[实用新型]组合结构海上风机翼板单桩基础

说明书

一种组合结构海上风机翼板单桩基础，包括桩身、翼板，多个翼板环向对称焊接于桩身外壁，翼板位于桩身锚固段上部，翼板由组合的楔体板与直角三角板焊接而成。本实用新型的组合结构翼板能充分调动桩周土体抗力，提高桩基的水平承载能力，降低桩身的侧向位移，克服了浅覆盖层海域嵌岩桩施工难度大，成本高，施工周期长的问题，具有结构简单等优点，同时翼板具有组合结构特征，改善了翼板的受力模式，避免翼板与桩身连接处的应力集中，此外组合结构翼板提高了单桩基础的固有频率，使单桩基础固有频率位于允许频率范围内，避免共振，保持风机机组在运行过程中的安全性和稳定性的特点。

技术领域

本实用新型属于海上风电技术领域，涉及一种组合结构海上风机翼板单桩基础。

背景技术

海上风电是一种清洁能源。海上风电场具有风速高、风速稳定、单机容量大等特点，海上风电正在高速建设期。近海地质条件十分复杂，海上风电的施工技术难度大，施工成本高。据统计，海上风电场成本中海上风机基础成本占总成本的20%～40%。目前，近海风机基础的基本型式按离岸距离可分为重力式基础、单桩基础、吸力筒基础等。单桩基础由于可以适应不同的地质条件，且兼具施工速度快、工程成本低等优点，得到了广泛应用，在已建海上风电场中，单桩基础所占的比例超过70%。

在海上风电机组运行期间，单桩基础需要承受巨大的水平荷载，其中包括风荷载、波浪荷载、海流荷载和海冰荷载等。在多种水平荷载的循环作用下，单桩基础往往产生较大的横向位移和旋转，影响风电机组的安全运行。目前，工程上通常采用增大桩身直径和桩身锚固深度的方式，或与吸力筒、翼板形成复合基础等形式，提高单桩基础的水平承载能力。其中，增加桩身长度和直径的方式不仅造成单桩基础竖向承载力的低利用率，同时还会增加单桩施工难度和工程建设成本，对于我国具有深水浅覆盖层且具有孤石的地质条件的部分海上风电场，仅通过增加桩长和桩径提高水平承载力，则需要进行嵌岩桩施工，进一步提高了施工难度，延长施工周期；若采用单桩和吸力筒复合基础的方式，增加了吸力筒施工工序，同样需要更长的施工窗口期，而我国东南海域的施工窗口期一般仅有2-3天，同时单桩和吸力筒相互作用机理仍缺乏充分认识；此外常规的翼板桩的翼板尺寸较大，其安装、运输和施工难度大，且翼板与桩身连接处常出现应力集中导致翼板失效。因此，迫切需要一种新型海上风机单桩基础，提高单桩基础的水平承载力和施工速度，有效降低工程成本。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种组合结构海上风机翼板单桩基础，在大直径钢管桩的桩身上设置翼板，多个翼板沿桩身外壁环向对称焊接，翼板位于桩身锚固段上部，翼板由楔体板与直角三角板焊接而成，翼板充分调动桩周土体抗力，提高桩基的水平承载能力，降低桩身的侧向位移，提高单桩基础的固有频率，使单桩基础固有频率位于允许频率范围内，避免共振，保持风机机组在运行过程中的安全性和稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种组合结构海上风机翼板单桩基础，它包括桩身、翼板；所述桩身为大直径钢管桩，所述翼板沿桩身外壁环向对称焊接于桩身锚固段上部，翼板为组合结构，所述组合结构的翼板是由楔体板与直角三角板焊接而成；所述翼板的顶端位于海床持力层表面。

在优选的方案中，翼板为组合结构。翼板是由楔体板与直角三角板焊接而成，可以减小翼板与桩身连接处的应力集中，改善翼板和桩身的受力模式，降低翼板在承受被动土压力时的扭曲变形；同时，组合结构的翼板可以降低沉桩难度；这种组合结构设计方式是基于大量试验和数值模拟，通过分析桩身受力和翼板受力得到的最优结构。

在优选的方案中，所述翼板的对数与海上风电场主风向数相同，每对翼板法向方向都对应一个海上风电场主风向。风荷载是单桩基础所承受的水平荷载的最重要部分，当翼板的法向方向与主风向平行且翼板的对数与主风向数相同时，则每对翼板均可以充分调动桩周土体的土抗力，进而可以提高翼板的利用效率，减小翼板的尺寸，降低翼板的造价，最大限度降低翼板对沉桩过程的影响。