[发明专利]筒顶密梁筒内分仓单柱变截面负压筒海上风电基础及施工方法

说明书

本发明涉及一种筒顶密梁筒内分仓单柱变截面负压筒海上风电基础，该风电基础包括单柱和负压筒，单柱顶部和风机底法兰连接，单柱通过斜支撑与负压筒连接；斜支撑上端通过上环板和下环板与单柱柱壁固定连接，下端与负压筒顶板固定连接，构成一个整体，将单柱承受的荷载有效传递到负压筒。本发明结合了单桩基础施工简单、传力明确和筒型基础稳定性好、海上安装方便等优点，解决了传统桩式基础需要大型设备海上打桩作业以及嵌岩施工难度大、工期长、造价高等问题。本发明适用水深5～50m，且构造简单、制作方便，可避免海上打桩和嵌岩作业，可缩短工期；耗钢量少，重量轻，对海上施工设备要求相对较低，可降低基础工程造价25％以上。

技术领域

本发明涉及一种海上风电基础结构，具体涉及一种筒顶密梁筒内分仓单柱变截面负压筒海上风电基础及施工方法。

背景技术

基于我国近海区域较大部分是淤泥、淤泥质土、黏土、砂土等地质条件，为满足地基承载力和基础变形要求，通常采用单桩和导管架等桩式基础，需要大型吊装船和打桩船辅助施工，通过锤击，将桩底打入较好的持力层，这种传统桩式基础造价较高且工期较长，如在福建、广东等海域多为覆盖层较浅的岩石地基，如采用桩式基础需要进行嵌岩施工，难度大、工期长、工程造价高。

随着海上风电机组单机容量的增大，采用传统单桩及导管架基础需要增大基础的尺寸和材料用量，大直径单桩和嵌岩均受大型海上施工设备限制成为不可逾越的问题，且风险大、工期长、工程造价高。

随着技术的不断进步，为解决以上问题，行业内进行了不断的探索。如：

复合筒型基础(专利CN107761755A、CN106759445)已用于海上风电和筒型基础的负压下沉安装方式(专利CN105926661A)可避免海上打桩和嵌岩作业，但所述基础适用水深浅、重量达5000吨，可利用的施工设备资源少，制作、运输和吊装难度大。

一种海上风电复合筒型基础(专利CN207567801U)可避免海上打桩和嵌岩作业，但所述基础中部单柱和钢管斜撑连接处应力集中非常明显，不利于基础的疲劳和冲切，耗钢量大；筒顶板需要设置钢筋混凝土，斜撑内部需要灌注混凝土，施工工序多且复杂，基础重量大，不利于基础制作、运输和吊装；工程造价高。

海上风机单桩-吸力筒组合基础及其施工方法(专利CN110016930A)可避免海上打桩和嵌岩作业，所述基础由上下两个筒组成，施工复杂，变形协调难度大，且中部单桩和筒连接处太薄弱，筒顶板无有效支撑体系，刚度较弱，不能将中部单桩承受的风机荷载有效传递到筒。

一种用于单柱和复合筒组合基础的连接工装(CN 110607802 A)可避免海上打桩和嵌岩作业,所述基础斜撑和中部单柱连接处仅设置了上环板，此处应力集中会很明显，不利疲劳，耗钢量大；中部单柱直径传伸入筒内形成中间舱室，由于其直径和筒相比较小，在负压下沉过程中容易产生土塞效应，可能导致下沉失败；由于中部单柱直径较小，从而使筒内其他分仓板长度大大增加，在运输和下沉过程中容易产生屈曲破坏；工程造价高。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种筒顶密梁筒内分仓单柱变截面负压筒海上风电基础及施工方法。

本发明采用的技术方案是：一种筒顶密梁筒内分仓单柱变截面负压筒海上风电基础，包括竖直设置的单柱和设置在单柱底部的负压筒，所述单柱顶部和风机底法兰连接，其特征在于：所述单柱通过斜支撑与负压筒连接；所述斜支撑上端通过上环板和下环板与单柱柱壁固定连接，下端与负压筒顶板固定连接，构成一个整体，将单柱承受的荷载有效传递到负压筒。

作为优选，斜支撑包括沿单柱周向均匀布置的多根斜柱和与斜柱连接的水平梁，多根所述斜柱上部均通过上环板和下环板与单柱连接，多根所述斜柱下部和水平梁之间通过直段相交或圆弧过渡连接；所述水平梁沿着负压筒径向贯通，和负压筒的顶板连接。