形基础沉贯过程中，船上的控制系统通过安装于连接筒上的位移传感器所提供的水平方向的位移信息可获知桶形基础的倾斜状况；再通过控制安装于桶裙底部端面的喷射装置的相应位置的喷嘴的喷射流可有效调整桶形基础的沉贯阻力以纠正桶形基础的倾斜度。 海上风电机组基础的海上运输往往需要专门的大型驳船，且吊运过程繁琐、复杂。通过在桶盖上密封固定一套筒，利用该套筒、桶盖和连接筒之间形成的封闭空间，增大桶形基础的排水体积来增大桶形基础在海水中的浮力，从而使得该基础可自浮于海面并进行拖航运输，不需要专门的驳船。 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是该自平衡负压沉贯的海上风电机组桶形基础包括自下而上依次固定联接在一起的桶裙、桶盖和连接筒，其特征是所述桶裙的底部端面固定安装有喷嘴，连接筒上固定安装有位移传感器，连接筒内设有连接筒顶板。
进一步地，本发明在所述桶盖上还密封固定有一套筒，所述连接筒的与桶盖相联接的一端密封置于套筒内。 本发明的自平衡负压沉贯的海上风电机组桶形基础的施工方法是包括如下步骤 (1)关闭桶形基础的所有阀门使得整座桶形基础自浮于海面，然后拖航运输到指定地点； (2)将海水灌入由套筒、桶盖、连接筒和连接筒顶板形成的密闭空间，使桶形基础下沉至海底且呈竖直状态； (3)对桶形基础进行负压沉贯，在沉贯过程中通过控制桶裙底部的喷射装置的喷射流以减小沉贯阻力以控制该桶形基础的倾斜度直至沉贯完成。 与现有技术相比，本发明的优点是 1)在负压沉贯过程中具有自平衡防倾斜功能。 2)进一步通过在桶盖上密封固定一套筒，利用该套筒与桶盖和连接筒之间形成的空间，增大桶形基础的排水体积来增大桶形基础在海水中的浮力，从而使得该基础可自浮于海面并进行拖航运输，不需要专门的驳船，使得海上运输和沉贯施工过程简单、费用较低。 3)海上风电机组桶形基础的体形较大，结构局部容易发生屈曲，本发明在桶盖、密封套筒和连接筒之间设置若干桶盖肋板，有效加强了连接筒与桶盖连接部位的刚度。另外，在该桶形基础负压沉贯过程中，桶内负压可能导致桶裙屈曲，因而在桶裙上设置若干桶裙肋板可避免产生该现象。 4)倾覆荷载是海上风电机组基础承受的主要荷载。 一定程度上增大该桶形基础所承受的竖向荷载能增大其倾覆承载力。因而连接筒上设置混凝土灌注阀，在该桶形基础负压沉贯完成后通过该阀门向连接筒及其顶板、桶盖和密封套筒所形成的封闭空间内灌注混凝土，以通过增加该桶形基础自重来增大其倾覆承载力，同时增大连接筒和桶盖连接部位的刚度。
图1是本发明灌注混凝土后的结构示意 图2是图1的A向放大 图3是图1的B-B剖视图； 图4为本发明桶形基础自浮于海面进行拖航运输的示意图； 图5为海水灌入密封套筒和连接筒内部过程中桶形基础的状态示意图； 图6为本发明桶形基础在自重作用下部分贯入海床的状态示意图； 图7为本发明桶形基础负压沉贯过程中进行自平衡控制的示意图； 图8为本发明桶形基础沉贯完成后向连接筒和密封套筒内灌注混凝土后的示意
图； 图中1、桶裙，2、桶盖，3、连接筒，4、套筒，5、护栏，6、混凝土灌注阀，7、抽水阀，8、排气阀，9、水平位移传感器，10、竖向位移传感器，11、喷嘴，12、桶盖肋板，13、桶裙肋板，14、连接筒顶板，15、混凝土， 16、海面，17、海床，18、土工织物砂袋或抛石。
具体实施例方式
如图l所示，本发明桶形基础包括自下而上依次固定联接在一起的桶裙1、桶盖2和连接筒3，在桶裙2的底部上安装喷射装置，喷射装置的喷嘴11固定安装在桶裙2的底部端面。连接筒3顶端的护栏5上安装有一水平位移传感器9用于监测桶形基础在沉贯过程中发生的倾斜度，在连接筒3的侧壁上竖向位移传感器IO用于监测桶形基础在沉贯过程中的竖向沉贯位移。在连接筒3的腔内固定安装有连接筒顶板14，该连接筒顶板14可安装在连接筒3的顶端或顶端以下的适当位置。在位于连接筒顶板14下方的连接筒3的侧壁上安装有混凝土灌注阀6。
