一种四角套柱导管架组装风电基础及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种四角套柱导管架组装风电基础，包括打入指定海域的、两两相对的四根钢桩，四根钢桩上套装有底部扩展板，再在每个钢桩上均套装有垫板，垫板沿着钢桩下滑并压住底部扩展板，钢桩外套入桩外导管架组装节，桩外导管架组装节由一个导管架底部节、多个导管架中间节、一个导管架顶部节依次连接而成，导管架底部节下端压住垫板，导管架顶部节上端连接有风机塔筒。本发明专利技术四根钢桩不承担竖向荷载，竖向荷载与水平荷载的分离，使得钢桩的直径与长度可大大减小，无需大型起吊与运输设备，导管架的铅垂度在钢桩的约束下自动满足，不需反复进行水平度调平，大大减少施工流程与施工难度。

Four angle jacket pipe jacket assembled wind power base and construction method thereof

The invention discloses a four angle set column jacket assembly of wind power base, including into the designated waters, 22 relative to the four steel piles, four steel pile bottom is sleeved on the expansion board, then in each pile are sheathed on a steel plate, steel plate along the pile fell and pinned bottom expansion board. Steel pile into pile jacket jacket assembly section pile jacket assembling section from the bottom of a jacket, a jacket section at the top of the middle section, a jacket section which are connected in turn, at the bottom of the jacket on the lower section of the top plate, the jacket section of the upper end is connected with the wind turbine tower. The invention of four steel piles bear vertical load, the separation of vertical load and horizontal load, the diameter and length of steel piles can be greatly reduced without large lifting and transport equipment, vertical pipe frame of the steel pile under the constraint satisfied automatically, without repeated level adjustment, greatly reduced the construction process and construction difficulty.

【技术实现步骤摘要】
一种四角套柱导管架组装风电基础及其施工方法
：本专利技术涉及海上风电工程
，尤其涉及一种四角套柱导管架组装风电基础及其施工方法。
技术介绍
：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。其中导管架基础是由若干竖向立柱(圆钢管)和横向、斜向联接钢管焊接成的空间框架结构，其优点在于杆径小、强度高、质量轻、承载力大、受波浪流作用小等，可应用于大型风机及深海领域，顺应着海上风电发展逐渐走向深海的趋势。导管架基础在陆上制作完毕后用桩基从导管打入海床，然后安装上部结构，避免了海上混凝土浇筑等复杂的高风险作业，有效的解决水下连接问题。导管架基础是深海海域风电场未来发展的主要基础选型之一。德国的AlphaVentus(2010)海上风电场6台Repower机组和英国的Beatrice(2006)示范海上风电场中两台5MW风机、Ormonde(2012)均采用导管架式基础；中国渤海油田海上风电示范项目、珠海桂山200MW海上示范风场等采用的也是导管架式基础。目前常用桩基固定式导管架的安装流程主要包括：在导管架下水就位且进行水平度测量后，先插入较低点的钢桩，再次测量水平度，用调平器或浮吊调节导管架的水平度，直至导管架的水平度达到设计要求后再重新打桩，钢桩全部打入后，桩与腿柱或裙装套筒之间的间隙用水泥浆灌注。可见，导管架基础施工过程中，基础水平度的测量与校正是重要内容之一，也是导管架基础施工的关键技术之一。若能改变导管架的设计构型，使施工过程中导管架的水平度能自动满足而不需要反复调平，则可大大简化导管架基础的施工过程，提高施工效率与精度，进而降低施工成本。可见，有必要探讨海上风电工程中简单、实用的新型导管架基础形式及其施工方法，促进现有技术的革新与进步。
