本發(fā)明涉及一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法，屬于海上風(fēng)電工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

重力式基礎(chǔ)作為海上風(fēng)機(jī)的一種基礎(chǔ)型式，依靠自身的自重使風(fēng)機(jī)垂直立于海面上，對地基要求較高，適用于堅(jiān)硬的砂土或巖石地基。但傳統(tǒng)的重力式基礎(chǔ)型式的適用水深范圍有限，一般僅為淺水區(qū)域；且由于傳統(tǒng)重力式基礎(chǔ)的尺寸龐大，波浪對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的作用力更大，制約了重力式基礎(chǔ)型式的應(yīng)用。

隨著我國海上風(fēng)電不斷發(fā)展，海上風(fēng)電逐步向更深海域發(fā)展，風(fēng)浪條件更為惡劣；風(fēng)機(jī)單機(jī)容量也不斷增大，引起更大的水平荷載和傾覆力矩。針對我國海上風(fēng)電逐步向20~50m中等水深海域發(fā)展及單機(jī)容量大型化的趨勢，桁架式基礎(chǔ)型式更具優(yōu)勢。一般地，桁架式基礎(chǔ)通過鋼管樁與海底地基相連，為了滿足設(shè)計(jì)壽命內(nèi)的抗傾覆力矩等要求，樁徑、樁長、樁間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)較大，鋼材耗費(fèi)大，成本高，且打樁過程中會產(chǎn)生噪音，影響海洋生物；并且，對堅(jiān)硬的砂土及巖石地基，如我國福建沿海地區(qū)，難以打樁，樁基礎(chǔ)型式難以應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述存在的問題，提供一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，通過將空腔重力式基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)結(jié)合，形成可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，該組合的基礎(chǔ)型式兼具兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，能夠應(yīng)用于20~50m水深，且地基為堅(jiān)硬的砂土或巖石的海上風(fēng)電場，具有適用更深水深、支撐更大容量風(fēng)機(jī)、所受波浪力減小、無需打樁、無打樁噪聲、節(jié)約鋼材、安裝及運(yùn)輸簡便、降低施工成本等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括具有空腔可拖航的重力式基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)，所述重力式基礎(chǔ)包括預(yù)埋有對接鋼管的混凝土墩臺和混凝土空腔體，所述桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)與所述預(yù)埋對接鋼管通過灌漿材料連接，將重力式基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)連接為一個(gè)整體，作為海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，支撐上部風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)。

在采用上述技術(shù)方案的同時(shí)，本發(fā)明還可以采用或者組合采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案：

所述預(yù)埋對接鋼管為等直徑鋼管，其直徑比桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的主腿直徑大，對接鋼管1的數(shù)量與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)主腿對應(yīng)，對接鋼管沿豎向均勻布置若干加強(qiáng)環(huán)板，加強(qiáng)環(huán)板與混凝土墩臺鋼筋籠連接成整體，并預(yù)埋到混凝土墩臺中。所述混凝土墩臺為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，呈圓柱或圓錐形狀，其中預(yù)埋對接鋼管，混凝土墩臺外側(cè)與混凝土空腔體加固連接；混凝土墩臺的直徑大于桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)截面的最大尺寸。

所述混凝土空腔體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括底板和圍成環(huán)狀的外側(cè)擋板，所述底板布置在海床面上，其底部通過碎石墊層整平，所述外側(cè)擋板的周邊設(shè)有拋石保護(hù)所述混凝土空腔體與混凝土墩臺的外壁圍成一個(gè)環(huán)狀腔體，該環(huán)狀腔體內(nèi)沿周向均布有多個(gè)中間擋板，相鄰兩個(gè)中間擋板之間形成局部空腔體多個(gè)局部空腔體呈輻射狀均勻分布在混凝土墩臺周圍，使得重力式基礎(chǔ)具有自浮及可拖航的特點(diǎn)。

