海上风力发电机组重力式沉箱基础及其安装方法技术

本发明专利技术涉及海上风力发电工程领域的海上风力发电机组重力式沉箱基础及其安装方法。该重力式沉箱基础包括圆形沉箱、圆柱段壳体、抗冰锥和加强圈梁；圆形沉箱由外壁、肋板、隔舱和底板组成，圆柱段壳体上部为加强圈梁和抗冰锥结构，壳体内设置有预应力孔道，预应力筋穿入预应力孔道，下端锚固于底板内，上端锚固于加强圈梁内，圆形沉箱隔舱内填充压载填料，整个重力式沉箱基础安装在铺设碎石垫层的海床面上。本发明专利技术采用混凝土预制沉箱结构，对圆柱段壳体进行后张法预应力张拉，大幅提高了重力式基础的强度和刚度，海上现场安装工作量小，节省施工时间和费用，能够应用于台风多发海域和大容量风电机组的近海浅覆盖层风电场。

Gravity Caisson Foundation of offshore wind turbine and its installation method

The invention relates to the Gravity Caisson Foundation of offshore wind turbine and its installation method in the field of offshore wind power generation engineering. The foundation of Gravity Caisson includes circular caisson, cylindrical shell, ice-resistant cone and reinforced ring beam; circular caisson is composed of outer wall, ribbed plate, bulkhead and bottom plate. The upper part of the cylindrical shell is reinforced ring beam and ice-resistant cone structure. Prestressed holes are arranged in the shell. Prestressed tendons penetrate into the prestressed holes, and the lower end is anchored to the bottom plate. Inside, the upper end is anchored in the reinforcing ring beam, the round caisson compartment is filled with ballast filler, and the whole Gravity Caisson Foundation is installed on the seabed with gravel cushion. The invention adopts concrete prefabricated caisson structure to tension the cylindrical shell by post-tensioning prestressing method, which greatly improves the strength and stiffness of gravity foundation, saves construction time and cost, and can be applied to offshore shallow overburden wind farms in typhoon-prone sea areas and large-capacity wind turbines.

