一种重力式海上风电机组基础及其拖航与下沉方法

摘要

一种可拖航的重力式海上风电机组基础，由连接段、基础主体、砂石堆载和浮箱构成，基础主体由基础底座和钢筋混凝土锥筒组成，基础底座包括底板和肋板，底板的外缘设有底板圈梁，圆形底板通过灌浆与岩石地基固定，肋板的顶部设有肋板圈梁；连接段钢筋混凝土圆筒的顶部通过法兰与风机塔筒连接；浮箱为钢材焊接的密闭箱体，浮箱的顶部和底部别设有排气阀和排水阀；浮箱与外侧肋板圈梁设置连接构件并通过销钉连接用于浮箱固定或撤出。本发明的优点是：该重力式海上风电机组基础重心低，在拖航运输与下沉过程中具有良好稳定性与安全性；该基础材料用量少、预制安装方便快捷，施工周期短、施工成本低，具有良好的经济性，有利于推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及海上风电基础的构筑，特别是一种重力式海上风电机组基础及其拖航与下沉方法。

背景技术

目前，海上风电基础的类型主要有单桩基础、三脚架基础、重力式基础、筒形基础以及漂浮式基础，使用最多的是单桩基础和重力式基础。传统的重力式基础以其自身重量来维持结构稳定，体形简单、设计容易，但其自身重量大，施工过程基本只能采用吊装完成，施工成本高，施工难度大，危险性高，经济性差。而采用拖航技术取代吊装技术的施工方法能极大的提高施工效率，并显著降低成本。因此，近年来可拖航的重力式基础形式有了极大的发展。然而，现有可进行拖航的重力式基础形式虽然可以实现拖航的能力，但在拖航及其下沉过程中的浮稳性仍存在诸多隐患。

该基础型式可通过外置浮箱完成拖航工作。同时，因体形良好，该基础结构在拖航运输及下沉过程中都具有较高浮稳性。此外，该基础结构体形轻便，灵活性强，经济性好。

发明内容

本发明的目的旨在针对上述存在问题，提供一种重力式海上风电机组基础及其拖航与下沉方法，该基础具有良好的拖航能力，结构新颖、体型简单，便于制造与施工，经济效益良好。

本发明的技术方案：

一种可拖航的重力式海上风电机组基础，由连接段、基础主体、砂石堆载和浮箱构成，连接段为钢筋混凝土圆筒；基础主体位于水平面以下，由基础底座和钢筋混凝土锥筒组成，基础底座为混凝土构件，包括底板和肋板，圆形底板的外缘设有底板圈梁，圆形底板通过灌浆与岩石地基固定，肋板围绕钢筋混凝土椎筒辐射状垂直均布，肋板的数量为4-8块，肋板的顶部设有1-3个肋板圈梁，肋板的底边与底板连成一体，肋板的内侧边与钢筋混凝土锥筒外壁连成一体，肋板的外侧边与底板圈梁和最外边肋板圈梁的内侧面连成一体；钢筋混凝土锥筒底部位于基础底座圆形底板的中心并与底板连接一体；钢筋混凝土锥筒顶部的直径与连接段钢筋混凝土圆筒的直径相同，钢筋混凝土锥筒和钢筋混凝土圆筒的筒壁内均设有预应力钢筋并通过浇注混凝土连接一体，连接段钢筋混凝土圆筒的顶部通过法兰与风机塔筒连接，钢筋混凝土锥筒内填加砂石堆载；浮箱为钢材焊接的密闭箱体，浮箱的高度与底板圈梁和肋板顶部外圈梁之间卡槽的距离相等并可自由进出，浮箱的顶部和底部别设有排气阀和排水阀；浮箱与外侧肋板圈梁设置连接构件并通过销钉连接用于浮箱固定或撤出。

一种所述可拖航的重力式海上风电机组基础的拖航与下沉方法，步骤如下：

1）在船坞内预制完成基础主体和密闭气浮箱，浮箱内充气后关闭排气阀和排水阀；

2）将气浮箱置于基础主体的卡槽内并通过销钉连接与基础主体固定；

3）船坞注水，基础主体随水体升高而逐渐漂浮，当船坞水体与外水体水位相同时，打开船坞闸门，驶入拖航船只，将基础主体与船只连接，开始拖航作业，当基础拖航到指定位置后，基础主体与船只断开连接，进行下沉作业；