所述桁架式風(fēng)機(jī)支撐鋼結(jié)構(gòu)包括平臺、主筒體、斜撐、主腿、撐桿、插腿（或套筒），主腿及撐桿均采用截面為圓環(huán)的鋼管，撐桿傾斜交叉地焊接在主腿之間，平臺布置在主腿頂部，主筒體通過斜撐固定在平臺上，插腿（或套筒）一體式連接在主腿下端，桁架式風(fēng)機(jī)支撐鋼結(jié)構(gòu)通過插腿（或套筒）插入預(yù)埋對接鋼管，并用灌漿材料將桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)與混凝土墩臺連接形成為一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

相鄰兩根主腿之間設(shè)有多組兩兩相交的撐桿，多組兩兩相交的撐桿分別位于主腿的不同高程上，所述海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的極端高潮位處于最上面的一組撐桿的交叉點(diǎn)上方，所述海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的平均海平面處于最上面的一組撐桿的交叉點(diǎn)附近，所述海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)低潮位處于第二組撐桿與主腿的連接處附近。

本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種上述可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的分體施工方法，該方法的步驟如下：

a、分別制作上述的重力式基礎(chǔ)和桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)；

b、通過拖船將預(yù)制好的空腔重力式基礎(chǔ)拖運(yùn)至風(fēng)機(jī)機(jī)位；再通過向重力式基礎(chǔ)的空腔體內(nèi)緩慢注水將重力式混凝土下沉至設(shè)計(jì)位置，全過程注意注水時(shí)的重力式基礎(chǔ)整體平衡和穩(wěn)定；然后通過拋石或填砂土將重力式基礎(chǔ)的空腔填滿。

c、將桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)運(yùn)輸至安裝機(jī)位，將桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的插腿（或套筒）插入混凝土墩臺的預(yù)埋對接鋼管中，并進(jìn)行灌漿，使桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)與空腔重力式基礎(chǔ)連成整體以支撐上部風(fēng)機(jī)。

本發(fā)明還提供一種上述可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的整體施工方法，該方法的步驟如下：

a、分別制作上述的重力式基礎(chǔ)和桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)；

b、陸地上分別制作桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)和重力式基礎(chǔ)，在碼頭上將制作好的桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)插入混凝土墩臺的預(yù)埋對接鋼管中，通過灌漿使桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)與空腔重力式基礎(chǔ)組成整體以支撐上部風(fēng)機(jī)。

c、通過拖船將組裝完畢的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)整體拖運(yùn)至風(fēng)機(jī)機(jī)位；再向重力式基礎(chǔ)的空腔體內(nèi)緩慢注水使基礎(chǔ)下沉至設(shè)計(jì)位置，全過程注意注水時(shí)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)整體平衡和穩(wěn)定；然后通過拋石或填砂土將重力式基礎(chǔ)的空腔填滿。

本發(fā)明的有益效果是：

1、采用可拖航的重力式基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)組合成一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，兼具兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，適用于20~50m中等水深，并適用于堅(jiān)硬地基條件的海域。

2、與傳統(tǒng)重力式基礎(chǔ)型式相比，可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)運(yùn)輸方便，節(jié)約施工成本；該基礎(chǔ)型式的上部結(jié)構(gòu)剛度大、尺寸小、所受波浪力小，能支撐更大容量的風(fēng)機(jī)、適用更深的海域。

3、與傳統(tǒng)樁基桁架基礎(chǔ)型式相比，可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)能夠適用地基為堅(jiān)硬的砂土或巖石等無法打樁的地質(zhì)條件，具有無需打樁、無打樁噪音、安裝簡便、節(jié)約鋼材等優(yōu)點(diǎn)。

4、將空腔重力式混凝土基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4分開運(yùn)輸再組裝的分體施工方法，可以有效地減少對碼頭吊裝能力的要求和對重力式混凝土基礎(chǔ)的自浮力需求，并降低了重力式混凝土基礎(chǔ)的重心，有效地避免拖航運(yùn)輸過程中因重心偏高易于傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。

5、將空腔重力式混凝土基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4在陸地上組裝后再整體運(yùn)輸安裝的整體施工方法，可以有效地減少海上施工、提高施工效率，極大地減少對運(yùn)輸船舶設(shè)備的需求，降低施工成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的剖視圖。