在桶盖2上还密封固定有一套筒4，连接筒3的与桶盖2相联接的一端密封置于套筒4内。为加强桶盖2的刚度，可如图1和图3所示在桶盖2和连接筒3的外壁之间焊接有桶盖肋板12。为加强桶裙1的刚度，如图1和图2所示，可在桶裙1的内壁上竖向焊接有桶裙肋板13。 如图1所示，在桶盖2上安装有排气阀8。有一钢管插入到套筒4内并贯穿桶盖2，在该钢管与套筒4和桶盖2的连接处分别作密封处理，该钢管露在套筒4外的一端安装有抽水阀7。使用时，打开抽水阀7对桶内抽负压，使桶内外形成压力差，从而使桶形基础向下沉贯。 此外，在连接筒3的壁上也安装有一排气阀8。 图4至图8示出了本发明桶形基础的施工过程及其状态。 参见图4，关闭本发明桶形基础的所有阀门，如混凝土灌注阀6、抽水阀7和排气阀8等，使得桶盖2、连接筒3、密封套筒4和连接筒顶板14所形成的封闭空间内的空气使得整座桶形基础基本呈水平状自浮于海面16，以方便拖航至制定施工位置。该桶形基础的施工位置可预先卸除一定厚度的海床17的地基土，以抵消桶内负压沉贯形成土塞的高度，减小冲刷影响。 接着，参见图5和图6所示，打开抽水阀7和排气阀8。使得海水灌入连接筒3内。为使海水灌入套筒4内，可在连接筒3置于套筒4内的部分的侧壁上开孔，或者直接在套筒4的壁上开孔。由此，在桶盖2、连接筒3和套筒4之间形成的密闭空间内充满海水，使整座桶形基础在自重作用下缓慢呈图6所示的竖直状态。 参见图6，待桶形基础完全竖直后继续通过排气阀8排气，使得该桶形基础在自重作用下部分贯入海床17。 参见图7，抽水阀7连接船上的抽水泵从桶内向外抽水，从而在桶内形成一定负压，使得桶形基础在桶内外的竖向压力差作用下逐步沉贯入海床。在沉贯过程中，船上的控制系统通过安装于连接筒3上的水平位移传感器9所提供的水平方向的位移信息可获得桶形基础的倾斜状况；再通过控制安装于桶裙1底部端面的喷射装置的相应位置的喷嘴11的喷射流，向桶裙1底部端面以下的土体喷射以减小该部分土体的沉贯阻力，从而有效纠正桶形基础的倾斜度。 桶内负压值通过海床17的地基的静力触探(CPT)试验数据进行预估，并通过竖向位移传感器10在沉贯施工过程中进行反馈控制。 作为本发明的进一步改进，可如图8所示，关闭连接筒3壁上的排气阀8以及抽水阀7，并通过混凝土灌注阀6向连接筒3灌注混凝土 15。混凝土可以通过连接筒3侧壁上的孔洞流入连接筒3、套筒4和桶盖2之间形成的空间；或者直接通过设于套筒4上的孔洞向套筒4内灌注混凝土。这样该桶形基础的自重增加，由此提高其倾覆承载力，并同时增大连接筒3及其与桶盖2连接部位的刚度。该桶形基础施工完成后开始下一步塔筒等上部结构的施工，并在该桶形基础周围设置土工织物砂袋或抛石18以防止冲刷。
权利要求
一种自平衡负压沉贯的海上风电机组桶形基础，包括自下而上依次固定联接在一起的桶裙、桶盖和连接筒，其特征是所述桶裙的底部端面固定安装有喷嘴，连接筒上固定安装有位移传感器，连接筒内设有连接筒顶板。
2. 根据权利要求1所述的自平衡负压沉贯的海上风电机组桶形基础，其特征是在所 述桶盖上还密封固定有一套筒，所述连接筒的与桶盖相联接的一端密封置于套筒内。
3. —种权利要求2的自平衡负压沉贯的海上风电机组桶形基础的施工方法，其特征是 包括如下步骤(1) 关闭桶形基础的所有阀门使得整座桶形基础自浮于海面，然后拖航运输到指定地点；(2) 将海水灌入由套筒、桶盖、连接筒和连接筒顶板形成的密闭空间，使桶形基础下沉 至海底且呈竖直状态；(3) 对桶形基础进行负压沉贯，在沉贯过程中通过控制桶裙底部的喷射装置的喷射流 以减小沉贯阻力以控制该桶形基础的倾斜度直至沉贯完成。
全文摘要
本发明公开了一种自平衡负压沉贯的海上风电机组桶形基础及其施工方法。该桶形基础包括自下而上依次固定联接在一起的桶裙、桶盖和连接筒，桶裙的底部端面固定安装有喷嘴，连接筒上固定安装有位移传感器，连接筒内设有连接筒顶板。本发明的桶形基础在负压沉贯过程中具有自平衡防倾斜功能；通过在桶盖上密封固定一套筒，利用该套筒与桶盖和连接筒之间形成的空间可使得该基础可自浮于海面并进行拖航运输，不需要专门的驳船，使得海上运输和沉贯施工过程简单、费用较低。
文档编号F03D11/04GK101705920SQ20091015381
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者朱斌, 陈云敏, 陈仁朋 申请人:浙江大学