CN113653094A - 适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构。本发明适用于海上风力发电领域。本发明的技术方案为一种适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构，其特征在于：具有主筒体，主筒体周围设有一圈围挡结构，以及若干均匀分布于主筒体四周的吸力桶，围挡结构和吸力桶经支撑机构连接所述主筒体，所述围挡结构与主筒体之间空间内抛填级配石。所述支撑机构具有固定于所述吸力桶顶部的支撑钢管，支撑钢管中下部通过水平撑钢管连接所述主筒体，支撑钢管中上部通过斜撑钢管与主筒体连接。所述围挡结构具有所述支撑钢管和固定于支撑钢管与支撑钢管之间的围板。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构。适用于海上风力发电领域，特别是浅覆盖层岩基海床区域的基础结构。
背景技术
海上风机基础结构以及实现其施工安装的船机设备是海上风电项目开发过程中占据较高投资比重的关键部分。针对浅覆盖层岩基海床区域的海上风电场，传统嵌岩单桩、嵌岩高桩承台等解决方案都不能高效的进行风机基础结构施工。而传统混凝土重力式基础面临较高的基础重量，海床面整平和水下扶正过程难度较大，施工安装过程对船机设备性能要求较高，且混凝土重力式基础建造周期长、施工模板限制了加工建造基地无法开展多个工作面、流水线式作业，这进一步加长了风电场建设周期。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构。
本发明所采用的技术方案是：一种适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构，其特征在于：具有主筒体，主筒体周围设有一圈围挡结构，以及若干均匀分布于主筒体四周的吸力桶，围挡结构和吸力桶经支撑机构连接所述主筒体，所述围挡结构与主筒体之间空间内抛填级配石。
所述支撑机构具有固定于所述吸力桶顶部的支撑钢管，支撑钢管中下部通过水平撑钢管连接所述主筒体，支撑钢管中上部通过斜撑钢管与主筒体连接。
所述围挡结构具有所述支撑钢管和固定于支撑钢管与支撑钢管之间的围板。
所述斜撑钢管作为电缆管的布置通道，该斜撑钢管连通所述支撑钢管和主筒体，支撑钢管上设有供电缆管进出的开孔。
所述吸力桶顶部对应所述支撑钢管上的开孔固定于用于引导电缆管的喇叭口。
所述主筒体周围均匀分布有5个所述吸力桶。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用钢结构加工制作，可实现批量化生产，降低了基础结构重量，进而降低了对施工船机设备性能的要求，使得更多的施工船舶可以对本基础结构进行施工作业；
2)本发明采用吸力桶结构，针对浅覆盖层岩基海床区域可避免嵌岩施工作业，大量节省现场施工作业时间，提高单台基础以及整个海上风电场建设速度；
3)本发明中主筒体经水平撑钢管和斜撑钢管固定连接支撑钢管，支撑钢管下端连接吸力桶，支撑钢管之间经围板连成整体，该海上风机基础结构具有重力式基础刚度大、稳定性好的优点，支撑钢管与主筒体之间的距离可以调整，可适应不同单机容量的海上风力发电机组。吸力桶的设置，提高了基础结构调平的可操作性，省却传统重力式基础机位海床面平整的工作量；
4)电缆管从一个吸力桶上方沿支撑钢管、斜撑钢管、主筒体接入塔筒内部，避免因将电缆管、喇叭口设置在主筒体处引上影响抛石施工，亦可避免就位后抛石施工过程破坏电缆管结构。
附图说明
图1为实施例的结构俯视图。
图2为实施例的结构立面图。
图3为实施例中吸力桶结构俯视图。
1、吸力桶；2、支撑钢管；3、水平撑钢管；4、斜撑钢管；5、主筒体；6、基础顶法兰；7、围板；8、级配石；9、电缆管。
具体实施方式
本实施例为一种适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构，具有主筒体，主筒体的顶部设置有基础顶法兰，主筒体周围设有一圈围挡结构，以及5个均匀分布于主筒体四周的吸力桶，围挡结构和吸力桶经支撑机构与主筒体固定连接，围挡结构与主筒体之间空间内抛填级配石。
本例中支撑机构具有固定于吸力桶顶部、竖向布置的支撑钢管，支撑钢管中下部通过水平撑钢管连接主筒体，支撑钢管中上部通过斜撑钢管与主筒体固定连接。
本实施例中在相邻支撑钢管之间固定有围板，围板与支撑钢管组成完整一圈围挡结构。
本例中主筒体上部分的直径为6.0m～7.0m，与海上风力发电机组配套使用的塔筒底段法兰尺寸一致，主筒体下端延伸至下方吸力桶的顶面以下且底端以上位置。支撑钢管与主筒体中心之间的距离，斜撑钢管、水平撑钢管钢管的外径与壁厚可以根据该海上风机基础结构服役工程海域的海洋水文条件、海上风力发电机载荷等因素进行优化设置。吸力桶的外径和深度需要根据本海上风机基础结构服役工程场区的地质条件决定，通过地质勘察得到覆盖层的土壤参数和基岩的岩石参数，吸力桶的底边需伸长至基岩面顶部，既吸力桶坐落到基岩面上且顶面在覆盖层顶部，吸力桶外径可根据海洋环境参数、风机载荷参数、工程地质条件优化设计。
