一種重力式海上風電機組基礎及其拖航與下沉方法
【專利摘要】一種可拖航的重力式海上風電機組基礎，由連接段、基礎主體、砂石堆載和浮箱構成，基礎主體由基礎底座和鋼筋混凝土錐筒組成，基礎底座包括底板和肋板，底板的外緣設有底板圈梁，圓形底板通過灌漿與巖石地基固定，肋板的頂部設有肋板圈梁；連接段鋼筋混凝土圓筒的頂部通過法蘭與風機塔筒連接；浮箱為鋼材焊接的密閉箱體，浮箱的頂部和底部別設有排氣閥和排水閥；浮箱與外側肋板圈梁設置連接構件并通過銷釘連接用于浮箱固定或撤出。本發(fā)明的優(yōu)點是：該重力式海上風電機組基礎重心低，在拖航運輸與下沉過程中具有良好穩(wěn)定性與安全性；該基礎材料用量少、預制安裝方便快捷，施工周期短、施工成本低，具有良好的經濟性，有利于推廣應用。
【專利說明】一種重力式海上風電機組基礎及其拖航與下沉方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及海上風電基礎的構筑，特別是一種重力式海上風電機組基礎及其拖航與下沉方法。
【背景技術】
[0002]目前，海上風電基礎的類型主要有單樁基礎、三腳架基礎、重力式基礎、筒形基礎以及漂浮式基礎，使用最多的是單樁基礎和重力式基礎。傳統(tǒng)的重力式基礎以其自身重量來維持結構穩(wěn)定，體形簡單、設計容易，但其自身重量大，施工過程基本只能采用吊裝完成，施工成本高，施工難度大，危險性高，經濟性差。而采用拖航技術取代吊裝技術的施工方法能極大的提高施工效率，并顯著降低成本。因此，近年來可拖航的重力式基礎形式有了極大的發(fā)展。然而，現(xiàn)有可進行拖航的重力式基礎形式雖然可以實現(xiàn)拖航的能力，但在拖航及其下沉過程中的浮穩(wěn)性仍存在諸多隱患。
[0003]該基礎型式可通過外置浮箱完成拖航工作。同時，因體形良好，該基礎結構在拖航運輸及下沉過程中都具有較高浮穩(wěn)性。此外，該基礎結構體形輕便，靈活性強，經濟性好。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在針對上述存在問題，提供一種重力式海上風電機組基礎及其拖航與下沉方法，該基礎具有良好的拖航能力，結構新穎、體型簡單，便于制造與施工，經濟效益良好。
[0005]本發(fā)明的技術方案:
一種可拖航的重力式海上風電機組基礎，由連接段、基礎主體、砂石堆載和浮箱構成，連接段為鋼筋混凝土圓筒；基礎主體位于水平面以下，由基礎底座和鋼筋混凝土錐筒組成，基礎底座為混凝土構件，包括底板和肋板，圓形底板的外緣設有底板圈梁，圓形底板通過灌漿與巖石地基固定，肋板圍繞鋼筋混凝土椎筒輻射狀垂直均布，肋板的數(shù)量為4-8塊，肋板的頂部設有1-3個肋板圈梁，肋板的底邊與底板連成一體，肋板的內側邊與鋼筋混凝土錐筒外壁連成一體，肋板的外側邊與底板圈梁和最外邊肋板圈梁的內側面連成一體；鋼筋混凝土錐筒底部位于基礎底座圓形底板的中心并與底板連接一體；鋼筋混凝土錐筒頂部的直徑與連接段鋼筋混凝土圓筒的直徑相同，鋼筋混凝土錐筒和鋼筋混凝土圓筒的筒壁內均設有預應力鋼筋并通過澆注混凝土連接一體，連接段鋼筋混凝土圓筒的頂部通過法蘭與風機塔筒連接，鋼筋混凝土錐筒內填加砂石堆載；浮箱為鋼材焊接的密閉箱體，浮箱的高度與底板圈梁和肋板頂部外圈梁之間卡槽的距離相等并可自由進出，浮箱的頂部和底部別設有排氣閥和排水閥；浮箱與外側肋板圈梁設置連接構件并通過銷釘連接用于浮箱固定或撤出。
[0006]一種所述可拖航的重力式海上風電機組基礎的拖航與下沉方法，步驟如下:
