[发明专利]一种海上风电单桩复合带翼新型筒形基础及其施工方法

说明书

本发明公开了一种海上风电单桩复合带翼新型筒形基础及其施工方法，该筒形基础包括带有翼板的筒型基础和单桩，本发明通过高强混凝土灌浆材料将单桩和带有翼板的筒型基础连接，能够充分发挥海床浅层土的抗力，增强风电基础整体抵抗横向荷载、弯矩和倾覆荷载及由非共面荷载产生的扭矩的能力。翼板和筒体能够有效减小泥面处的桩身位移，从而达到减小桩的直径和厚度的目的，进而在增强基础整体稳定性的同时减少了针对大直径单桩的打桩成本。竖向荷载主要由单桩承担，带有翼板的筒型基础能够分担部分荷载；风浪流等产生的水平荷载和弯矩荷载主要由带有翼板的筒型基础承担，单桩也起到了一定的作用。

技术领域

本发明涉及海上风电基础结构领域，具体来说涉及一种海上风电单桩复合带翼新型筒形基础及其施工方法。

背景技术

能源问题是制约人类社会发展，经济进步的重大问题。风能作为一种可再生生清洁能源，引起了世界各国的重视。海上风资源与路上风资源相比，具有噪声小、风速较高、对环境影响小且湍流强度小等有点，故风电产业的发展逐渐趋于上海风电场。海上风电建设过程中，风机基础的建设尤为重要。

海上风电基础的结构形式多样，目前海上风机基础的形式通常为单桩基础，高桩承台基础、三脚架基础、导管架基础、重力式基础、浮式基础、筒型基础等基础型式。

目前采用较为广泛的为单桩基础和筒形基础，单桩基础通常由单根大直径钢管构成，下部插入土中，能够提供较大的竖向承载力。由于其结构简单，承载机理研究相对成熟，因此得到了广泛的应用。对于单桩基础来说，在承受波浪流等较大的横向荷载和弯矩作用时，其抵抗横向荷载的能力及抗倾覆能力相对较弱，泥面处容易发生较大变形，导致桩头即机组处位移过大，发生失稳破坏。若在更加复杂的海洋环境中依旧采用单桩基础时，需增大桩的直径和壁厚，由此会大幅度增加桩的成本和施工难度。

筒形基础属于短粗的钢性桩，是开口形的圆筒，靠自重及负压下沉，能够有效抵抗波浪、海流等产生的水平荷载，同时具有较好的抗倾覆能力，施工费用较小。如果在复杂的海洋环境条件下，筒形基础需承受较大的竖向、水平及倾覆荷载作用时，通常需要增大筒形基础的直径或筒体深度，由此引发了两个方面的问题，第一个方面：筒形基础尺寸的增大会产生高昂的基础建造成本和施工成本；第二个方面：筒形基础在海洋中承受由非共面荷载产生的扭矩时，其尺寸越大，结构发生扭转破坏的可能性越大。对于因风电基础承受由非共面荷载过大发生的扭转破坏，在基础设计方面尚未得到合理的解决方案。

因此，为解决海上风电基础竖向、水平和弯矩承载力问题及克服现有基础的抗扭转不足，本发明提出一种四周带有翼板的新型筒形基础和单桩基础组合的结构形式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海上风电单桩复合带翼新型筒形基础及其施工方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种海上风电单桩复合带翼新型筒形基础，包括带有翼板的筒型基础和单桩；

所述带有翼板的筒型基础包括筒裙、顶盖、护筒和翼板，所述筒裙上端连接顶盖，顶盖中心处形成一圆孔，圆孔上部设置与顶盖连接的护筒，所述筒裙外壁辐呈射状等间距设置翼板；

所述单桩于所述顶盖的圆孔处贯穿设置于所述带有翼板的筒型基础的中心处，所述单桩与所述护筒之间通过高强灌浆材料连接固定。

在上述技术方案中，所述单桩的上端通过法兰盘与风力机塔筒的底部连接。

在上述技术方案中，所述单桩的直径为3～10m，长度为40～80m，壁厚为60～80mm。

在上述技术方案中，所述翼板的顶部与筒型基础的顶板下表面平行，下部与筒裙底面齐平。

在上述技术方案中，所述翼板的数量为3～12个。

在上述技术方案中，所述翼板的宽度为1-3米，厚度为10-30mm。