一種組合式海上風電基礎及其施工方法與流程

2023-06-03 07:25:51

本發明涉及海上風電基礎結構，具體的說，是涉及一種組合式海上風電基礎，並針對此基礎提出相應的施工方法。

背景技術：

風能是因太陽輻射而引起的空氣流做功所產生的能量，是一種可再生的、無汙染的清潔能源。隨著工業化的進程不斷推進，能源短缺的壓力日益加劇，能源價格持續攀升，作為最重要的可再生能源，風能資源的開發和利用已經引起了全世界的重視。相比陸上風電，海上風電具有高風速、低損耗、高產出、環境汙染小、不佔用耕地等優點。因此，海上風電發展將會是未來風電發展的主要方向。兆瓦級海上風電機組的設計是全球經濟增長對工程提出的新要求，其基礎設計更是人們較為關注的熱點問題。為了承受海上的強風載荷、海水腐蝕和波浪衝擊等，海上風電機組的基礎遠比陸上的結構複雜，其技術難度大，建設成本高。

技術實現要素：

基於海上風電機組的基礎較高的設計要求，本發明提供了一種組合式海上風電基礎及其施工方法，該基礎結構簡單，設計合理，建設成本低，可預製，便於施工，具有很強的實用性，能較好地滿足海上風電機組的安裝需求，可有效提高施工效率與施工質量。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現：

一種組合式海上風電基礎，其特徵在於，包括沉箱，所述沉箱為具有矩形縱向斷面的框體箱式結構，所述沉箱內部設置有將其分隔為多個隔艙的隔板，每個所述隔艙設置有進水閥和出水閥；在所述沉箱的豎向對稱中心線上分別設置有上鋼套環和下鋼套環，所述上鋼套環與所述沉箱之間均勻輻射布置有斜支撐杆，所述下鋼套環與所述沉箱之間均勻輻射布置有水平支撐杆；所述上鋼套環內和所述下鋼套環內同時穿套有鋼管樁，所述鋼管樁分別與所述上鋼套環內和所述下鋼套環通過高粘度材料連接；所述沉箱底面用於坐落於海床，所述鋼管樁底部用於插入海床，所述鋼管樁用於通過法蘭連接風機塔筒。

其中，所述隔艙的數量為4～16個。

其中，所述沉箱底部外側的周邊設置有趾板。

其中，所述水平支撐杆和所述斜支撐杆均布置有4～16個。

其中，所述斜支撐杆的兩端分別與所述上鋼套環外側和所述沉箱內側焊接。

其中，所述水平支撐杆的兩端分別與所述下鋼套環外側和所述沉箱內側焊接。

其中，所述高粘度材料為普通水泥漿、環氧膠泥或高強灌漿料。

一種組合式海上風電基礎的施工方法，按照如下步驟進行：

(1)預製所述沉箱、所述水平支撐杆、所述斜支撐杆、所述上鋼套環、所述下鋼套環，並將所述沉箱、所述水平支撐杆、所述斜支撐杆、所述上鋼套環、所述下鋼套環連接為整體結構；

(2)關閉所述沉箱中各所述隔艙的所述進水閥和所述出水閥，將步驟(1)連接後的整體結構及鋼管樁浮運至安裝地點；

(3)在安裝地點定位後，打開各所述隔艙的所述進水閥和所述出水閥，通過所述進水閥進水、所述出水閥排氣的方式將所述沉箱沉至已整平的海床上，安裝到位後關閉所有的所述進水閥和所述出水閥；

(4)以所述上鋼套環和所述下鋼套環為樁導向，將所述鋼管樁打樁至海床內的設計深度；

(5)分別在所述鋼管樁和所述上鋼套環之間、所述鋼管樁和所述下鋼套環之間注入所述高粘度材料。

本發明的有益效果是：

本發明的組合式海上風電基礎及其施工方法，相對其它風電基礎，結構設計簡單，技術難度小，施工效率高。此風電基礎中的沉箱結構可以預製，施工速度快、水下工作量小、結構整體性好，沉箱依靠自重來抵抗風電機組荷載和各種環境荷載作用，從而維持基礎的抗傾覆、抗滑移穩定；同時，水平支撐杆和斜支撐杆可降低鋼管樁所受彎矩作用，提高風機基礎的抗彎矩能力。總體來看，本發明的組合式海上風電基礎設計簡單，施工方便快捷，具有良好的適用性和運用前景。