1)在船塢內預制完成基礎主體和密閉氣浮箱，浮箱內充氣后關閉排氣閥和排水閥；
2)將氣浮箱置于基礎主體的卡槽內并通過銷釘連接與基礎主體固定；
3)船塢注水，基礎主體隨水體升高而逐漸漂浮，當船塢水體與外水體水位相同時,打開船塢閘門，駛入拖航船只，將基礎主體與船只連接，開始拖航作業(yè)，當基礎拖航到指定位置后，基礎主體與船只斷開連接，進行下沉作業(yè)；
4)打開浮箱排氣閥與排水閥，將浮箱內部氣體置換成水，同時在基礎主體內部注水，隨著質量增加，基礎主體與浮箱同步下沉；
5)基礎主體定位后，拆卸銷釘撤出浮箱，再次通過浮箱的排氣閥與排水閥，將浮箱內部水置換為氣體，浮箱上浮回收，完成下沉工作；
6)最后在鋼筋混凝土維筒的空腔內和基礎主體的卡槽內加入砂石堆載以進一步提聞結構的穩(wěn)定性。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
該重力式海上風電機組基礎重心低，在拖航運輸與下沉過程中具有良好穩(wěn)定性與安全性；用于拖航及下沉的氣浮箱及其連接構件拆卸方便，可回收再利用；該基礎材料用量少、預制安裝方便快捷，施工周期短、施工成本低，具有良好的經濟性，有利于推廣應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為該重力式海上風電機組基礎立體結構示意圖。
[0009]圖2為該重力式海上風電機組基礎剖視結構示意圖。
[0010]圖3為該重力式海上風電機組基礎俯視結構示意圖。
[0011]圖中:1.連接段 2.基礎主體 3.砂石堆載 4.浮箱 5.底板
6.肋板 7.底板圈梁 8.肋板圈梁 9.預應力鋼筋 10.排氣閥
11.排水閥 12.連接構件 13.銷釘。
【具體實施方式】
[0012]實施例:
一種可拖航的重力式海上風電機組基礎，如圖1-3所示，由連接段1、基礎主體2、砂石堆載3和浮箱4構成，連接段I為鋼筋混凝土圓筒；基礎主體2位于水平面以下，由基礎底座和鋼筋混凝土錐筒組成，基礎底座為混凝土構件，包括底板5和肋板6，圓形底板的外緣設有底板圈梁7，圓形底板5通過灌漿與巖石地基固定，肋板6圍繞鋼筋混凝土椎筒輻射狀垂直均布，肋板6的數(shù)量為6塊，肋板6的頂部設有2個肋板圈梁8，肋板6的底邊與底板5連成一體，肋6的內側邊與鋼筋混凝土錐筒外壁連成一體，肋板6的外側邊與底板圈梁7和最外邊肋板圈梁8的內側面連成一體；鋼筋混凝土錐筒底部位于基礎底座圓形底板5的中心并與底板5連接一體；鋼筋混凝土錐筒頂部的直徑與連接段I鋼筋混凝土圓筒的直徑相同，鋼筋混凝土錐筒和鋼筋混凝土圓筒的筒壁內均設有預應力鋼筋9并通過澆注混凝土連接一體，連接段I鋼筋混凝土圓筒的頂部通過法蘭與風機塔筒連接，鋼筋混凝土錐筒內填加砂石堆載3 ;浮箱4為鋼材焊接的密閉箱體，浮箱4的高度與底板圈梁7和肋板頂部外圈梁8之間卡槽的距離相等并可自由進出，浮箱4的頂部和底部別設有排氣閥10和排水閥11 ;浮箱4與外側肋板圈梁8設置連接構件12并通過銷釘13連接用于浮箱固定或撤出。
[0013]在該實施例中:連接段I直徑7m、高7m、厚0.8m ;基礎主體2下部直徑20m、上部直徑7m、高20m、壁厚0.8m ;砂石堆載3高度7.5m ;底板5直徑30m、厚Im ;底板圈梁7外徑30m、截面長、寬為lm、Im ;肋板6高6m、厚Im ；2個肋板圈梁5外徑分別為30m和24m,截面長、寬均為lm、lm ;浮箱8共6個，由鋼材焊接制成，截面為多邊形，外邊為圓弧線并與基礎形狀一致，截面高5.5m、上寬6.5m、下寬4.5m、厚5cm ;連接構件12由鋼板制成，中部預留銷釘13的孔，分別與浮箱4及肋板圈梁8內部鋼筋焊接成為整體，鋼板厚度5cm。