4）打开浮箱排气阀与排水阀，将浮箱内部气体置换成水，同时在基础主体内部注水，随着质量增加，基础主体与浮箱同步下沉；

5）基础主体定位后，拆卸销钉撤出浮箱，再次通过浮箱的排气阀与排水阀，将浮箱内部水置换为气体，浮箱上浮回收，完成下沉工作；

6）最后在钢筋混凝土锥筒的空腔内和基础主体的卡槽内加入砂石堆载以进一步提高结构的稳定性。

本发明的有益效果是：

该重力式海上风电机组基础重心低，在拖航运输与下沉过程中具有良好稳定性与安全性；用于拖航及下沉的气浮箱及其连接构件拆卸方便，可回收再利用；该基础材料用量少、预制安装方便快捷，施工周期短、施工成本低，具有良好的经济性，有利于推广应用。

附图说明

图1为该重力式海上风电机组基础立体结构示意图。

图2为该重力式海上风电机组基础剖视结构示意图。

图3为该重力式海上风电机组基础俯视结构示意图。

图中：1.连接段   2.基础主体   3.砂石堆载   4.浮箱   5.底板 

6.肋板   7.底板圈梁   8.肋板圈梁   9.预应力钢筋   10.排气阀  

11.排水阀   12.连接构件   13.销钉。

具体实施方式

实施例：

一种可拖航的重力式海上风电机组基础，如图1-3所示，由连接段1、基础主体2、砂石堆载3和浮箱4构成，连接段1为钢筋混凝土圆筒；基础主体2位于水平面以下，由基础底座和钢筋混凝土锥筒组成，基础底座为混凝土构件，包括底板5和肋板6，圆形底板的外缘设有底板圈梁7，圆形底板5通过灌浆与岩石地基固定，肋板6围绕钢筋混凝土椎筒辐射状垂直均布，肋板6的数量为6块，肋板6的顶部设有2个肋板圈梁8，肋板6的底边与底板5连成一体，肋6的内侧边与钢筋混凝土锥筒外壁连成一体，肋板6的外侧边与底板圈梁7和最外边肋板圈梁8的内侧面连成一体；钢筋混凝土锥筒底部位于基础底座圆形底板5的中心并与底板5连接一体；钢筋混凝土锥筒顶部的直径与连接段1钢筋混凝土圆筒的直径相同，钢筋混凝土锥筒和钢筋混凝土圆筒的筒壁内均设有预应力钢筋9并通过浇注混凝土连接一体，连接段1钢筋混凝土圆筒的顶部通过法兰与风机塔筒连接，钢筋混凝土锥筒内填加砂石堆载3；浮箱4为钢材焊接的密闭箱体，浮箱4的高度与底板圈梁7和肋板顶部外圈梁8之间卡槽的距离相等并可自由进出，浮箱4的顶部和底部别设有排气阀10和排水阀11；浮箱4与外侧肋板圈梁8设置连接构件12并通过销钉13连接用于浮箱固定或撤出。

在该实施例中：连接段1直径7m、高7m、厚0.8m；基础主体2下部直径20m、上部直径7m、高20m、壁厚0.8m；砂石堆载3高度7.5m；底板5直径30m、厚1m；底板圈梁7外径30m、截面长、宽为1m、1m；肋板6高6m、厚1m；2个肋板圈梁5外径分别为30m和24m，截面长、宽均为1m、1m；浮箱8共6个，由钢材焊接制成，截面为多边形，外边为圆弧线并与基础形状一致，截面高5.5m、上宽6.5m、下宽4.5m、厚5cm；连接构件12由钢板制成，中部预留销钉13的孔，分别与浮箱4及肋板圈梁8内部钢筋焊接成为整体，钢板厚度5cm。

该可拖航的重力式海上风电机组基础的拖航与下沉方法，步骤如下：

1）在船坞内预制完成基础主体和密闭气浮箱4，浮箱4内充气后关闭排气阀10和排水阀11；

2）将浮箱4置于基础主体的卡槽内，并通过连接构件12及销钉13将浮箱4固定于基础之上；

3）船坞注水，基础主体随水体升高而逐渐漂浮，当船坞水体与外水体水位相同时，打开船坞闸门，驶入拖航船只，将基础主体与船只连接，开始拖航作业，当基础拖航到指定位置后，基础主体与船只断开连接，进行下沉作业；

4）打开浮箱4排气阀10与排水阀11，将浮箱4内部气体置换成水，同时在基础主体内部注水，随着质量增加，基础主体与浮箱4同步下沉；

5）基础主体定位后，拆卸销钉13，撤出浮箱4，再次通过浮箱的排气阀10与排水阀11，将浮箱4内部水置换为气体，浮箱4上浮回收，完成下沉工作；

6）最后在钢筋混凝土锥筒的空腔内和基础主体的卡槽内加入砂石堆载3以进一步提高结构的稳定性。