[发明专利]一种海上风电工程的品字形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技术领域，尤其涉及一种海上风电工程的品字形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3~5m，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5m、高度42m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，而水平荷载与弯矩由多个桩基础组合在一起共同承担，则可以大大减少单个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的品字形钢桩基础及其施工方法，其竖向荷载由海床土体直接承担，而水平荷载由品字形分布的三根钢桩与海床共同承担，单个构件重量小、施工方便，为海上风电工程的桩基础提供一种新构型。

本发明的技术方案如下：

海上风电工程的品字形钢桩基础，其特征在于，包括三根打入指定海域的、呈品字形分布的钢桩，三根钢桩上套入固定架并沉入海底，每根钢桩上依次套入托板、桩外套筒，托板沉入海中压在固定架上，桩外套筒由一个套筒底部节、多个套筒标准节、一个套筒顶部节依次连接构成，桩外套筒的套筒底部节压在托板上，桩外套筒的套筒顶部节上端连接有风机塔筒。

所述的海上风电工程的品字形钢桩基础，其特征在于，所述的固定架包括分布在钢板上与三根钢桩位置相对应的三个限位套筒一，限位套筒一上端面与三角形钢板上端面平齐，相邻两个限位套筒一外壁与钢板下端面之间设有肋板。

所述的海上风电工程的品字形钢桩基础，其特征在于，所述的套筒底部节由钢管外均匀、对称的焊接六个条形板构成，整体呈轴对称状态，钢管顶部焊接有法兰盘，法兰盘上均匀设有螺栓孔，钢管底部焊接有扩展盘，任意两个相邻条形板中部相对应位置留设一对条形螺栓孔。

所述的海上风电工程的品字形钢桩基础，其特征在于，所述的套筒标准节由钢管外均匀、对称的焊接六个条形板构成，整体呈轴对称状态，套筒标准节的两端焊接有法兰盘，法兰盘上均匀设有螺栓孔，任意两个相邻条形板中部相对应位置留设一对条形螺栓孔。

所述的海上风电工程的品字形钢桩基础，其特征在于，所述的三根钢桩上等高度处相邻套筒底部节外壁条形板之间、相邻套筒标准节外壁条形板之间连接有连接板。

所述的海上风电工程的品字形钢桩基础，其特征在于，所述的套筒顶部节包括与三根钢桩位置相对应的三个限位套筒二，相邻两个限位套筒二外壁对应位置焊接钢板连接，整体呈轴对称状态，每个限位套筒二底部焊接有法兰盘，法兰盘上均匀设有螺栓孔，三个限位套筒二之间的钢板顶部焊接有连接风机塔筒的基础环。

所述的海上风电工程的品字形钢桩基础，其特征在于，所述的套筒底部节、套筒标准节上的钢管与套筒顶部节上限位套筒二的横截面尺寸完全相同，其中空内径大于钢桩的外径1~2cm；套筒底部节、套筒标准节、套筒顶部节可基于法兰盘上的螺栓孔用螺栓进行相互固定与连接。