[發明專利]一種海上風電工程鋼樁基礎及其施工方法

在審

• 申請號: 201710257725.2
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN106948359A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 劉潔群;劉金龍;肖新國
• 申請（專利權）人: 合肥學院
• 主分類號: E02D27/12
• 分類號: E02D27/12;E02D27/42;E02D27/52
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術領域：

本發明涉及海上風電工程領域，尤其涉及一種海上風電工程鋼樁基礎及其施工方法。

背景技術：

海上風電作為一種綠色清潔能源，由于其資源豐富、風速穩定、對環境的負面影響較少、視覺干擾小、可大規模開發等優勢，一直受到各國的青睞。海上風電場的基礎類型主要有：重力式基礎、單樁基礎、三腳架式基礎、導管架式基礎、多樁式基礎等，其中單樁基礎是應用最多的基礎形式。歐洲海上風電工程的近2000臺基礎中，有70%為單樁基礎。

海上風電單樁基礎具有制造簡單、不需整理海床的特點，該類基礎由焊接鋼管組成，樁和塔架之間可以是法蘭連接，也可以是通過轉換平臺調平后再連接，通過塔筒和鋼樁傳遞風機荷載。樁的直徑根據負荷的大小而定，一般為3~5 m，壁厚約為樁直徑的1%。在我國江蘇的如東潮間帶風電場工程的海上樁基礎采用了質量285t、直徑5 m、高度42 m的單樁鋼管樁基礎，完成鋼管樁加工后，將其運至碼頭上用600t起重船裝上2000t駁船，運至風電場場址，根據潮間帶的水文情況，需要在高潮位時趕潮運至風場。

可見，傳統的單樁基礎具有直徑大、長度大、重量大的特點，需要大型起重與運輸設備，施工難度大。而海上大型起重與運輸設備資源非常有限，且潮間帶水位無法供大型施工船進入，使得單樁基礎的施工受到諸多因素的限制，施工效率較低。

一般地，上部風機的豎向荷載由單樁基礎與土體之間的摩擦力承擔，故單樁基礎需要足夠的長度；風機的水平荷載由單樁基礎與海床土體共同提供的強度與剛度控制，故單樁基礎需要足夠的截面積與直徑。較大的豎向荷載、水平荷載、彎矩的組合作用下，傳統單樁基礎的直徑、長度取值需較大才能滿足要求。

若能改變單樁基礎的受力途徑，使上部結構的豎向荷載由海床土體直接承擔，而單樁基礎僅承擔水平荷載與彎矩，則可以大大減少單樁基礎的直徑與長度尺寸，進而降低其總重量，方便海上施工。

可見，有必要探討海上風電工程中簡單、實用的新型鋼樁基礎及其施工方法，促進現有技術的革新與進步。

發明內容：

為了彌補現有技術問題的不足，本發明的目的是提供一種海上風電工程鋼樁基礎及其施工方法，其豎向荷載由海床土體直接承擔，而水平荷載由鋼樁與海床共同承擔，單個構件重量小、施工方便，為海上風電工程單樁基礎提供一種新構型。

本發明的技術方案如下：

海上風電工程鋼樁基礎，其特征在于，包括打入指定海域的中心鋼樁，中心鋼樁上依次套裝有底托、樁外套筒，底托沿著中心鋼樁下滑并接觸海床，樁外套筒下端壓住底托，樁外套筒上端連接有風機塔筒。

所述的海上風電工程鋼樁基礎，其特征在于，所述底托包括鋼板加工成型的圓環盤，圓環盤環壁上焊接有裙板，圓環盤上端面為平面，圓環盤中部設有限位套筒，限位套筒與圓環盤上端面均勻分布的多根肋條靠近中心端焊接固定。

所述的海上風電工程鋼樁基礎，其特征在于，所述樁外套筒包括底部套筒、多個中部套筒、頂部套筒，底部套筒、多個中部套筒、頂部套筒依次連接固定，底部套筒工作時壓住底托，頂部套筒與風機塔筒相連接。

所述的海上風電工程鋼樁基礎，其特征在于，所述底部套筒由鋼管外均勻、對稱的焊接多個條形板構成，整體呈軸對稱狀態，底部套筒頂部焊接有與中部套筒相連接的法蘭盤，法蘭盤上均勻設有螺栓孔，法蘭盤與鋼管外壁之間均勻設有多個小三角形加筋肋，底部套筒的底部焊接有壓在底托上的圓盤，圓盤與鋼管外壁之間均勻設有多個大三角形加筋肋，圓盤上端面還設有多個徑向設置與大三角形加筋肋間隔分布的矩形加筋肋；大三角形加筋肋與小三角形加筋肋位置相互對應且與條形板間隔布置，條形板下端位于在兩個矩形加筋肋之間。

所述的海上風電工程鋼樁基礎，其特征在于，所述的中部套筒由鋼管外均勻、對稱的焊接多個條形板而成，整體呈軸對稱狀態，鋼管的兩端焊接有法蘭盤，法蘭盤上均勻設有螺栓孔，法蘭盤與鋼管之間均勻設有多個小三角形加筋肋。

所述的海上風電工程鋼樁基礎，其特征在于，所述的頂部套筒與底部套筒的外形構造基本相同，區別僅在于頂部套筒的圓盤上均勻、對稱的設有多個螺栓孔，供連接風機塔筒使用。

所述的海上風電工程鋼樁基礎，其特征在于，所述的底部套筒、中部套筒、頂部套筒三者的鋼管尺寸相同，鋼管內徑大于中心鋼樁外徑1~2cm，各套筒可基于法蘭盤上螺栓孔用螺栓進行相互固定與連接，個套筒外壁上的條形板、小三角形加筋肋、大三角形加筋肋位置相互對應。

一種海上風電工程鋼樁基礎的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）、設計與制作鋼樁基礎：