用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎及其施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，包括沉箱底座和上部的鋼質支承結構，所述沉箱底座為重力式鋼筋砼空腔結構，所述鋼質支承結構固定于沉箱底座之上，鋼質支承結構頂端設置有與風機塔筒連接的基礎環，所述沉箱底座和/或鋼質支承結構上設置有連通至所述沉箱底座的空腔的灌水通道。本發明還公開了一種用于海上風電的鋼砼-鋼構重力式混合基礎的施工方法。本發明與普通導管架及單樁基礎相比，將鋼筋砼結構與鋼結構的優點有機結合起來，以鋼筋砼空腔結構為基礎底座、鋼結構為上部支承結構，無需樁基，基礎在陸上制作并整體組裝，可借助半潛駁或依靠自身浮力運輸，施工簡便，節省工期，經濟性好，在海上風電工程中具有廣泛的應用前景。
【專利說明】用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于海上風電基礎工程的【技術領域】，具體涉及一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎及其施工方法。
【背景技術】
[0002]海上風電基礎工程因在海上施工，受自然條件影響大，工況較惡劣，具有現場可施工作業時間短、施工難度大、效率底等特點。
[0003]目前，導管架及單根大直徑鋼管樁是海上風電常用的基礎結構類型。導管架為鋼桁架結構，具有剛度大、穩定性好、用材較節約等優點。但導管架以樁基作為支承結構，樁基施工需水下送樁，施工難度較大，對設備要求高；當采用先沉樁后安裝導管架的施工工藝時，導管架水下安裝對位相當困難；若樁基需嵌巖時，不但施工難度大，施工周期長，而且工程費用也相當高昂。
[0004]單根大直徑鋼管樁的結構形式簡單，施工速度快，水上工作量小。但單樁結構斷面大、壁厚大，自重大，鋼材用量大，對起吊、打樁設備要求較高，施工費用較高；此外，單樁結構目前并不適合在需要樁基嵌巖施工的地區，因為大直徑嵌巖樁施工難度大，且施工機械很少，施工費用奇高。
[0005]上述論述內容目的在于向讀者介紹可能與下面將被描述和/或主張的本發明的各個方面相關的技術的各個方面，相信該論述內容有助于為讀者提供背景信息，以有利于更好地理解本發明的內容。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于避免現有技術中的不足而提供一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎及其施工方法，其無需施工樁基，基礎在陸上整體制作，施工便利，節省工期，總體經濟性好，適用于基巖埋藏較淺的海域。
[0007]為了克服現有技術不足，本發明采用的技術方案是:提供一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，包括沉箱底座和上部的鋼質支承結構，所述沉箱底座為重力式鋼筋砼空腔結構，所述鋼質支承結構固定于沉箱底座之上，鋼質支承結構頂端設置有與風機塔筒連接的基礎環，所述沉箱底座和/或鋼質支承結構上設置有連通至所述沉箱底座的空腔的灌水通道。
[0008]其中，所述鋼質支承結構為導管架，沉箱底座上設置有與導管架的支腿相對應的支腿固定底座，所述支腿固定在支腿固定支座上。
[0009]其中，所述支腿的下端埋設于支腿固定底座的內部，或，所述支腿與支腿固定底座上部的預埋鋼構件焊接連接。
[0010]其中，所述灌水通道由設置在所述沉箱底座的壁上的灌水管和支腿的內孔構成，所述灌水管一端與空腔連通，另一端與支腿的內孔下端連通。
[0011]其中，所述鋼質支承結構為單根大直徑鋼管，沉箱底座的頂蓋中央設置有鋼管固定底座，所述大直徑鋼管的下端埋設于鋼管固定底座內。
[0012]其中，所述灌水通道由所述大直徑鋼管的內孔構成，大直徑鋼管的內孔下端與所述沉箱底座的空腔連通。
[0013]其中，所述沉箱底座為圓形或正多邊形沉箱結構，其頂蓋為錐形斜面或球形曲面，和/或，所述沉箱底座上設置有加強肋。
[0014]其中，所述沉箱底座的底板設置有可封閉或拆開的基床灌漿孔，基床灌漿孔上端接有預留的灌漿導管；和/或，所述沉箱底座的頂蓋設置有可封閉或拆開的回填孔。
[0015]本發明還提供了一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎的施工方法，包括如下步驟:
[0016]S1、在工廠加工制作帶基礎環的鋼質支承結構，陸上預制沉箱底座，并將鋼質支承結構和沉箱底座組成整體結構；
[0017]S2、對海上風電基礎的地基進行挖泥等處理，形成達到預設平整度的基床；
[0018]S3、對沉箱底座預留的回填孔、基床灌漿孔進行封倉，和/或，外掛助浮氣囊，基礎下水，借助起重船及拖輪并利用半潛駁船或依靠基礎結構自身的浮力將基礎運至現場；
[0019]S4、半潛駁下沉拖出基礎結構定位或直接將已浮運至現場的基礎結構定位后，經灌水通道向沉箱底座空腔內部灌水沉放基礎，使基礎準確坐落于基床之上；
[0020]S5、通過頂蓋預留的回填孔或大直徑鋼管向沉箱底座腔內灌砂或碎石；
[0021]S6、通過鋼質支承結構頂部的基礎環安裝海上風電機組的塔筒。
[0022]其中，在步驟S4和S5之間，通過底板上設置的灌漿孔利用預留灌漿管對基床進行壓力灌漿。