[0014]該可拖航的重力式海上風電機組基礎的拖航與下沉方法，步驟如下:
1)在船塢內預制完成基礎主體和密閉氣浮箱4，浮箱4內充氣后關閉排氣閥10和排水閥11 ;
2)將浮箱4置于基礎主體的卡槽內，并通過連接構件12及銷釘13將浮箱4固定于基礎之上；
3)船塢注水，基礎主體隨水體升高而逐漸漂浮，當船塢水體與外水體水位相同時,打開船塢閘門，駛入拖航船只，將基礎主體與船只連接，開始拖航作業(yè)，當基礎拖航到指定位置后，基礎主體與船只斷開連接，進行下沉作業(yè)；
4)打開浮箱4排氣閥10與排水閥11，將浮箱4內部氣體置換成水，同時在基礎主體內部注水，隨著質量增加,基礎主體與浮箱4同步下沉；
5)基礎主體定位后，拆卸銷釘13，撤出浮箱4，再次通過浮箱的排氣閥10與排水閥11，將浮箱4內部水置換為氣體，浮箱4上浮回收，完成下沉工作；
6)最后在鋼筋混凝土錐筒的空腔內和基礎主體的卡槽內加入砂石堆載3以進一步提高結構的穩(wěn)定性。
【權利要求】
1.一種可拖航的重力式海上風電機組基礎，其特征在于:由連接段、基礎主體、砂石堆載和浮箱構成，連接段為鋼筋混凝土圓筒；基礎主體位于水平面以下，由基礎底座和鋼筋混凝土錐筒組成，基礎底座為混凝土構件，包括底板和肋板，圓形底板的外緣設有底板圈梁，圓形底板通過灌漿與巖石地基固定，肋板圍繞鋼筋混凝土椎筒輻射狀垂直均布，肋板的數(shù)量為4-8塊，肋板的頂部設有1-3個肋板圈梁，肋板的底邊與底板連成一體，肋板的內側邊與鋼筋混凝土錐筒外壁連成一體，肋板的外側邊與底板圈梁和最外邊肋板圈梁的內側面連成一體；鋼筋混凝土錐筒底部位于基礎底座圓形底板的中心并與底板連接一體；鋼筋混凝土錐筒頂部的直徑與連接段鋼筋混凝土圓筒的直徑相同，鋼筋混凝土錐筒和鋼筋混凝土圓筒的筒壁內均設有預應力鋼筋并通過澆注混凝土連接一體，連接段鋼筋混凝土圓筒的頂部通過法蘭與風機塔筒連接，鋼筋混凝土錐筒內填加砂石堆載；浮箱為鋼材焊接的密閉箱體，浮箱的高度與底板圈梁和肋板頂部外圈梁之間卡槽的距離相等并可自由進出，浮箱的頂部和底部別設有排氣閥和排水閥；浮箱與外側肋板圈梁設置連接構件并通過銷釘連接用于浮箱固定或撤出。
2.一種如權利要求1所述可拖航的重力式海上風電機組基礎的拖航與下沉方法，其特征在于步驟如下: 1)在船塢內預制完成基礎主體和密閉氣浮箱，浮箱內充氣后關閉排氣閥和排水閥； 2)將氣浮箱置于基礎主體的卡槽內并通過銷釘連接與基礎主體固定； 3)船塢注水，基礎主體隨水體升高而逐漸漂浮，當船塢水體與外水體水位相同時,打開船塢閘門，駛入拖航船只，將基礎主體與船只連接，開始拖航作業(yè)，當基礎拖航到指定位置后，基礎主體與船只斷開連接，進行下沉作業(yè)； 4)打開浮箱排氣閥與排水閥，將浮箱內部氣體置換成水，同時在基礎主體內部注水，隨著質量增加，基礎主體與浮箱同步下沉； 5)基礎主體定位后，拆卸銷釘撤出浮箱，再次通過浮箱的排氣閥與排水閥，將浮箱內部水置換為氣體，浮箱上浮回收，完成下沉工作； 6)最后在鋼筋混凝土維筒的空腔內和基礎主體的卡槽內加入砂石堆載以進一步提聞結構的穩(wěn)定性。
【文檔編號】E02D27/44GK103758147SQ201410049408
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月13日 優(yōu)先權日:2014年2月13日
【發(fā)明者】王海軍, 練繼建, 吳慕丹, 燕翔 申請人:天津大學前沿技術研究院有限公司