一种可增加单机容量的海上风电桩基础及其使用方法

摘要

本发明涉及海上风电设备领域，目的在于提供一种可增加单机容量的海上风电桩基础及其使用方法，所述可增加单机容量的海上风电桩基础及其使用方法，包括单桩、基本连接段、水平钢管、斜钢管和三个以上的垂直裙桩，所述单桩竖直设置，所述基本连接段固定在单桩顶部，所述垂直裙桩均匀分布在单桩周侧，所述垂直裙桩侧壁通过水平钢管与单桩连接，所述垂直裙桩顶部通过斜钢管与基本连接段连接。本发明的有益效果在于：采用单桩加垂直裙桩，增加结构水平刚度，解决了由于浅层土体承载力差导致单桩基础结构直径过大、现有施工设备无法满足施工要求等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及海上风电设备领域，特别涉及一种可增加单机容量的海上风电桩基础及其使用方法。

背景技术

回顾我国陆上风电的发展，目前已出现大面积小机组更换大容量机组的技改，然因为初期基础设计考虑不周，技改代价昂贵。我国海岸线长，海上风能资源丰富，然而受制于目前国内大容量海上风电机组技术还不够成熟，海上风电的发展也遇到了陆上风电相似的问题。目前在风资源较好的区域只能安装小容量海上风力发电机组，造成了海上风能资源无法被充分利用的现象，影响了开发者的经济收益。且海上风电受制于海底地形复杂，海上施工困难和施工窗口期短等问题，发展一直较缓慢。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种可节省扩建费用并能适应海底复杂地形的可增加单机容量的海上风电桩基础及其使用方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种可增加单机容量的海上风电桩基础，包括单桩、基本连接段、水平钢管、斜钢管和三个以上的垂直裙桩，所述单桩竖直设置，所述基本连接段固定在单桩顶部，所述垂直裙桩均匀分布在单桩周侧，所述垂直裙桩侧壁通过水平钢管与单桩连接，所述垂直裙桩顶部通过斜钢管与基本连接段连接，所述基本连接段顶部设有第一法兰。

进一步的，还包括万用连接段，所述万用连接段固定在第一法兰上，所述万用连接段顶部设有用于与塔筒连接的第二法兰。

进一步的，还包括辅助裙桩、斜杆和第二连接段，所述第一连接段安装在第一法兰上，所述垂直裙桩外侧面沿竖直方向设置有钢结构滑道，所述辅助裙 桩安装在钢结构滑道中，所述辅助裙桩顶部通过斜杆与第二连接段连接。

进一步的，所述钢结构滑道的配合面为圆弧形。

为了解决上述技术问题，本发明采用的方法为：

一种可增加单机容量的海上风电桩基础的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、将垂直裙桩通过水平钢管均匀连接在单桩周侧，在垂直裙桩外侧面安装钢结构滑道，在单桩顶部安装基本连接段，垂直裙桩顶部通过斜钢管与基本连接段连接，组成基础构件；

步骤2、将基础构件运输至海上施工现场，将基础构件下沉至海床面并调平；

步骤3、采用打桩机对基础构件进行打桩，使基础构件高度下降至设计高程，在钢结构滑道内安装临时插杆，在基本连接段上部安装万用连接段，在万用连接段上部安装塔筒，完成基础构件安装。

本发明的有益效果在于：1、采用单桩加垂直裙桩，增加结构水平刚度，解决了由于浅层土体承载力差导致单桩基础结构直径过大、现有施工设备无法满足施工要求等问题；2、采用万用连接段可适应不同容量的大容量机组，节省了机组扩容需新建基础的费用；3、垂直裙桩外侧均预留钢结构滑道便于机组后期增加容量，且滑道内插临时插杆可用于基础防撞；4、所有部件在陆上整体预制组装，然后再运至海上安装施工，解决了海上施工窗口期短的矛盾；5、垂直裙桩和辅助裙桩的长度均可根据海底地形调整，适应海底复杂地形。

附图说明

图1是本发明实施例可增加单机容量的海上风电桩基础的主视图；

图2是本发明实施例可增加单机容量的海上风电桩基础加装后的主视图；

图3是本发明实施例可增加单机容量的海上风电桩基础的俯视图。

标号说明：

1、单桩；2、基本连接段；3、水平钢管；4、斜钢管；5、垂直裙桩；6、万用连接段；7、辅助裙桩；8、斜杆；9、第二连接段；51、钢结构滑道。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思在于：采用单桩加垂直裙桩，增加结构水平刚度，解决了由于浅层土体承载力差导致单桩基础结构直径过大、现有施工设备无法满足施工要求等问题；采用万用连接段可适应不同容量的大容量机组，节省了机组扩容需新建基础的费用；垂直裙桩外侧均预留钢结构滑道便于机组后期增加容量，且滑道内插临时插杆可用于基础防撞；所有部件在陆上整体预制组装，然后再运至海上安装施工，解决了海上施工窗口期短的矛盾；垂直裙桩和辅助裙桩的长度均可根据海底地形调整，适应海底复杂地形。

请参阅图1至图3所示，本实施例的可增加单机容量的海上风电桩基础，包括单桩1、基本连接段2、水平钢管3、斜钢管4和三个以上的垂直裙桩5，所述单桩1竖直设置，所述基本连接段2固定在单桩1顶部，所述垂直裙桩5均匀分布在单桩1周侧，所述垂直裙桩5侧壁通过水平钢管3与单桩1连接，所述垂直裙桩5顶部通过斜钢管4与基本连接段2连接，所述基本连接段2顶部设有第一法兰。