本实施例将海上风机基础结构中的一根斜撑钢管作为电缆管的布置通道，该斜撑钢管内部与其两端连接的支撑钢管和主筒体均连通，相应支撑钢管上设有供电缆管进出的开孔，开孔对应的吸力桶顶部固定于用于引导电缆管的喇叭口。电缆管在支撑钢管上开孔进入内部，沿斜撑钢管的内部空间引上至主筒体并最终接入塔筒内部，由此可避免电缆管设置在主筒体处引上影响抛石施工，亦可避免就位后抛石施工过程破坏电缆管结构。
本实施例中靠泊结构、爬梯等附属构件根据海洋水文情况沿一个支撑钢管和斜撑钢管布置，牺牲阳极或外加电流等防腐蚀构件在五个吸力桶顶部和支撑钢管外侧均匀设置。
本实施例具体施工方法如下：
1、设计。地质勘察时沿吸力桶及主筒体中心位置布设勘察孔以查明基岩面起伏状况。根据海上风力发电机载荷、服役工程场区的海洋环境参数、场区工程地质情况设计主筒体、吸力桶、支撑钢管、水平撑钢管、斜撑钢管的主尺度。
2、制作。本实施例中海上风机基础结构采用分段建造，基地内总装的建造模式。主筒体、吸力桶、支撑钢管、水平撑钢管、斜撑钢管、围板、电缆管分别在建造基地的不同工作面上下料、切割、卷板、焊接，其中每一个支撑钢管、水平撑钢管、斜撑钢管分别建造完成后进行预拼装，之后运输至建造基地总装码头或者总装场地。
总装过程第一步将主筒体直立放置，5个支撑钢管、水平撑钢管、斜撑钢管预拼装组成的构件通过履带吊辅助与主筒体进行定位、焊接，第二步将主筒体、支撑钢管、水平撑钢管、斜撑钢管合拢后的结构吊装至吸力桶上完成定位、焊接，第三步将5个支撑钢管之间的围板完成焊接。总装完毕后将直立状态的海上风机基础通过滑移装船的方式移动到驳船上，并完成海绑加固，具备出运条件。
3、安装。海上施工首先进行浮式起重船进点布设定位锚，浮式起重船停船角度需便于后续施工时五个吸力桶能够尽可能接近地质勘察孔位置，之后驳船装载直立状态的五桶导管架重力式海上风机基础进点，浮式起重船起吊海上风机基础后驳船移船让出施工位置。浮式起重船下放风机基础，辅助船只配合调整基础角度确保基础方位角和基础竖向垂直度。
海上风机基础依靠自身重力沉贯进入覆盖层中，当自沉终止时，开启潜水泵使得基础继续在桶内负压的作用下沉贯至基岩面。如沉贯过程遭遇碎石等导致基础未能沉贯至基岩面，则终止潜水泵工作，向桶内灌注混凝土或灌浆料。
最后抛石船进点，向围板内空间进行石料填充，最终完成海上风机基础海上施工作业。抛石过程中需要采用网兜加土工布包覆的措施，并控制抛石落距，避免抛石作业过程对基础结构防腐涂层和附属构件的破坏。
本实施例主要应用于海上风电行业重力式基础结构，特别是浅覆盖层岩基海床区域的基础结构，但并不以此为限。对于工程结构所涉及的如海上综合支持平台、海洋综合观测平台等基础也可运用本发明技术方案进行改良，降低基础结构重量，降低施工船舶性能要求，增加可施工作业船舶数量，提高基础结构施工效率，提升基础结构的稳定性，提升工程经济性与收益率。无论是何种型式的基础结构，只要该基础结构符合“以钢结构代替钢筋混凝土结构、利用吸力桶结构增加调平可操作性、避免嵌岩作业、降低基础结构重量、降低施工船舶性能要求、增加可施工作业船舶数量、提升工程经济性”的设计原则，则均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构，其特征在于：具有主筒体，主筒体周围设有一圈围挡结构，以及若干均匀分布于主筒体四周的吸力桶，围挡结构和吸力桶经支撑机构连接所述主筒体，所述围挡结构与主筒体之间空间内抛填级配石。
2.根据权利要求1所述的适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构，其特征在于：所述支撑机构具有固定于所述吸力桶顶部的支撑钢管，支撑钢管中下部通过水平撑钢管连接所述主筒体，支撑钢管中上部通过斜撑钢管与主筒体连接。
3.根据权利要求2所述的适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构，其特征在于：所述围挡结构具有所述支撑钢管和固定于支撑钢管与支撑钢管之间的围板。
4.根据权利要求2或3所述的适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构，其特征在于：所述斜撑钢管作为电缆管的布置通道，该斜撑钢管连通所述支撑钢管和主筒体，支撑钢管上设有供电缆管进出的开孔。
5.根据权利要求4所述的适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构，其特征在于：所述吸力桶顶部对应所述支撑钢管上的开孔固定于用于引导电缆管的喇叭口。
6.根据权利要求1所述的适合于浅覆盖层岩基海床区域的海上风机基础结构，其特征在于：所述主筒体周围均匀分布有5个所述吸力桶。
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