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一种海上 风电嵌岩区风机基础及施工方法

阅读：393发布：2020-10-29

专利汇可以提供一种海上风电嵌岩区风机基础及施工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种海上风电嵌岩区风机基础及施工方法，风机基础包括钢桩、导管架、转换结构；导管架为多根，多根导管架通过水平撑或斜撑固定连接；钢桩插置于导管架内；钢桩的下端设置有搭接芯柱、嵌沿芯柱；转换结构设置于导管架与钢桩的顶端。上述风机基础的施工方法，包括预制钢结构制品、下放导管架、打桩、安装临时施工平台及设备、嵌岩、移除临时施工平台并安装转换结构等。本发明通过预先安装导管架可以实现后打桩方式，具有施工简单、操作方便、作业周期短、可避免水下作业的优点；所有的钢结构均在陆上工厂车间加工成型，大幅度避免了现场组装施工，显著节约了施工周期；临时施工平台安装简单方便并且可以拆卸后重复利用。，下面是一种海上风电嵌岩区风机基础及施工方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种海上风电嵌岩区风机基础，包括钢桩(6)，其特征在于：还包括导管架(2)、转换结构(1)、搭接芯柱(7)、嵌沿芯柱(8)；所述导管架(2)为多根，多根导管架通过水平撑或斜撑(4)固定连接；
所述钢桩(6)插置于导管架(2)内，其上端通过连接板(3)与导管架(2)的上端相焊接；
所述钢桩(6)的长度大于导管架(2)的长度；
所述钢桩(6)的下端设置有搭接芯柱(7)；所述搭接芯柱(7)的下端设置有嵌沿芯柱(8)；所述转换结构(1)设置于导管架与钢桩的顶端。
2.根据权利要求1所述的海上风电嵌岩区风机基础，其特征在于：所述转换结构(1)包括主立柱(12)、支撑腿(13)、过渡锥管(10)；所述支撑腿(13)为多根，多根支撑腿沿主立柱(12)的外壁呈辐射状排列；所述支撑腿(13)的下端均固定设置有过渡锥管(10)；所述过渡锥管(10)的下端设置有锥尖结构，过渡锥管(10)通过锥尖结构插置于钢桩(6)的顶端。
3.根据权利要求2所述的海上风电嵌岩区风机基础，其特征在于：所述钢桩(6)通过转换结构(1)与风机塔筒相连接。
4.根据权利要求1或2所述的海上风电嵌岩区风机基础，其特征在于：所述搭接芯柱(7)、嵌沿芯柱(8)均以钢筋笼为骨架，内外浇筑混凝土而成型；所述搭接芯柱(7)设置于钢桩(6)的内部下端。
5.根据权利要求4所述的海上风电嵌岩区风机基础，其特征在于：所述导管架(2)的下端设置有防沉板(5)，用于防止安装过程中导管架因自重作用下沉降过大。
6.根据权利要求5所述的海上风电嵌岩区风机基础，其特征在于：所述导管架(2)的内壁上焊接设置有锲块(9)，用于对钢桩(6)进行水平限位。
7.根据权利要求6所述的海上风电嵌岩区风机基础，其特征在于：所述导管架(2)与钢桩(6)的上端架设有临时施工平台(11)。
8.根据权利要求7所述的海上风电嵌岩区风机基础，其特征在于：所述导管架(2)为直立式。
9.根据权利要求7所述的海上风电嵌岩区风机基础，其特征在于：所述导管架(2)为斜式，其斜度为7:1～12:1。
10.一种如权利要求7所述的海上风电嵌岩区风机基础的施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
a、在陆上工厂车间对导管架(2)、钢桩(6)、转换结构(1)、临时施工平台(11)、搭接芯柱(7)和嵌沿芯柱(8)用钢筋笼预制成型；
b、将导管架(2)下放至工作海域海床上，因有防沉板(5)的作用，导管架(2)的沉降得到有效控制；
c、进行打桩作业，将钢桩(6)穿过导管架(2)并打入至土层的底端；
d、打桩完毕后，焊接连接板(3)，使得钢桩(6)与导管架(2)连接为一体；
e、将钢桩(6)的顶端切割至平齐，然后安装钻孔嵌岩用临时施工平台(11)，并在临时施工平台(11)上安装嵌岩设备；
f、沿着钢桩(6)向土层下方的基岩层打孔，可多台钻机同时操作；打孔至预定深度后，沿钢桩(6)向基岩层及土层的孔内下放钢筋笼并浇铸混凝土，完成嵌岩作用；
g、嵌岩施工完毕后，移除嵌岩设备及临时施工平台(11)；
h、安装转换结构(1)，完成风机基础施工。

说明书全文

一种海上风电嵌岩区风机基础及施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种风机基础及施工方法，尤其涉及一种海上风电嵌岩区风机基础及施工方法。