本实施例的可增加单机容量的海上风电桩基础使用方法，包括以下步骤：

步骤1、将垂直裙桩5通过水平钢管3均匀连接在单桩1周侧，在垂直裙桩5外侧面安装钢结构滑道51，在单桩1顶部安装基本连接段2，垂直裙桩5顶部通过斜钢管4与基本连接段2连接，组成基础构件；

步骤2、将基础构件运输至海上施工现场，将基础构件下沉至海床面并调平；

步骤3、采用打桩机对基础构件进行打桩，使基础构件高度下降至设计高程，在钢结构滑道51内安装临时插杆，在基本连接段2上部安装万用连接段6，在万用连接段6上部安装塔筒，完成基础构件安装，其中临时插杆为橡胶杆或泡沫杆。

当需要更换更大容量海上风电机组时，还可实施下列步骤：

步骤4、将临时插杆拔除并拆除万用连接段6和塔筒，并对钢结构滑道51内侧壁清洁处理；

步骤5、将第二连接段9安装在基本连接段2上，将辅助裙桩7安装在钢结构滑道51中，在钢结构滑道51内灌浆或粘结料，在第二连接段9上安装新塔筒。

其中，单桩1直径Φ3000～7000mm，壁厚40～100mm；垂直裙桩5和辅助裙桩7直径Φ1000～2500m，壁厚30～60mm；斜钢管4和斜杆8直径Φ1000～2000mm，壁厚20～50mm，与单桩1的夹角为10～50°。

在更换预制组件后，可以承载更大容量机组(可以为4～10MW)

进一步的，当安装辅助裙桩7、斜杆8和第二连接段9时，需在水平钢管3上设置重物，以调整整体装置的自振频率，可满足更换机组后的整体协调性，基本连接段2的上端面位于平均海平面以上2～3m。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：1、采用单桩1加垂直裙桩5，增加结构水平刚度，解决了由于浅层土体承载力差导致单桩1基础结构直径过大、现有施工设备无法满足施工要求等问题；2、采用万用连接段6可适应不同容量的大容量机组，节省了机组扩容需新建基础的费用；3、垂直裙桩5外侧均预留钢结构滑道51便于机组后期增加容量，且滑道内插临时插杆可用于基础防撞；4、所有部件在陆上整体预制组装，然后再运至海上安装施工，解决了海上施工窗口期短的矛盾；5、在水平钢管3上吊重物，可满足更换机组后的整体协调性，调整自振频率；6、垂直裙桩5和辅助裙桩7的长度均可根据海底地形调整，适应海底复杂地形。

进一步的，还包括万用连接段6，所述万用连接段6固定在第一法兰上，所述万用连接段6顶部设有用于与塔筒连接的第二法兰。

由上述描述可知，采用万用连接段6可适应不同容量的大容量机组，节省了机组扩容需新建基础的费用。

进一步的，还包括辅助裙桩7、斜杆8和第二连接段9，所述第一连接段安装在第一法兰上，所述垂直裙桩5外侧面沿竖直方向设置有钢结构滑道51，所述辅助裙桩7安装在钢结构滑道51中，所述辅助裙桩7顶部通过斜杆8与第二连接段9连接。

由上述描述可知，当需要增加单机容量时，可加装辅助裙桩7、斜杆8和第 二连接段9，可有效利用现有结构，扩容费用低，施工难度小。

进一步的，所述钢结构滑道51的配合面为圆弧形。

由上述描述可知，钢结构滑道51的配合面为圆弧形，与辅助裙桩7配合时接触面积大，结构更加牢固。

请参照图1至图3所示，本发明的实施例一为：

一种可增加单机容量的海上风电桩基础，包括单桩1、基本连接段2、水平钢管3、斜钢管4和三个以上的垂直裙桩5，所述单桩1竖直设置，所述基本连接段2固定在单桩1顶部，所述垂直裙桩5均匀分布在单桩1周侧，所述垂直裙桩5侧壁通过水平钢管3与单桩1连接，所述垂直裙桩5顶部通过斜钢管4与基本连接段2连接，所述基本连接段2顶部设有第一法兰，还包括万用连接段6，所述万用连接段6固定在第一法兰上，所述万用连接段6顶部设有用于与塔筒连接的第二法兰，还包括辅助裙桩7、斜杆8和第二连接段9，所述第一连接段安装在第一法兰上，所述垂直裙桩5外侧面沿竖直方向设置有钢结构滑道51，所述辅助裙桩7安装在钢结构滑道51中，所述辅助裙桩7顶部通过斜杆8与第二连接段9连接，所述钢结构滑道51的配合面为圆弧形。

综上所述，本发明提供的可增加单机容量的海上风电桩基础及其使用方法，1、采用单桩加垂直裙桩，增加结构水平刚度，解决了由于浅层土体承载力差导致单桩基础结构直径过大、现有施工设备无法满足施工要求等问题；2、采用万用连接段可适应不同容量的大容量机组，节省了机组扩容需新建基础的费用；3、垂直裙桩外侧均预留钢结构滑道便于机组后期增加容量，且滑道内插临时插杆可用于基础防撞；4、所有部件在陆上整体预制组装，然后再运至海上安装施工，解决了海上施工窗口期短的矛盾；5、在水平钢管上吊重物，可满足更换机组后的整体协调性，调整自振频率；6、垂直裙桩和辅助裙桩的长度均可根据海底地形调整，适应海底复杂地形。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。