[0023]本發明的有益效果:該基礎結構將鋼筋砼結構與鋼結構的優點有機結合起來，以鋼筋砼空腔結構作為可自浮的基礎底座、鋼結構作為上部支承結構，無需施工樁基，避免了樁基沉樁、嵌巖等繁雜的施工工序。整個基礎在陸上制作組裝，整體性好，可借助半潛駁或依靠自身浮力運輸，無需大型起重船，只需挖除地基表層軟土及施工基床后便可沉放安裝，現場施工作業簡單，工藝成熟，施工難度較小，工期省，適用于持力層埋藏較淺的海洋區域。總之，該基礎結構工廠化程度高、集成性好、施工簡易快捷、經濟性好，在海洋工程中具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。
[0025]圖1是用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎實施例一的結構示意圖。
[0026]圖2是圖1中A-A截面示意圖。
[0027]圖3為圖2中B-B截面示意圖。
[0028]圖4為用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎實施例二的結構示意圖。
[0029]圖5為圖4中C-C截面示意圖。
[0030]圖6為圖5中D-D截面示意圖。
【具體實施方式】
[0031]為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0032]本發明的核心在于提供一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎及其施工方法，其工廠化程度高、集成性好、施工簡易快捷、經濟性好。
[0033]如圖1、2、3所示，本發明實施例一提供的一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，包括下部的沉箱底座11和上部的鋼質支承結構，鋼質支承結構為導管架13，導管架13為鋼桁架結構，具有多個支腿16。沉箱底座11為重力式鋼筋砼空腔結構，可為圓形或正多邊形，沉箱底座11的外壁22內側設置有與導管架13的支腿16相對應的支腿固定底座17，導管架13通過支腿16與支腿固定底座17的連接固定于沉箱底座11之上，導管架13的頂端設置有與風機塔筒連接的基礎環15。
[0034]作為優選的實施方式，導管架13的支腿16的下端埋設于支腿固定底座17的內部，使沉箱底座11和導管架13固定連接。或支腿16與支腿固定底座17上部的預埋鋼構件焊接連接，這樣便于沉箱底座11和導管架13分開制作，二次組裝。上述兩種固定方式均有灌水管18把支腿16內孔與沉箱底座11空腔連通形成灌水通道，便于沉箱底座11下沉式灌水。
[0035]作為優選的實施方式，沉箱底座11的頂蓋21可為錐形斜面或球形曲面，頂蓋21中央預留可封閉與拆開的回填孔24，方便基礎安裝后回填砂石料。
[0036]作為優選的實施方式，所述沉箱底座11的帶趾底板23、外壁22、頂蓋21在靠近空腔的一側設置有加強肋19，以增強沉箱底座11的強度、剛度。
[0037]作為優選的實施方式，所述沉箱底座11的底板23設置有可封閉的基床灌漿孔20，，基床灌漿孔20上端接有預留的灌漿導管，灌漿導管上端延伸至水面上。在基礎安裝后，拆開灌漿孔20，通過預留的灌漿導管，利用壓力將灌漿材料(水泥漿)從水面以上灌注到底板23底下的基床中，以提聞基床的整體性和穩定性。
[0038]如圖4、5、6所示，本發明實施例二提供的另一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，包括下部的沉箱底座11和上部鋼質支承結構。鋼質支承結構為的大直徑鋼管14，沉箱底座11為重力式鋼筋砼空腔結構，可為圓形或正多邊形，其頂蓋21為錐形斜面，大直徑鋼管14的下端埋設于頂蓋21中央的鋼管固定底座26之內，頂蓋21及鋼管固定底座26可為鋼筋砼或預應力鋼筋砼，大直徑鋼管14的頂端設置有與風機塔筒連接的基礎環15。
[0039]作為優選的實施方式，所述沉箱底座11的帶趾底板23、外壁22、頂蓋21設置有加強肋19，以增強基礎結構的強度。
[0040]作為優選的實施方式，所述沉箱底座11的底板23設置有可封閉的基床灌漿孔20，可滿足基礎安裝后對基床進行壓力灌漿的需要。
[0041]為了方便起重船的起吊，上述二種實施例中均在沉箱底座11上預設吊耳板或吊環。
[0042]為了實施如圖1至6所示的用于海上風電的用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，本發明實施例還提供了一種施工方法，包括如下步驟:
[0043]S1、在工廠加工制作帶基礎環15的鋼質支承結構，陸上預制沉箱底座11，并將鋼質支承結構和沉箱底座11組成整體結構；
[0044]S2、對風電基礎的地基進行挖泥等處理，形成預設平整度的基床25 ；
[0045]S3、對基礎結構預留的回填孔24、基床灌漿孔20進進行封倉，和/或，外掛助浮氣囊，基礎下水，借助起重船及拖輪并利用半潛駁船或依靠基礎自身的浮力將基礎運至現場；
[0046]S4、半潛駁下沉拖出基礎結構定位或直接將已浮運至現場的基礎結構定位后，經灌水通道向沉箱底座空腔內部灌水沉放基礎，使基礎準確坐落于基床25之上；
[0047]S5、通過頂蓋預留的回填孔24或大直徑鋼管14向沉箱底座11腔內灌砂或碎石；
