[发明专利]一种海上风电工程钢桩基础及其施工方法

说明书

技术领域：

本发明涉及海上风电工程领域，尤其涉及一种海上风电工程钢桩基础及其施工方法。

背景技术：

海上风电作为一种绿色清洁能源，由于其资源丰富、风速稳定、对环境的负面影响较少、视觉干扰小、可大规模开发等优势，一直受到各国的青睐。海上风电场的基础类型主要有：重力式基础、单桩基础、三脚架式基础、导管架式基础、多桩式基础等，其中单桩基础是应用最多的基础形式。欧洲海上风电工程的近2000台基础中，有70%为单桩基础。

海上风电单桩基础具有制造简单、不需整理海床的特点，该类基础由焊接钢管组成，桩和塔架之间可以是法兰连接，也可以是通过转换平台调平后再连接，通过塔筒和钢桩传递风机荷载。桩的直径根据负荷的大小而定，一般为3~5 m，壁厚约为桩直径的1%。在我国江苏的如东潮间带风电场工程的海上桩基础采用了质量285t、直径5 m、高度42 m的单桩钢管桩基础，完成钢管桩加工后，将其运至码头上用600t起重船装上2000t驳船，运至风电场场址，根据潮间带的水文情况，需要在高潮位时赶潮运至风场。

可见，传统的单桩基础具有直径大、长度大、重量大的特点，需要大型起重与运输设备，施工难度大。而海上大型起重与运输设备资源非常有限，且潮间带水位无法供大型施工船进入，使得单桩基础的施工受到诸多因素的限制，施工效率较低。

一般地，上部风机的竖向荷载由单桩基础与土体之间的摩擦力承担，故单桩基础需要足够的长度；风机的水平荷载由单桩基础与海床土体共同提供的强度与刚度控制，故单桩基础需要足够的截面积与直径。较大的竖向荷载、水平荷载、弯矩的组合作用下，传统单桩基础的直径、长度取值需较大才能满足要求。

若能改变单桩基础的受力途径，使上部结构的竖向荷载由海床土体直接承担，而单桩基础仅承担水平荷载与弯矩，则可以大大减少单桩基础的直径与长度尺寸，进而降低其总重量，方便海上施工。

可见，有必要探讨海上风电工程中简单、实用的新型钢桩基础及其施工方法，促进现有技术的革新与进步。

发明内容：

为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种海上风电工程钢桩基础及其施工方法，其竖向荷载由海床土体直接承担，而水平荷载由钢桩与海床共同承担，单个构件重量小、施工方便，为海上风电工程单桩基础提供一种新构型。

本发明的技术方案如下：

海上风电工程钢桩基础，其特征在于，包括打入指定海域的中心钢桩，中心钢桩上依次套装有底托、桩外套筒，底托沿着中心钢桩下滑并接触海床，桩外套筒下端压住底托，桩外套筒上端连接有风机塔筒。

所述的海上风电工程钢桩基础，其特征在于，所述底托包括钢板加工成型的圆环盘，圆环盘环壁上焊接有裙板，圆环盘上端面为平面，圆环盘中部设有限位套筒，限位套筒与圆环盘上端面均匀分布的多根肋条靠近中心端焊接固定。

所述的海上风电工程钢桩基础，其特征在于，所述桩外套筒包括底部套筒、多个中部套筒、顶部套筒，底部套筒、多个中部套筒、顶部套筒依次连接固定，底部套筒工作时压住底托，顶部套筒与风机塔筒相连接。

所述的海上风电工程钢桩基础，其特征在于，所述底部套筒由钢管外均匀、对称的焊接多个条形板构成，整体呈轴对称状态，底部套筒顶部焊接有与中部套筒相连接的法兰盘，法兰盘上均匀设有螺栓孔，法兰盘与钢管外壁之间均匀设有多个小三角形加筋肋，底部套筒的底部焊接有压在底托上的圆盘，圆盘与钢管外壁之间均匀设有多个大三角形加筋肋，圆盘上端面还设有多个径向设置与大三角形加筋肋间隔分布的矩形加筋肋；大三角形加筋肋与小三角形加筋肋位置相互对应且与条形板间隔布置，条形板下端位于在两个矩形加筋肋之间。

所述的海上风电工程钢桩基础，其特征在于，所述的中部套筒由钢管外均匀、对称的焊接多个条形板而成，整体呈轴对称状态，钢管的两端焊接有法兰盘，法兰盘上均匀设有螺栓孔，法兰盘与钢管之间均匀设有多个小三角形加筋肋。

所述的海上风电工程钢桩基础，其特征在于，所述的顶部套筒与底部套筒的外形构造基本相同，区别仅在于顶部套筒的圆盘上均匀、对称的设有多个螺栓孔，供连接风机塔筒使用。

所述的海上风电工程钢桩基础，其特征在于，所述的底部套筒、中部套筒、顶部套筒三者的钢管尺寸相同，钢管内径大于中心钢桩外径1~2cm，各套筒可基于法兰盘上螺栓孔用螺栓进行相互固定与连接，个套筒外壁上的条形板、小三角形加筋肋、大三角形加筋肋位置相互对应。

一种海上风电工程钢桩基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、设计与制作钢桩基础：