一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础及其施工方法，该基础包括从顶部到底部沿同一中心轴依次连接的连接法兰、第一直段单桩结构、变径段单桩结构、第二直段单桩结构、复合柱单桩结构以及第三直段单桩结构；其中，所述第一直段单桩结构设置于海平面处，所述第二直段单桩结构设置于海底泥面处，所述第一直段单桩结构的直径小于第二直段单桩结构的直径；本发明专利技术在不增加单桩基础重量的同时增强水平、竖向及抗弯承载力，提高桩体整体结构刚度，降低水面处基础直径，减小水面附近处的波浪作用力，增强对水平位移的控制作用，提高了基础的承载性能，同时该单桩基础有效地解决了超大直径单桩施工安装的难题，具有更好的经济效益和应用前景。济效益和应用前景。济效益和应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础及其施工方法


[0001]本专利技术涉及海上风电机组基础的
，尤其是指一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础及其施工方法。

技术介绍

[0002]当前，海上风电已成为风电发展的重点领域，海上风电作为可再生能源发展的重要方向，海上风能资源丰富，根据普查成果，5～25米水深、50米高度海上风电开发潜力约2亿千瓦；5～50米水深、70米高度海上风电开发潜力约5亿千瓦，未来开发前景广阔。
[0003]海上风机基础的结构型式可分为重力式基础、单桩基础、导管架基础、承台基础以及吸力筒基础等。其中单桩基础由于其结构型式简单，施工方便、施工周期短、经济性好，已成为近海风力发电的主流结构型式。据统计，目前75％以上的海上风机基础采用单桩基础型式。海上风电机组支撑结构作为高悬臂结构，基础结构不仅承受上部叶片传递风载荷，还要抵抗水面附近处波浪和海流对结构的作用力，基础桩径越大，作用在结构上的波浪和海流力也越大，水平承载性和抗倾覆能力对单桩基础适用性的影响尤为关键。
[0004]单桩基础支撑结构整体由于刚度相对较小，在风和波浪的联合作用下的结构动力响应较大，整体桩身位移也相对较大，作用在结构上的疲劳载荷也相对较大，结构容易产生疲劳损伤甚至导致失效。由于海底泥面处大部分淤泥层的存在，浅表土层地质条件较差，土体承载力小，造成单桩基础桩径和桩长较大，工程用量增加，工程成本较高等问题。随着大叶片大兆瓦机组的应用，对于常规单桩型式，其桩基直径和壁厚将会显著增加，桩基直径达到10米以上，不但增加了成本，同时超大直径单桩能否顺利沉桩也成为其应用的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础及其施工方法，有效地解决了单桩基础桩径较大和桩长较长，工程量较大的问题，在不增加单桩基础重量的同时增强水平、竖向及抗弯承载力，提高桩体整体结构刚度，降低水面处基础直径，减小水面附近处的波浪作用力，增强对水平位移的控制作用，提高了基础的承载性能。同时该单桩基础有效地解决了超长超大直径单桩施工安装的难题，相对于单纯增大桩长和桩径，具有更好的经济效益和应用前景。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础，包括从顶部到底部沿同一中心轴依次连接的连接法兰、第一直段单桩结构、变径段单桩结构、第二直段单桩结构、复合柱单桩结构以及第三直段单桩结构；其中，所述第一直段单桩结构设置于海平面处，所述第二直段单桩结构设置于海底泥面处，所述第一直段单桩结构的直径小于第二直段单桩结构的直径；所述复合柱单桩结构包括内圈柱体、外圈柱体和连接件，所述内圈柱体设置在外圈柱体的内部，并与外圈柱体之间通过多个连接件连接，且所述连接件沿复合柱单桩结构的长度方向延伸至复合柱单桩结构的顶部和底部，所述第二直段单桩结构的底部与内圈柱体的顶部连接，所述内圈柱体的底部与第三直段单桩结构连接。
[0007]进一步，所述变径段单桩结构为上小下大的圆台状单桩结构，所述变径段单桩结构的顶部直径与第一直段单桩结构的直径相同，所述变径段单桩结构的底部直径与第二直段单桩结构的直径相同。
[0008]进一步，所述变径段单桩结构的顶部直径不大于5m，所述变径段单桩结构的底部直径与变径段单桩结构的顶部直径的差值不小于1m。
[0009]进一步，所述连接法兰的下部带径直径与第一直段单桩结构的直径相同。
[0010]进一步，所述第二直段单桩结构的直径与内圈柱体的直径相同，所述第三直段单桩结构的直径与内圈柱体的直径相同。
[0011]进一步，所述复合柱单桩结构设置于海底泥面以下的预设深度处，所述复合柱单桩结构的长度范围为10
‑
30m，所述外圈柱体的直径与内圈柱体的直径的差值不小于3m。
[0012]进一步，所述连接件在内圈柱体与外圈柱体之间环向间隔布置。
[0013]进一步，所述第一直段单桩结构、第二直段单桩结构和内圈柱体的内侧设置有环向加强肋板。
[0014]本专利技术所提供的一种基于上述海上风电机组复合柱桩基单桩基础的施工方法，包括以下步骤：