附圖說明

圖1是本發明所提供的組合式海上風電基礎的立視圖；

圖2是本發明所提供的組合式海上風電基礎的俯視圖。

圖中：1、沉箱；2、水平支撐杆；3、斜支撐杆；4、鋼管樁；5、上鋼套環；6、下鋼套環；7鋼隔板；8、進水閥；9出水閥；10、趾板；11、法蘭；12、風機塔筒。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及效果，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下：

如圖1和圖2所示，本實施例公開了一種組合式海上風電基礎，針對一兆瓦級風電機組設計，海平面距河床15m，主要由沉箱1、水平支撐杆2、斜支撐杆3、鋼管樁4、上鋼套環5、下鋼套環6組成。

沉箱1為正四邊形的鋼製框體箱式結構，該框體結構的縱向斷面為矩形。沉箱1的厚度為25mm，外側長×寬×高為21m×21m×5m，內側長×寬×高為16m×16m×5m。沉箱1內部設有若干厚度為25mm的鋼隔板7，將整個沉箱1分為4～16個隔艙，可增加沉箱1的剛度及穩定性。沉箱1的每個隔艙頂部分別設有進水閥8和出水閥9，用於水和氣的進入和排出。沉箱1底部外側四周設置有鋼製趾板10，趾板厚度為25mm，高度為500mm；趾板10插入地基中可以提高基礎的抗滑和抗傾覆能力。

沉箱1下部的中心處設置有下鋼套環6，下鋼套環6的高度為1m，厚度為50mmm。下鋼套環6與沉箱1之間布置有八根水平支撐杆2，水平支撐杆2採用型號為I50C的工字鋼製成，其兩端分別與下鋼套環6外側與沉箱1內側進行焊接。通常地，下鋼套環6與沉箱1之間均勻輻射布置有4～16根水平支撐杆2，每根水平支撐杆2均沿水平方向設置。

下鋼套環6的正上方設置有上鋼套環5，上鋼套環5的高度為3m，厚度為50mmm。上鋼套環5與沉箱1之間布置有四根斜支撐杆3，斜支撐杆3採用直徑2.5m、壁厚25mm的鋼管制成，其兩端分別與上鋼套環5外側與沉箱1內側進行焊接。通常地，上鋼套環5與沉箱1之間均勻輻射布置有4～16根斜支撐杆3，每根斜支撐杆3均由沉箱1內側至上鋼套環5外側沿斜向上方向設置。

沉箱1的對稱中心沿豎直方向設置有鋼管樁4，鋼管樁4外徑為5m，厚度為60mm。鋼管樁4穿套在上鋼套環5和下鋼套環6內，並且分別與上鋼套環5和下鋼套環6通過高粘度材料連接，高粘度材料可以是普通水泥漿、環氧膠泥和高強灌漿料等。鋼管樁4底部深入海床當中，可以增強抗傾覆能力和穩定性，鋼管樁4入土深度為30m。鋼管樁4頂部用於通過法蘭11與風機塔筒12連接。

上述組合式海上風電基礎的施工方法，按照如下步驟進行：

1、預製沉箱1、水平支撐杆2、斜支撐杆3、上鋼套環5、下鋼套環6，並將以上部件連接為整體結構。

2、關閉沉箱1中各個隔艙的進水閥8和出水閥9，此時沉箱1內部為空氣，用拖船浮運以上整體結構和鋼管樁4至指定位置。

3、定位後打開所有的進水閥8和出水閥9，通過進水閥8向沉箱1內灌水，同時通過出水閥9排出沉箱1內部空氣；隨灌水過程，沉箱1緩慢沉到已整平的海床上，趾板10也插入海床，直至安裝到位後關閉進水閥8和出水閥9。

4、以上鋼套環5和下鋼套環6為樁導向，打樁船將鋼管樁4打入海床，直至設計深度。

5、分別在鋼管樁4和上鋼套環5之間、鋼管樁4和下鋼套環6之間注入高粘度材料。

6、通過法蘭11將鋼管樁4與風機塔筒12連接起來，完成風電機組的安裝。

儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬於本發明的保護範圍之內。