[0048]S6、通過鋼質支承結構頂部的基礎環15安裝海上風電機組的塔筒。
[0049]其中，在步驟S4之后，步驟S5之前，如有需要，在基礎安裝后，拆開灌漿孔20，通過預留的灌漿導管，利用壓力將灌漿材料(水泥漿)從水面以上灌注到底板23底下的基床25中，以提高基床的整體性和穩定性。
[0050]上面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是，本發明還可以采用其他不同于在此描述的其他類似方式來實施，因此，不能理解為對本發明保護范圍的限制。
[0051]總之，本發明雖然例舉了上述優選實施方式，但是應該說明，雖然本領域的技術人員可以進行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型實質性地偏離了本發明的范圍，否則都應該包括在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，其特征在于:包括沉箱底座(11)和上部的鋼質支承結構，所述沉箱底座(11)為重力式鋼筋砼空腔結構，所述鋼質支承結構固定于沉箱底座(11)之上，鋼質支承結構頂端設置有與風機塔筒連接的基礎環(15)，所述沉箱底座(11)和/或鋼質支承結構上設置有連通至所述沉箱底座(11)的空腔的灌水通道。
2.根據權利要求1所述的用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，其特征在于:所述鋼質支承結構為導管架(13)，沉箱底座(11)上設置有與導管架(13)的支腿(16)相對應的支腿固定底座(17)，所述支腿(16)固定在支腿固定支座(17)上。
3.根據權利要求2所述的用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，其特征在于:所述支腿(16)的下端埋設于支腿固定底座(17)的內部，或，所述支腿(16)與支腿固定底座(17)上部的預埋鋼構件焊接連接。
4.根據權利要求2所述的用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，其特征在于:所述灌水通道由設置在所述沉箱底座(11)的壁上的灌水管(18)和支腿(16)的內孔構成，所述灌水管(18) —端與空腔連通，另一端與支腿(16)的內孔下端連通。
5.根據權利要求1所述的用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，其特征在于:所述鋼質支承結構為單根大直徑鋼管(14)，沉箱底座(11)的頂蓋(21)中央設置有鋼管固定底座(26)，所述大直徑鋼管(14)的下端埋設于鋼管固定底座(26)內。
6.根據權利要求5所述的用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，其特征在于:所述灌水通道由所述大直徑鋼管(14)的內孔構成，大直徑鋼管(14)的內孔下端與所述沉箱底座(11)的空腔連通。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，其特征在于:所述沉箱底座(11)為圓形或正多邊形沉箱結構，其頂蓋(21)為錐形斜面或球形曲面，和/或，所述沉箱底座(11)上設置有加強肋(19)。
8.根據權利要求1至6中任一項所述的用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎，其特征在于:所述沉箱底座(11)的底板(23)設置有可封閉或拆開的基床灌漿孔(20)，基床灌漿孔(20)上端接有預留的灌漿導管；和/或，所述沉箱底座(11)的頂蓋(21)設置有可封閉或拆開的回填孔(24)。
9.一種用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎的施工方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、在工廠加工制作帶基礎環(15)的鋼質支承結構，陸上預制沉箱底座(11)，并將鋼質支承結構和沉箱底座(11)組成整體結構； 52、對海上風電基礎的地基進行挖泥等處理，形成達到預設平整度的基床(25)； 53、對沉箱底座(11)預留的回填孔(24)、基床灌漿孔(20)進行封倉，和/或，外掛助浮氣囊，基礎結構下水，借助起重船及拖輪并利用半潛駁船或依靠基礎結構自身的浮力將基礎運至現場； 54、半潛駁下沉拖出基礎結構定位或直接將已浮運至現場的基礎結構定位后,經灌水通道向沉箱底座(11)空腔內部灌水沉放基礎，使基礎準確坐落于基床(25)之上； 55、通過頂蓋預留的回填孔(24)或大直徑鋼管(14)向沉箱底座(11)腔內灌砂或碎石； S6、通過鋼質支承結構頂部的基礎環(15)安裝海上風電機組的塔筒。
10.根據權利要求9所述的用于海上風電的鋼砼-鋼構混合重力式基礎的施工方法，其特征在于:在步驟S4和S5之間，通過底板上設置的灌漿孔(20)利用預留灌漿管對基床(25)進行壓力灌漿。
【文檔編號】E02D27/44GK104389318SQ201410633320
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】熊翱, 張銳, 溫文峰, 潘曉亮, 尤毅, 嚴志娟 申請人:熊翱