【技术实现步骤摘要】
海上风力发电机组重力式沉箱基础及其安装方法
本专利技术涉及海上风力发电工程领域，尤其是涉及一种海上风力发电机组基础结构及其安装方法。
技术介绍
目前我国海上风电场大部分建设在台风多发海域，所采用的风力发电机组功率越来越大，台风多发区大功率风力发电机组所受到的荷载量级巨大，对基础的刚度和强度要求更高，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机组的基础结构型式提出新的要求和挑战。单桩基础是海上风力发电机组基础结构中的主要基础型式之一，但目前单桩基础设计的桩径越来越大，钢材消耗大，我国福建、广东沿海地区存在大范围浅覆盖层岩石地基海床，大直径钢管桩嵌岩施工周期长，成本高，不确定性因素大，单桩基础难以得到应用。重力式基础是海上风力发电机组基础结构中的另一种主要基础型式，它主要依靠基础及压载物重量抵抗上部风机荷载和外部环境荷载产生的倾覆力矩和滑动力，使基础和风机塔架结构保持稳定。重力式基础结构部分通常为钢筋混凝土结构物，节省钢材，经济效果好，采用陆上预制方式建造，不需要海上打桩作业，海上现场安装工作量小，节省施工时间和费用。目前国内陆上风电场的重力式基础采用现场浇筑混凝土施工，而海上风电场通常离岸较远、水深较深，现有陆上重力式基础无法直接应用，且重力式基础全部采用混凝土会导致整体造价较高，并且基础结构重量过大，需要大型船机设备辅助运输。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的至少在于提供一种具有适用大容量风机、施工简便、成本低等优点的海上风力发电机组重力式沉箱基础及其安装方法。本专利技术的基本技术方案为：圆柱段壳体位于混凝土预制的圆形沉箱的上部；加强圈梁位于圆柱段壳体的上方；抗冰锥位于圆柱段壳体和加强圈梁相交处，且位于圆柱段壳体的外周；圆柱段壳体内设置有纵向的预应力孔道；预应力筋穿入预应力孔道，下端锚固于圆形沉箱的底板内，上端锚固于加强圈梁内。基于上述技术特征，加强圈梁的壁厚大于圆柱段壳体的壁厚。基于上述技术特征，底板内埋设有预应力筋的固定端锚具；加强圈梁内部埋设有预应力锚栓、环形锚垫板和预应力筋的张拉端锚具；预应力锚栓沿环形锚垫板的圆周中心线均匀布置内外两圈；预应力锚栓的上端通过螺母与风机塔筒底法兰连接，下端通过螺母与环形锚垫板连接，风机塔筒底法兰固定在加强圈梁的顶部；张拉端锚具沿环形锚垫板的圆周中心线均匀布置一圈，且位于预应力锚栓内外两圈的中间，预应力筋通过预应力锚栓锚固在环形锚垫板上。基于上述技术特征，圆形沉箱包括外壁、肋板、隔舱和底板；肋板两端分别与延伸至圆形沉箱内的圆柱段壳体和外壁连接，在圆形沉箱内分割成数个均匀分布的隔舱；隔舱内填充有压载填料，上部覆盖有抛石防护层。基于上述技术特征：压载填料为砂石填料。基于上述技术特征：抗冰锥为倒锥体结构，锥体母线与水平面成45度夹角。基于上述技术特征：重力式沉箱基础安装在铺设碎石垫层的海床面上，重力式沉箱基础周围设有抛石防护层。本专利技术还提供一种海上风力发电机组重力式沉箱基础的安装方法，包括以下步骤：1)利用混凝土浇筑圆形沉箱的底板，并在底板内预埋固定端锚具；2)由下往上浇筑圆形沉箱、位于圆形沉箱上部的圆柱段壳体、抗冰锥和加强圈梁，并在圆柱段壳体内预留预应力孔道；3)预应力锚栓下端通过螺母与环形锚垫板固定连接后预埋在加强圈梁内；4)将预应力筋下端锚固于底板内的固定端锚具上，上端通过张拉端锚具锚固于加强圈梁内的环形锚垫板上，预应力筋上端通过张拉端锚具进行张拉施工；5)张拉施工结束后对预应力孔道进行灌浆；6)将重力式沉箱基础整体运输至海上安装位置，往圆形沉箱的隔舱内注水进行下沉，安装在铺设碎石垫层的海床面上；7)将压载填料填充于圆形沉箱的隔舱内；8)预应力锚栓的上端通过螺母与位于加强圈梁顶部的风机塔筒底法兰连接。作为上述安装方法的一种优化：可通过调节预应力锚栓上端的螺母的安装位置，对风机塔筒底法兰进行调平。满足风机塔筒吊装对法兰平整度的要求。本专利技术的有益效果是：1.与现有的重力式基础结构相比，本专利技术采用混凝土材料，特别是采用高强度混凝土材料预制壳体结构，并且对壳体进行后张法预应力张拉，大幅提高了重力式基础的强度和刚度，同时显著降低了重力式基础结构的尺寸和重量，使得重力式基础能够应用于台风多发海域和大容量风电机组。2.与现有大直径单桩基础相比，本专利技术能够适用于坚硬的砂土或岩石地基海床，具有陆上建造、无需打桩、海上作业量小、节约钢材、减少海上施工时间和费用等优点。3.风机塔筒与基础顶部连接方式采用预应力锚栓连接技术，使得整个截面受力始终处于受压状态，有效提高了连接部位的混凝土疲劳寿命。4.海上风力发电机组重力式沉箱基础结构便于安装与拆除，大大减少了海上施工作业量，既节约了工期，提高了施工效率，又降低了工程造价，具有良好的经济性。附图说明图1显示为本专利技术一个实施例中海上风力发电机组重力式沉箱基础的结构示意图；图2显示为图1所示重力式沉箱基础的加强圈梁结构示意图；图3显示为图1所示重力式沉箱基础的环形锚垫板结构示意图；图4显示为图1所示重力式沉箱基础的A-A剖面示意图；图5显示为图1所示重力式沉箱基础的B-B剖面示意图。元件标号说明100加强圈梁200预应力锚栓210风机塔筒底法兰220螺母300抗冰锥400圆柱段壳体500预应力筋510预应力孔道520环形锚垫板530张拉端锚具540固定端锚具600圆形沉箱610外壁620肋板630隔舱640底板700压载填料800碎石垫层810海平面900抛石防护层具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。须知，本说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。图1-5示出本专利技术海上风力发电机组重力式沉箱基础的一个实施例。如图1所示，该重力式沉箱基础包括混凝土预制的加强圈梁100、抗冰锥300、圆柱段壳体400和圆形沉箱600。加强圈梁100内埋设有预应力锚栓200。抗冰锥300为倒锥体结构，锥体母线与水平面成45度夹角。圆柱段壳体400采用后张法进行预应力张拉，预应力筋500下端锚固于圆形沉箱600的底板640内，上端锚固于加强圈梁100内。圆形沉箱600的隔舱630内填充有压载填料700作为压载物。整个重力式沉箱基础安装在铺设碎石垫层800的海床面上，基础周围设有防止冲刷的抛石防护层900。本专利技术提供的上述重力式沉箱基础为混凝土预制结构，对圆柱段壳体400采用后张法预应力张拉，大幅提高了重力式基础的强度和刚度，显著降低了重力式基础预制结构的尺寸和重量，节约了材料成本，与传统的重力式基础相比，能够应用于台风多发海域和大容量海上风电机组的风电场。如图1、图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上风力发电机组重力式沉箱基础，其特征在于：包括混凝土预制的圆形沉箱(600)、圆柱段壳体(400)、抗冰锥(300)和加强圈梁(100)，所述圆柱段壳体(400)位于所述圆形沉箱(600)的上部；所述加强圈梁(100)位于所述圆柱段壳体(400)的上方；所述抗冰锥(300)位于所述圆柱段壳体(400)和所述加强圈梁(100)相交处，且位于所述圆柱段壳体(400)的外周；所述圆柱段壳体(400)内设置有纵向的预应力孔道(510)；预应力筋(500)穿入所述预应力孔道(510)，下端锚固于所述圆形沉箱(600)的底板(640)内，上端锚固于所述加强圈梁(100)内。

