一种海上四浮筒‑浮箱组合式基础结构及其施工方法技术

本发明专利技术属于海洋工程的基础结构技术领域，公开了一种海上四浮筒‑浮箱组合式基础结构及其施工方法，其基础结构包括四个在水平面上按照其中心点依次相连围成正方形进行布置的浮筒，每两个浮筒之间连接有一个浮箱，浮箱沿长度方向的中心线穿过其两端浮筒的轴线；浮筒和浮箱上部连接有过渡段塔架，过渡段塔架用于连接上部风电设备；其施工方法包括预制结构、初调准备、水上托运、基础入水、负压沉贯、灌浆压载、安装上部结构、回收利用的步骤。本发明专利技术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。

A sea buoy four floating box combined base structure and its construction method

The basic structure of the invention belongs to the technical field of marine engineering, and discloses a sea buoy four floating box combined base structure and its construction method, its basic structure includes four in the horizontal plane according to the center points in turn is surrounded by square arranged floats, a floating box is connected between each two floats the axis of the center line, the floating box along the length direction through both ends of the buoy; the upper float and float box are connected with the transition section of the tower, the tower is used to connect the upper transition section of wind power equipment; its construction method includes prefabricated structure, at the beginning of preparation, shipping, water base into the water, suction penetration, grouting pressure, load the installation steps of superstructure, recycling. The invention has both the characteristics of the gravity foundation and the suction cylinder foundation, while the bearing capacity is improved, and the transportation and installation mode is simple, recyclable and reused, and the construction cost is greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种海上四浮筒-浮箱组合式基础结构及其施工方法
本专利技术属于海洋工程的基础结构
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术提供了一种海上四浮筒-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，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种海上四浮筒-浮箱组合式基础结构，包括四个相同的浮筒、四个相同的浮箱和一个过渡段塔架；四个所述浮筒在水平面上按照其中心点依次相连围成正方形进行布置，每相邻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；所述过渡段塔架由四根相同的立柱、若干支撑杆、八根斜杆构成；四根所述立柱底端分别灌入四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四根所述立柱之间构成桁架式钢结构；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。优选地，所述筒裙的中部至底端范围内设置有剪土环，所述剪土环可以布置在筒裙的内回转面和/或外回转面，所述剪土环的截面外轮廓可以是角形或者弧形。一种上述海上四浮筒-浮箱组合式基础结构的施工方法，按照如下步骤进行：(1)陆上工厂预制加工好各个部件，并将所述浮筒、所述浮箱、所述过渡段塔架安装成一体的组合式海上四浮筒浮箱基础结构；(2)将组合式海上四浮筒浮箱基础结构吊装到海面，利用基础结构自重沉入，通过对所述浮筒的筒裙内充气而增大浮力，并根据拖航需要的吃水深度进行调节，最后所述立柱内注水液封；(3)对组合式海上四浮筒浮箱基础结构进行浮运拖航；(4)组合式海上四浮筒浮箱基础结构托运至指定位置后下沉安装，所述的浮筒的下部结构排气处理以减小浮力使基础结构下沉，同时所述浮箱的箱体内充水使基础结构自重增加，基础结构进一步下沉，直至所述浮筒的筒裙以及所述浮箱的阻滑裙板接触海床；(5)待所述浮筒的筒裙以及所述浮箱的阻滑裙板插入地基后，对所述浮筒的下部结构抽水，使基础结构进一步下沉直至所述浮筒顶盖和所述浮箱底板完全接触泥面，继续对所述浮筒的下部结构持续抽水，以对土体进行负压加固处理；(6)负压加固完成后，利用灌浆管道对浮箱的箱体内部灌浆处理，对浮筒的上部结构进行抛石压载或者灌浆压载；(7)灌浆处理完成后，吊装上部风电设备，进行水上安装，施工完成。其中，步骤(2)所述的根据拖航需要的吃水深度进行调节，具体通过调整所述浮箱的箱体内部压载水量或所述浮筒的下部结构排水量进行。其中，步骤(3)所述的浮运拖航采用单点或两点托航，并且在托航之前对除布置系缆点的所述浮筒以外的另外三个或两个所述浮筒内部进行充水压载，使基础结构具有用于中和埋首现象的后倾角度。其中，步骤(3)所述拖航过程中，通过内部注水后的立柱及其内部的液面检测设备，观察各立柱内部液面的变化情况，初步判断基础结构是否保持平衡状态，如有偏离平衡位置的倾斜即进行调平。其中，步骤(5)所述的负压沉贯过程中，通过在上倾的所述浮筒的下部结构增加抽水速率和/或在下倾的所述浮筒的下部结构充气或充水，进行调平操作。其中，回收利用时首先拆除吊装上部风电设备，其次通过所述立杆内部的气液管道对所述浮筒的筒裙内部注水或充气增大内部压强，以及通过所述斜杆内部的气液管道对所述浮箱的阻滑裙板内部进行注水或充气增大内部压强，使得所述浮筒的筒裙和所述浮箱的阻滑裙板与地基基础分离，整个基础结构缓慢上浮至海面上后，通过拖船将其拖回陆上。本专利技术的有益效果是：本专利技术的海上四浮筒-浮箱组合式基础结构，由四个浮筒、四个浮箱以及过渡段塔架组合而成；浮筒上部结构作为压载舱室、下部结构作为吸力筒型基础，兼具重力式结构和吸力筒型基础结构的特点，同时四浮筒组合的形式使得每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海上四浮筒‑浮箱组合式基础结构，其特征在于，包括四个相同的浮筒、四个相同的浮箱和一个过渡段塔架；四个所述浮筒在水平面上按照其中心点依次相连围成正方形进行布置，每相邻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；所述过渡段塔架由四根相同的立柱、若干支撑杆、八根斜杆构成；四根所述立柱底端分别灌入四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四根所述立柱之间构成桁架式钢结构；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。...

【技术特征摘要】
1.一种海上四浮筒-浮箱组合式基础结构，其特征在于，包括四个相同的浮筒、四个相同的浮箱和一个过渡段塔架；四个所述浮筒在水平面上按照其中心点依次相连围成正方形进行布置，每相邻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；所述过渡段塔架由四根相同的立柱、若干支撑杆、八根斜杆构成；四根所述立柱底端分别灌入四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四根所述立柱之间构成桁架式钢结构；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。2.根据权利要求1所述的一种海上四浮筒-浮箱组合式基础结构，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的一种海上四浮筒-浮箱组合式基础结构，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的一种海上四浮筒-浮箱组合式基础结构，其特征在于，所述筒裙的中部至底端范围内设置有剪土环，所述剪土环可以布置在筒裙的内回转面和/或外回转面，所述剪土环的截...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁红岩，张浦阳，练继建，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12