背景技术

[0002] 随着海上风能的开发逐渐扩大，在岩石地质中进行嵌岩施工已逐步成为海上风能开发中的核心问题，嵌岩区的风机基础造价严重制约着海上风电场的成本，因此海上风电嵌岩区的风机基础比选就显得尤为关键。

[0003] 目前海上风电嵌岩风机基础形式主要有高桩承台基础和单桩基础。其中，高桩承台基础一般包含6-8根斜桩，斜桩固定后，在桩底进行芯柱嵌岩施工，上部进行混凝土承台浇筑。该风机基础所使用的嵌岩桩的数量多，导致海上清孔、钻孔、底部芯柱嵌岩施工工作量大，再加上上部还需进行钢套箱安装和混凝土承台浇筑，工序多，施工效率低，另外由于桩是倾斜的，不仅钻孔效率低，一般还需搭设稳桩平台，施工周期相当长，对海上天气窗口期要求高。

[0004] 而单桩基础桩径一般较大，随着水深和风机的增大，最大桩径可达8m。由于单桩直径大，且埋深较深，对钻机钻孔的直径要求大，导致工程造价高，而且单桩基础嵌岩一般需二次成孔，即一次钻孔，二次扩孔，施工效率很低，施工工期长，天气窗口期要求高。此外，单桩基础也需搭设专门的海上施工平台并固定钻机进行钻孔，存在施工周期长，造价高，应用海域水深较浅的缺点。

[0005] 为了降低海上风机基础的成本，缩短施工周期，提高海上施工的安全性，并适应较深海域风电场在岩石地基条件下的开发要求，亟需提出一种新型的海上风电嵌岩区风机基础及施工方法。

发明内容

[0006] 为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种海上风电嵌岩区风机基础及施工方法。

[0007] 为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种海上风电嵌岩区风机基础，包括钢桩，还包括导管架、转换结构、搭接芯柱、嵌沿芯柱；导管架为多根，多根导管架通过水平撑或斜撑固定连接；

[0008] 钢桩插置于导管架内，其上端通过连接板与导管架的上端相焊接；钢桩的长度大于导管架的长度；

[0009] 钢桩的下端设置有搭接芯柱；搭接芯柱的下端设置有嵌沿芯柱；转换结构设置于导管架与钢桩的顶端。

[0010] 进一步地，转换结构包括主立柱、支撑腿、过渡锥管；支撑腿为多根，多根支撑腿沿主立柱的外壁呈辐射状排列；支撑腿的下端均固定设置有过渡锥管；过渡锥管的下端设置有锥尖结构，过渡锥管通过锥尖结构插置于钢桩的顶端。

[0011] 进一步地，钢桩通过转换结构与风机塔筒相连接。

[0012] 进一步地，搭接芯柱、嵌沿芯柱均以钢筋笼为骨架，内外浇筑混凝土而成型；搭接芯柱设置于钢桩的内部下端。

[0013] 进一步地，导管架的下端设置有防沉板，用于防止安装过程中导管架因自重作用下沉降过大。

[0014] 进一步地，导管架的内壁上焊接设置有锲块，用于对钢桩进行水平限位。

[0015] 进一步地，导管架与钢桩的上端架设有临时施工平台。

[0016] 进一步地，导管架为直立式。或者，导管架为斜式，其斜度为7:1～12:1。

[0017] 一种海上风电嵌岩区风机基础的施工方法，包括以下步骤：

[0018] a、在陆上工厂车间对导管架、钢桩、转换结构、临时施工平台、搭接芯柱和嵌沿芯柱用钢筋笼预制成型；

[0019] b、将导管架下放至工作海域海床上，因有防沉板的作用，导管架的沉降得到有效控制；

[0020] c、进行打桩作业，将钢桩穿过导管架并打入至土层的底端；

[0021] d、打桩完毕后，焊接连接板，使得钢桩与导管架连接为一体；

[0022] e、将钢桩的顶端切割至平齐，然后安装钻孔嵌岩用临时施工平台，并在临时施工平台上安装嵌岩设备；

[0023] f、沿着钢桩向土层下方的基岩层打孔，可多台钻机同时操作；打孔至预定深度后，沿钢桩向基岩层及土层的孔内下放钢筋笼并浇铸混凝土，完成嵌岩作用；

[0024] g、嵌岩施工完毕后，移除嵌岩设备及临时施工平台；

[0025] h、安装转换结构，完成风机基础施工。

[0026] 本发明通过预先安装导管架可以实现后打桩方式，具有施工简单、操作方便、作业周期短、可避免水下作业的优点；所有的钢结构均在陆上工厂车间加工成型，大幅度避免了现场组装施工，显著节约了施工周期；临时施工平台安装简单方便并且可以拆卸后重复利用。附图说明