【技术特征摘要】
1.一种海上风力发电机组重力式沉箱基础，其特征在于：包括混凝土预制的圆形沉箱(600)、圆柱段壳体(400)、抗冰锥(300)和加强圈梁(100)，所述圆柱段壳体(400)位于所述圆形沉箱(600)的上部；所述加强圈梁(100)位于所述圆柱段壳体(400)的上方；所述抗冰锥(300)位于所述圆柱段壳体(400)和所述加强圈梁(100)相交处，且位于所述圆柱段壳体(400)的外周；所述圆柱段壳体(400)内设置有纵向的预应力孔道(510)；预应力筋(500)穿入所述预应力孔道(510)，下端锚固于所述圆形沉箱(600)的底板(640)内，上端锚固于所述加强圈梁(100)内。2.根据权利要求1所述的一种海上风力发电机组重力式沉箱基础，其特征在于：所述加强圈梁(100)的壁厚大于所述圆柱段壳体(400)的壁厚。3.根据权利要求1或2所述的一种海上风力发电机组重力式沉箱基础，其特征在于：所述底板(640)内埋设有预应力筋的固定端锚具(540)；所述加强圈梁(100)内部埋设有预应力锚栓(200)、环形锚垫板(520)和所述预应力筋的张拉端锚具(530)；所述预应力锚栓(200)沿所述环形锚垫板(520)的圆周中心线均匀布置内外两圈；所述预应力锚栓(200)的上端通过螺母与风机塔筒底法兰(210)连接，下端通过螺母与所述环形锚垫板(520)连接，所述风机塔筒底法兰(210)固定在所述加强圈梁(100)的顶部；所述张拉端锚具(530)沿所述环形锚垫板(520)的圆周中心线均匀布置一圈，且位于所述预应力锚栓(200)内外两圈的中间，所述预应力筋(500)通过所述张拉端锚具(530)锚固在所述环形锚垫板(520)上。4.根据权利要求1或2所述的一种海上风力发电机组重力式沉箱基础，其特征在于：所述圆形沉箱(600)包括外壁(610)、肋板(620)、隔舱(630)和底板(640)；所述肋板(620)两端分别与延伸至所述圆形沉箱(600)内的所述圆柱段壳体(400)和所述外壁(610)连接，在所述圆形沉箱(600)内分割成...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨威，林毅峰，张权，黄俊，
申请(专利权)人：上海勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31