技术实现思路
：为了弥补现有技术问题的不足，本专利技术的目的是提供一种四角套柱导管架组装风电基础及其施工方法，其套住四角的竖直钢桩而直接滑入海床，水平度能自动满足要求而不需要调平，单个构件重量小、施工方便，为海上风电工程桩基固定式导管架提供一种新构型。本专利技术的技术方案如下：四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，包括打入指定海域的、两两相对的四根钢桩，四根钢桩上套装有底部扩展板，再在每个钢桩上均套装有垫板，垫板沿着钢桩下滑并压住底部扩展板，钢桩外套入桩外导管架组装节，桩外导管架组装节由一个导管架底部节、多个导管架中间节、一个导管架顶部节依次连接而成，导管架底部节下端压住垫板，导管架顶部节上端连接有风机塔筒。所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的底部扩展板包括钢板，钢板上焊接有与四个钢桩位置相对应的四个限位套筒，四个限位套筒上端面与钢板上端面平齐，四个限位套筒外壁与钢板下端面焊接有肋板。所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的导管架底部节是由四个竖向钢管和横向、斜向联接钢管焊接成的对称性空间框架结构，对称性空间框架结构为四个竖向钢管分布于四个拐点，四个拐点与四根钢桩位置对应，相邻两个钢管外壁上下端连接横向联接钢管构成矩形框，矩形框对角线处连接斜向联接钢管；四个竖向钢管顶部均焊接有法兰盘，法兰盘上均匀、对称的设有多个螺栓孔，四个钢管的底部均焊接有扩展盘，扩展盘与钢管外壁之间焊接有三角形加筋肋。所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的导管架中间节与导管架底部节空间结构相同，也是由四个竖向钢管和横向、斜向联接钢管焊接成的对称性空间框架结构，四个钢管的两端均焊接有法兰盘，法兰盘上均匀、对称的设有多个螺栓孔。所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的导管架顶部节由四个竖向钢管和横向、斜向联接钢管焊接成的锥台型对称性空间框架结构，锥台型对称性空间框架结构四个竖向钢管分布于四个拐点，四个拐点与四根钢桩位置对应，四根钢管侧壁上连接有向上倾斜的连接管，四根钢管与连接管侧壁上连接有交叉状的斜向联接钢管，四根钢管外壁下部、四根连接管外壁上部连接有横向联接钢管；所述四根连接管上端焊接安装有基础环，基础环上均匀的设有多个连接风机塔筒的螺栓孔；四根钢管下部焊接有法兰盘，法兰盘上均匀、对称的设有多个螺栓孔。所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的导管架底部节、导管架中间节与导管架顶部节上四角钢管及底部扩展板上四个限位套筒的内径均大于钢桩外径1~2cm。所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的导管架底部节、导管架中间节与导管架顶部节上四个钢管及底部扩展板上四个限位套筒的位置、尺寸相同，位置均与四个钢桩位置相匹配。所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的导管架底部节、导管架中间节与导管架顶部节上四个钢管所连接法兰盘的位置与尺寸相同，通过螺栓连接对应法兰盘上的螺栓孔实现各构件相互固定与组装。一种四角套柱导管架组装风电基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：1）、设计与制作导管架基础：根据海水深度、海床地质条件、风机荷载组合等参数，设计相应钢桩、导管架底部节、导管架中间节、导管架顶部节、底部扩展板的规格与尺寸，并焊接与制作相应导管架基础；2）、打入钢桩：在设计指定的海域打入四根钢桩，并使其铅垂度、入土深度、桩间距等满足要求；3）、套入底部扩展板：使底部扩展板平整的一面朝上，基于底部扩展板的四个限位套筒套住相应四根钢桩，使底部扩展板沿着钢桩竖直滑入海中接触海床；4）、套入垫板：基于垫板中部的孔洞套住钢桩，使垫板沿着钢桩竖直滑入海中压在底部扩展板上；5）、套入桩外导管架组装节：根据设计方案，利用螺栓连接对应法兰盘上的螺栓孔实现各构件的相互固定与组装，依次把一个导管架底部节、多个导管架中间节、一个导管架顶部节连接成桩外导管架组装节，起吊桩外导管架组装节使四角的钢管套住相应四根钢桩滑入海中压在垫板上；6）、连接风机塔筒：起吊风机塔筒，通过螺栓使其与导管架顶部节上的基础环相互固定与连接，进而完成上部风机的其它安装工作。