[0015]1)将外圈柱体和内圈柱体通过环向布置的连接件焊接组合成复合柱单桩结构；
[0016]2)将连接法兰、第一直段单桩结构、变径段单桩结构、第二直段单桩结构、复合柱单桩结构以及第三直段单桩结构从上到下依次排列并焊接固定，预制复合柱桩基单桩基础；
[0017]3)现场施工海域确定海上风电机组安装所在的机位点后，将预制好的复合柱桩基单桩基础驳运至指定机位点位置，通过吊装船和抱桩器对复合柱桩基单桩基础进行起吊和安装定位；
[0018]4)连接法兰上安装保护装置，通过液压打桩锤对复合柱桩基单桩基础进行打桩操作，直至该复合柱桩基单桩基础沉入预设海床深度；
[0019]5)在复合柱桩基单桩基础的顶部安装海上风电机组塔筒。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0021]1、本专利技术通过对桩基结构的改进，在泥面以下的地质条件较好处采用复合柱截面的单桩基础，使单桩基础结构强度提升，增加桩土的作用面积以提高桩土摩擦力，提升桩土作用刚度，提高桩土相互作用的承载力；
[0022]2、本专利技术减少了单桩基础的长度，降低位于海平面附近处的基础直径，减小波浪作用力，降低整体单桩基础的结构重量，节省单桩基础的结构工程用量，降低单桩基础的成本。
附图说明
[0023]图1为海上风电机组复合柱桩基单桩基础的结构示意图。
[0024]图2为图1中A处的结构截面图。
[0025]图3为连接件的结构示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0027]参见图1至图3所示，为本实施例所提供的海上风电机组复合柱桩基单桩基础，包括从顶部到底部沿同一中心轴依次连接的连接法兰1、第一直段单桩结构2、变径段单桩结构3、第二直段单桩结构4、复合柱单桩结构5以及第三直段单桩结构6；
[0028]其中，所述第一直段单桩结构2、第二直段单桩结构4、复合柱单桩结构5以及第三直段单桩结构6均为圆筒状单桩结构，所述连接法兰1的下部带径直径与第一直段单桩结构2的直径相同，所述第一直段单桩结构2设置于海平面10处，所述第二直段单桩结构4设置于海底泥面11处，并插入软弱表层土12中，所述第一直段单桩结构2的直径小于第二直段单桩结构4的直径；
[0029]所述变径段单桩结构3为上小下大的圆台状单桩结构，所述变径段单桩结构3的顶部直径与第一直段单桩结构2的直径相同，所述变径段单桩结构3的底部直径与第二直段单桩结构4的直径相同，所述变径段单桩结构的顶部直径不大于5m，所述变径段单桩结构的底部直径与变径段单桩结构的顶部直径的差值不小于1m；
[0030]所述复合柱单桩结构5包括内圈柱体9、外圈柱体8和连接件7，所述内圈柱体9设置在外圈柱体8的内部，并与外圈柱体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础，其特征在于：包括从顶部到底部沿同一中心轴依次连接的连接法兰、第一直段单桩结构、变径段单桩结构、第二直段单桩结构、复合柱单桩结构以及第三直段单桩结构；其中，所述第一直段单桩结构设置于海平面处，所述第二直段单桩结构设置于海底泥面处，所述第一直段单桩结构的直径小于第二直段单桩结构的直径；所述复合柱单桩结构包括内圈柱体、外圈柱体和连接件，所述内圈柱体设置在外圈柱体的内部，并与外圈柱体之间通过多个连接件连接，且所述连接件沿复合柱单桩结构的长度方向延伸至复合柱单桩结构的顶部和底部，所述第二直段单桩结构的底部与内圈柱体的顶部连接，所述内圈柱体的底部与第三直段单桩结构连接。2.根据权利要求1所述的一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础，其特征在于：所述变径段单桩结构为上小下大的圆台状单桩结构，所述变径段单桩结构的顶部直径与第一直段单桩结构的直径相同，所述变径段单桩结构的底部直径与第二直段单桩结构的直径相同。3.根据权利要求2所述的一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础，其特征在于：所述变径段单桩结构的顶部直径不大于5m，所述变径段单桩结构的底部直径与变径段单桩结构的顶部直径的差值不小于1m。4.根据权利要求1所述的一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础，其特征在于：所述连接法兰的下部带径直径与第一直段单桩结构的直径相同。5.根据权利要求1所述的一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础，其特征在于：所述第二直段单桩结构的直径与内圈柱体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王力群，王超，牛圣凯，黄云龙，朱玲，丛志明，蔡礼菊，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：