[0027] 图1为本发明的整体结构示意图。

[0028] 图2为钢桩和导管架通过连接板相连接的结构示意图。

[0029] 图3为转换结构的放大结构示意图。

[0030] 图4为钢桩和导管架通过锲块相连接的结构示意图。

[0031] 图5为导管架在工作海域海床上的安装状态示意图。

[0032] 图6为打桩状态示意图。

[0033] 图7为临时施工平台的安装状态示意图。

[0034] 图8为嵌岩作业的状态示意图。

[0035] 图9为嵌岩作业完成后拆除临时施工平台的状态示意图。

[0036] 图10为转换结构的安装过程示意图。

[0037] 图11为转换结构安装好之后的风机基础的整体结构图。

[0038] 图中：1、转换结构；2、导管架；3、连接板；4、斜撑；5、防沉板；6、钢桩；7、搭接芯柱；8、嵌沿芯柱；9、锲块；10、过渡锥管；11、临时施工平台；12、主立柱；13、支撑腿；14、土层；15、基岩层。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0040] 图1-2所示的一种海上风电嵌岩区风机基础，包括钢桩6，还包括导管架2、转换结构1、搭接芯柱7、嵌沿芯柱8；导管架2为多根，多根导管架通过水平撑或斜撑4固定连接；

[0041] 钢桩6插置于导管架2内，其上端通过连接板3与导管架2的上端相焊接；钢桩6的长度大于导管架2的长度，便于插置于嵌岩区内进行嵌岩作用；

[0042] 钢桩6的下端设置有搭接芯柱7；搭接芯柱7的下端设置有嵌沿芯柱8；转换结构1设置于导管架与钢桩的顶端，用于将导管架与风机塔筒相搭接。

[0043] 如图3所示，转换结构1包括主立柱12、支撑腿13、过渡锥管10；风机塔筒可设置于主立柱12的上端；钢桩6通过转换结构1与风机塔筒相连接。支撑腿13为多根，多根支撑腿沿主立柱12的外壁呈辐射状排列；支撑腿13的下端均固定设置有过渡锥管10；过渡锥管10的下端设置有锥尖结构，过渡锥管10通过锥尖结构插置于钢桩6的顶端。

[0044] 搭接芯柱7、嵌沿芯柱8均以钢筋笼为骨架，内外浇筑混凝土而成型；搭接芯柱7设置于钢桩6的内部下端。

[0045] 导管架2的下端设置有防沉板5，用于防止安装过程中导管架因自重作用下沉降过大。

[0046] 如图4所示，导管架2的内壁上焊接设置有锲块9，只用于对钢桩6进行水平限位，而不传递竖向力和弯矩。

[0047] 导管架2与钢桩6的上端架设有临时施工平台11。

[0048] 导管架2为直立式或斜式，为斜式时其斜度为7:1～12:1。

[0049] 一种海上风电嵌岩区风机基础的施工方法，包括以下步骤：

[0050] a、在陆上工厂车间对导管架2、钢桩6、转换结构1、临时施工平台11、搭接芯柱7和嵌沿芯柱8用钢筋笼预制成型；

[0051] b、将导管架2下放至工作海域海床上，因有防沉板5的作用，导管架2的沉降得到有效控制，如图5所示；

[0052] c、进行打桩作业，将钢桩6穿过导管架2并打入至土层的底端，如图6所示；

[0053] d、打桩完毕后，焊接连接板3，使得钢桩6与导管架2连接为一体；

[0054] e、将钢桩6的顶端切割至平齐，然后安装钻孔嵌岩用临时施工平台11(图7所示)，并在临时施工平台11上安装嵌岩设备；

[0055] f、沿着钢桩6向土层下方的基岩层打孔，可多台钻机同时操作；打孔至预定深度后，沿钢桩6向基岩层及土层的孔内下放钢筋笼并浇铸混凝土，完成嵌岩作用(图8所示)；

[0056] g、嵌岩施工完毕后，移除嵌岩设备及临时施工平台11(图9所示)；

[0057] h、安装转换结构1，完成风机基础施工(图10、图11所示)。

[0058] 本发明与现有技术相比，具有以下优势：

[0059] 1)相较于目前普遍的先打桩方式，本发明可以实现后打桩，也就是先安装导管架再打桩以及嵌岩，具有施工简单方便、周期短，避免水下作业的优点；

[0060] 2)所有的钢结构均在陆上工厂车间加工成型，大幅度避免了现场组装施工，显著节约了施工周期；

[0061] 3)通过上部的转换结构实现导管架与风机塔筒之间的对接，且转换结构的下端具有锥尖结构，可在连接时起导向作用，焊接方便、操作简单；

[0062] 4)导管架与钢桩之间通过连接板焊接在一起，且导管架与钢桩之间设置有锲块，可实现对钢桩的水平限位，避免了传统的灌浆操作；

[0063] 5)导管架的下端设置有防沉板，可在安装过程中，防止导管架因自重作用而下沉降过大的问题；

[0064] 6)可在导管架的顶端设置临时施工平台进行嵌岩作用，减少了传统方法在海上搭设嵌岩平台的工作量；此外，嵌岩完成后，临时施工平台可拆除并转接转换结构，可重复利用。

[0065] 上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

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