圖2是本發(fā)明的可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的局部視圖。

圖3是本發(fā)明的可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的俯視圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，如圖所示，一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例為應(yīng)用于海上風(fēng)電的可拖航桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括：具有空腔可拖航的重力式基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)，所述重力式基礎(chǔ)包括預(yù)埋有對接鋼管1的混凝土墩臺2和混凝土空腔體3，所述桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4與所述預(yù)埋對接鋼管1通過灌漿材料5連接，將重力式基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)連接為一個(gè)整體，作為海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，支撐上部風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)。

所述對接鋼管（1）為等直徑鋼管，其直徑比桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)（4）的主腿直徑大，所述對接鋼管（1）的數(shù)量與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)（4）的主腿對應(yīng)，所述對接鋼管（1）沿豎向均勻布置有多個(gè)加強(qiáng)環(huán)板（6），所述加強(qiáng)環(huán)板（6）與混凝土墩臺（2）的鋼筋籠連接成整體，并預(yù)埋到混凝土墩臺（2）中。

所述混凝土墩臺（2）為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，呈圓柱或圓錐形狀，其中預(yù)埋對接鋼管（1），混凝土墩臺（2）的外側(cè)與混凝土空腔體（3）加固連接；混凝土墩臺（2）的直徑大于桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)（4）的截面的最大尺寸。

所述混凝土空腔體（3）為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括底板（3-3）和圍成環(huán)狀的外側(cè)擋板（3-1），所述底板（3-3）布置在海床面（7）上，其底部通過碎石墊層（8）整平，所述外側(cè)擋板（3-1）的周邊設(shè)有拋石保護(hù)（9）；所述混凝土空腔體（3）與混凝土墩臺（2）的外壁圍成一個(gè)環(huán)狀腔體，該環(huán)狀腔體內(nèi)沿周向均布有多個(gè)中間擋板（3-2），相鄰兩個(gè)中間擋板（3-2）之間形成局部空腔體（3-4）多個(gè)局部空腔體（3-4）呈輻射狀均勻分布在混凝土墩臺（2）周圍，使得重力式基礎(chǔ)具有自浮及可拖航的特點(diǎn)。

所述桁架式風(fēng)機(jī)支撐鋼結(jié)構(gòu)（4）包括平臺（4-1）、主筒體（4-2）、斜撐（4-3）、主腿（4-4）、撐桿（4-5）、插腿（或套筒）（4-6），主腿（4-4）及撐桿（4-5）均采用截面為圓環(huán)的鋼管，撐桿（4-5）傾斜交叉地焊接在主腿（4-4）之間，平臺（4-1）布置在主腿（4-4）頂部，主筒體（4-2）通過斜撐（4-3）固定在平臺（4-1）上，插腿（或套筒）（4-6）一體式連接在主腿（4-4）下端，桁架式風(fēng)機(jī)支撐鋼結(jié)構(gòu)（4）通過插腿（或套筒）（4-6）插入預(yù)埋對接鋼管（1），并用灌漿材料（5）將桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)（4）與混凝土墩臺（2）連接形成為一種可拖航的桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

相鄰兩根主腿（4-4）之間設(shè)有多組兩兩相交的撐桿（4-5），多組兩兩相交的撐桿（4-5）分別位于主腿（4-4）的不同高程上，所述海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的極端高潮位處于最上面的一組撐桿（4-5）的交叉點(diǎn)上方，所述海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的平均海平面處于最上面的一組撐桿（4-5）的交叉點(diǎn)附近，所述海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)低潮位處于第二組撐桿（4-5）與主腿（4-4）的連接處附近。

平臺4-1、主筒體4-2、斜撐4-3、主腿4-4、撐桿4-5、插腿（或套筒）4-6在工廠內(nèi)加工制作，將制作好的鋼構(gòu)件通過焊接連接成一個(gè)整體的桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4。在工廠內(nèi)加工制作對接鋼管1構(gòu)件，通過在對接鋼管構(gòu)件豎向焊接若干均勻分布的加強(qiáng)環(huán)板組成對接鋼管1。

