[发明专利]一种海上三浮筒‑浮箱组合式基础结构及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋工程的基础结构技术领域，具体的说，是涉及一种应用于海上风电和海上测风设施的基础结构及其施工方法，实现整体组装、运输控制、下沉安装、回收的一体化作业。

背景技术

海上风电产业的发展带动了一系列风电场的建设。作为海上风电工程的先导工程，海上测风塔结构是一种高耸结构建筑物，目前大多采用的基础型式为钢管桩基础。这种基础型式的施工工艺复杂，运输安装需要大型机具进行运输、吊装，因而工期长，且施工费用较高；钢管桩的沉桩定位及扭角等难以准确把握，沉桩效率比较低。上部测风塔结构所处的海洋环境一般均包含波浪、流以及主要的风荷载。上部荷载的传递到底部会形成较大弯矩，需要设计一种新型的基础结构型式满足承载力要求的同时，施工成本能够降低。传统的基础型式有重力式基础，整体依靠结构自重以及其上填料和压载的重量抵抗外荷载，维持结构稳定性，施工原理简明，填料和压载材料成本低，但对于基础自重和几何尺寸都很大，基础占据海床的范围比较广，对海床条件也有要求的深水域而言，施工、运输方式及成本均受到限制。较为新型的筒型基础结构形式简单，适用的海床条件广泛，同时筒裙抗滑移稳定性较高，施工安装原理简明，但是下沉过程存在下沉不到位以及调平控制困难的问题，同时工作状态下存在裙板等钢结构发生屈曲等问题，同样制约着筒型基础的发展。以上这些问题在海上风力发电机中同样存在，风机单机容量的增加以及深水域海床地质条件的多样性对海上风电设备的基础结构型式提出新的挑战。

发明内容

为了综合采用重力式基础成本低、承载力强和吸力筒基础运输方便、适应性广等方面的特点，同时为了避免单一结构型式因基础尺寸过大所造成的施工工艺以及建造成本方面的负担，本发明提供了一种海上三浮筒-浮箱组合式基础结构及其施工方法，兼具重力式基础和吸力筒型基础的特点，承载力提高的同时，运输安装方式简便，可回收再利用，施工成本大大降低。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种海上三浮筒-浮箱组合式基础结构，包括三个相同的浮筒、三个相同的浮箱和一个过渡段塔架；三个所述浮筒在水平面上按照其中心点连线构成一个等边三角形进行排布，每两个所述浮筒由一个所述浮箱连接，所述浮箱沿长度方向的中心线穿过其两端所述浮筒的轴线；所述浮筒和所述浮箱上部连接过渡段塔架，所述过渡段塔架用于连接上部风电设备；

所述浮筒由浮筒顶盖、筒壁、筒裙、径向肋板、环向肋板、分舱板构成；所述浮筒顶盖上部边沿设置所述筒壁、下部边沿设置所述筒裙；所述浮筒顶盖与所述筒壁构成所述浮筒的上部结构，所述浮筒的上部结构内设置所述径向肋板和所述环向肋板；所述浮筒顶盖与所述筒裙构成所述浮筒的下部结构，所述浮筒的下部结构内设置有环形内裙板；

所述浮箱由浮箱顶板、浮箱底板、侧板、肋板、阻滑裙板构成，所述浮箱顶板、所述浮箱底板、所述侧板构成长方体空腔结构的箱体，所述浮箱的箱体内部设置有横向和纵向的多块肋板，多块所述肋板将所述浮箱的箱体分成相互连通的区域；所述浮箱顶板两端预设有气孔，所述浮箱底板两端预设有水孔，利用所述气孔和所述水孔通过气液置换实现所述浮箱的箱体内部的充水和排水；所述浮箱底板下部边沿设置所述阻滑裙板；

所述过渡段塔架由三根相同的立柱、若干支撑杆、六根斜杆构成；三根所述立柱底端分别灌入三个所述浮筒的浮筒顶盖中心并与其焊接在一起，且均由下至上以相同的角度向基础结构中心倾斜；多根所述支撑杆连接在三根所述立柱之间构成三角形桁架式钢结构；所述斜杆连接在所述立柱与其相邻的所述浮箱之间，所述斜杆下端由所述浮箱顶板中心通入所述浮箱内部，所述斜杆内部设置有延伸至浮箱底板以下的气液管道和灌浆管道；每根所述立柱内部分别设置有气液管道、灌浆管道以及液面检测装置，其中气液管道由所述立柱延伸至所述浮筒的浮筒顶盖以下，其中灌浆管道由所述立柱延伸至所述浮筒的上部结构和所述浮箱的箱体内部，其中液面检测装置用于在拖航过程中通过观察所述立柱内部液封后液体的液面高度变化，判断所述立柱底部所对应所述浮筒内的气压状态。

优选地，所述浮筒的所述筒壁高度为所述浮筒顶盖直径的三分之一到二分之一，所述浮筒的所述筒裙高度与所述浮筒顶盖直径的高径比为0.8-1.5；所述浮筒的所述环形内裙板的直径为所述浮筒顶盖直径的三分之一到三分之二，所述环形内裙板的高度为所述筒裙高度的三分之一到三分之二。

优选地，所述浮箱的侧板与所述浮筒的筒壁高度一致，所述浮箱的所述阻滑裙板的高度为所述侧板高度的三分之一到二分之一。