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所提的四角套柱导管架组装风电基础，上部风机结构的竖向荷载通过桩外导管架组装节作用在垫板与底部扩展板上而直接传递给海床土体，四根钢桩不承担上部结构的竖向荷载，四根钢桩与桩外导管架组装节形成的结构整体刚度大，能承担较大的水平荷载与弯矩。竖向荷载与水平荷载的分离，使得钢桩的直径与长度可大大减小，桩体重量大大减小，进而降低了施工难度。2、本专利技术所提的四角套柱导管架组装风电基础，导管架套在竖直的钢桩下沉接触海床，导管架的铅垂度由四根钢桩直接定位与控制，故在确保钢桩施工质量的前提下，导管架的铅垂度能自动满足，不需要反复进行水平度调平，大大减少施工流程与施工难度。3、本专利技术所提的四角套柱导管架组装风电基础，各构件通过螺栓连接形成整体，各单个构件重量相对较小，无需大型起吊与运输设备，降低施工成本，并方便潮间带风电工程的施工作业。4、垫板与底部扩展板的作用是把上部结构的竖向荷载传递、扩散至更大的海床面积上去，进而减小海床土体的沉降。由于桩外导管架组装节与钢桩两者是分离的，即使桩外导管架组装节发生一定数值的工后沉降，只要对工后沉降有足够的预估且桩外导管架组装节有足够的长度适应下沉需要，则工后沉降对钢桩无影响，对风机的正常运行也无影响。附图说明：图1本专利技术的导管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，包括打入指定海域的、两两相对的四根钢桩，四根钢桩上套装有底部扩展板，再在每个钢桩上均套装有垫板，垫板沿着钢桩下滑并压住底部扩展板，钢桩外套入桩外导管架组装节，桩外导管架组装节由一个导管架底部节、多个导管架中间节、一个导管架顶部节依次连接而成，导管架底部节下端压住垫板，导管架顶部节上端连接有风机塔筒。

【技术特征摘要】
1.一种四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，包括打入指定海域的、两两相对的四根钢桩，四根钢桩上套装有底部扩展板，再在每个钢桩上均套装有垫板，垫板沿着钢桩下滑并压住底部扩展板，钢桩外套入桩外导管架组装节，桩外导管架组装节由一个导管架底部节、多个导管架中间节、一个导管架顶部节依次连接而成，导管架底部节下端压住垫板，导管架顶部节上端连接有风机塔筒。2.根据权利要求1所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的底部扩展板包括钢板，钢板上焊接有与四个钢桩位置相对应的四个限位套筒，四个限位套筒上端面与钢板上端面平齐，四个限位套筒外壁与钢板下端面焊接有肋板。3.根据权利要求1所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的导管架底部节是由四个竖向钢管和横向、斜向联接钢管焊接成的对称性空间框架结构，对称性空间框架结构为四个竖向钢管分布于四个拐点，四个拐点与四根钢桩位置对应，相邻两个钢管外壁上下端连接横向联接钢管构成矩形框，矩形框对角线处连接斜向联接钢管；四个竖向钢管顶部均焊接有法兰盘，法兰盘上均匀、对称的设有多个螺栓孔，四个钢管的底部均焊接有扩展盘，扩展盘与钢管外壁之间焊接有三角形加筋肋。4.根据权利要求1所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的导管架中间节与导管架底部节空间结构相同，也是由四个竖向钢管和横向、斜向联接钢管焊接成的对称性空间框架结构，四个钢管的两端均焊接有法兰盘，法兰盘上均匀、对称的设有多个螺栓孔。5.根据权利要求1所述的四角套柱导管架组装风电基础，其特征在于，所述的导管架顶部节由四个竖向钢管和横向、斜向联接钢管焊接成的锥台型对称性空间框架结构，锥台型对称性空间框架结构四个竖向钢管分布于四个拐点，四个拐点与四根钢桩位置对应，四根钢管侧壁上连接有向上倾斜的连接管，四根钢管与连接管侧壁上连接有交叉状的斜向联接钢管，四根钢管外壁下部、四根连接管外壁上部连接有横向联接钢管；所述四根连接管上端焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金龙，刘洁群，董吉武，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34