根據(jù)重力式基礎(chǔ)的尺寸布置，在陸地上軋制混凝土墩臺2、空腔體中間擋板3-2、外擋板3-1及底部3-3的鋼筋，將加工好的加強(qiáng)對接鋼管1放入混凝土墩臺2相應(yīng)的位置，并接與軋制好的鋼筋籠焊接連接，然后澆筑混凝土，形成可拖航的空腔重力式混凝土基礎(chǔ)并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

本實(shí)施例在施工過程中，可根據(jù)工程場區(qū)及施工設(shè)備等情況，選擇將空腔重力式混凝土基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4分開運(yùn)輸至海上風(fēng)電場區(qū)，再分別安裝的分體施工方法，或先在陸地上將空腔重力式混凝土基礎(chǔ)與桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4組裝成整體，然后再將基礎(chǔ)整體運(yùn)輸至場區(qū)安裝的整體施工方法。

實(shí)施例2，分體式施工方法。

本實(shí)施例是針對實(shí)施例1中第一種情況下的施工方法，其具體的施工步驟如下：

a、分別在陸地上制作重力式基礎(chǔ)和桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)。

b、對風(fēng)機(jī)機(jī)位的海床進(jìn)行整理，包括海床平整、地基鋪設(shè)碎石墊層操作。

c、根據(jù)碼頭的設(shè)備條件，可用吊機(jī)或氣囊滾運(yùn)下水方式先將養(yǎng)護(hù)好的重力式混凝土基礎(chǔ)吊入海里，依靠空腔體的浮力將整個(gè)重力式混凝土基礎(chǔ)自浮于海面上；然后用拖船將重力式混凝土基礎(chǔ)拖航至風(fēng)電場相應(yīng)機(jī)位，通過向空腔內(nèi)緩慢注水使重力式基礎(chǔ)沉至海床；然后對重力式混凝土基礎(chǔ)的空腔進(jìn)行拋石操作，將空腔體填滿石塊。

d、再將桁架式風(fēng)機(jī)支撐鋼結(jié)構(gòu)4運(yùn)輸至風(fēng)機(jī)機(jī)位，通過吊機(jī)將桁架式風(fēng)機(jī)支撐鋼結(jié)構(gòu)4放入海里，吊裝過程中桁架支撐結(jié)構(gòu)4的插腿（或套筒）4-6與預(yù)埋的對接鋼管1進(jìn)行對接；最后對插腿（或套筒）4-6與預(yù)埋的對接鋼管1之間的空隙進(jìn)行灌漿操作，通過灌漿材料5將桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4與重力式基礎(chǔ)進(jìn)行連接形成整體；最后吊裝塔筒及風(fēng)機(jī)。

實(shí)施例3，整體式施工方法。

本實(shí)施例是針對實(shí)施例1中第二種情況下的施工方法，其具體的施工步驟如下：

a、分別在陸地上制作重力式基礎(chǔ)和桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)。

b、對風(fēng)機(jī)機(jī)位的海床進(jìn)行整理，包括海床平整、地基鋪設(shè)碎石墊層操作。

c、在陸地上分別制作桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4和預(yù)制空腔重力式混凝土基礎(chǔ)，然后在碼頭上將制作好的桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4插入混凝土墩臺2的預(yù)埋對接鋼管1中，通過灌漿使桁架式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)4與空腔重力式基礎(chǔ)組成整體以支撐上部風(fēng)機(jī)。

d、根據(jù)碼頭的設(shè)備條件，可用吊機(jī)或氣囊滾運(yùn)下水方式將桁架-重力式組合的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)整體吊入海里，依靠空腔體的浮力將整個(gè)基礎(chǔ)自浮于海面上；然后用拖船將該基礎(chǔ)整體拖航至風(fēng)電場相應(yīng)機(jī)位，通過向空腔內(nèi)緩慢注水使基礎(chǔ)沉至海床；然后對該基礎(chǔ)的空腔內(nèi)進(jìn)行拋石操作，將空腔體填滿石塊；最后吊裝塔筒及風(fēng)機(jī)。