一种海上风电变径螺旋桩复合筒型基础制造技术

本实用新型专利技术公开了一种海上风电变径螺旋桩复合筒型基础，该基础包括变径螺旋桩和筒型基础；首先，二者的有效结合，极大的提高了结构整体的复合承载能力，进而增大了基础在复杂海洋条件下的适用性；其次，二者通过快速接扣进行连接，施工简便，便于操作，极大地缩短了施工周期；最后，相较于传统单桩基础，增加了旋叶后的螺旋桩，能够充分发挥深层土体的抗力，具有良好的抗拔性。良好的抗拔性。良好的抗拔性。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电变径螺旋桩复合筒型基础


[0001]本技术涉及海上风电基础结构领域，特别涉及一种海上风电变径螺旋桩复合筒型基础。

技术介绍

[0002]目进入21世纪以来，全球经济进入高速增长，而伴随着经济高速增长的是能源消耗的大幅提高，所以可再生能源的研究开发越来越受到人们的重视。在可再生能源开发中，风能发电由于具有储量大、分布广的优势，成为目前全球新能源开发的重点。海上风电相较于陆上发电，具有风向稳定、风速较高、不占用耕地等优势，已成为专家学者研究的重点。未来，海上风电必将由近海向深水海域发展、且面临着承受更加复杂多变的风、浪、流等荷载，故海上风电基础结构的研究成为海上风电行业发展的决定性因素。
[0003]海上风电基础结构形式多样，单桩基础由于其结构简单、承载机理研究相对成熟，故应用最为广泛。目前海上风电逐步向深海发展，受力情况更为复杂，故对于风电基础结构的承载性能要求更为严格，为了增大桩承受水平、竖向、弯矩和抗倾覆荷载的能力，通常需要增大桩的直径和长度，这样无疑会增大单桩基础自身成本和打桩的费用，同时为安装过程带来了一定的难度，增加了工期。螺旋桩作为一种桩身外安装有螺旋叶片的桩型，安装时使用简单的扭矩装置，将桩拧入土层中，故安装迅速。与相同直径的直轴桩相比，它们同样具有显著的抗拉拔力和抗压能力，使用这类基础可以降低海上风力涡轮机结构的成本。
[0004]近年来，随着海洋岩土领域的不断发展，筒型基础作为一种施工安装方便、对海洋生态环境影响小的风电基础结构，关于其承载机理等相关内容的逐步完善，目前同样成为了研究和应用的热点。筒型基础靠自重及负压下沉，能够有效抵抗波浪、海流等产生的水平荷载，同时具有较好的抗倾覆能力，施工费用较小。相较于单桩基础，筒型基础竖向承载力相对较弱，针对目前大容量的风力发电机组，通常需要较高的竖向承载能力，通常选择增加筒型基础的裙板深度，但是这种措施必定会造成风机建造、施工成本的提高与施工难度的增加，同时也在一定程度上增加了工期。在筒型基础安装过程中，由于海底地质情况复杂、负压下沉计算错误、筒体下沉产生土塞效应等原因导致筒型基础无法安装到指定位置，进而造成负压下沉失败时有发生。除了采用负压下沉这一措施，目前对于筒型基础下沉问题，尚未得到更好地解决方案。
[0005]因此，为解决海上风电基础竖向、水平、弯矩承载力及抗倾覆能力不足和安装困难的问题，本技术提出一种变径螺旋桩和中间开口的筒型基础组合的结构形式。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海上风电变径螺旋桩复合筒型基础。
[0007]本技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种海上风电变径螺旋桩复合筒型基础，包括变径螺旋桩和筒型基础；
[0009]所述变径螺旋桩包括宽径部、窄径部和旋叶，所述窄径部位于所述宽径部下方，二者连为一整体，所述宽径部外壁上设置有快速接扣
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公扣，所述旋叶环绕设置于所述窄径部的外壁上；
[0010]所述筒型基础包括筒裙、顶盖和护筒，所述筒裙和顶盖组成筒型，所述顶盖中心处形成开口，在所述顶盖上围绕开口竖直设置护筒，所述护筒内壁设置有快速接扣
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母扣；
[0011]所述变径螺旋桩安装于所述筒型基础的开口中，所述宽径部的下沿与所述顶盖齐平，所述宽径部的快速接扣
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公扣与所述护筒的快速接扣
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母扣对接固定。
[0012]在上述技术方案中，所述变径螺旋桩上端通过法兰盘连接风力机塔筒护筒。
[0013]在上述技术方案中，所述变径螺旋桩为内部空心。
[0014]在上述技术方案中，所述变径螺旋桩为钢管桩。
[0015]在上述技术方案中，所述旋叶最大外径小于所述宽径部直径。
[0016]在上述技术方案中，所述快速接扣
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公扣包括本体、卡簧、防转销和密封圈，所述本体上设在有2个卡簧以及1个防转销，在所述卡簧、防转销的上方、下方分别设置有一密封圈。
[0017]一种海上风电变径螺旋桩复合筒型基础的施工方法，按照下述步骤进行：
[0018]首先预制变径螺旋桩和筒型基础，然后将筒型基础通过自重下沉和负压沉放两个步骤放入海床中；再在筒型基础中间护筒部分钻入螺旋桩，待快速接扣完成连接后，形成统一整体。若筒型基础负压沉放不到位，则在快速接扣完成连接后，整个基础借助螺旋桩旋叶旋转的贯入力，一同到达指定位置，完成基础沉放。最后安装风机塔筒。
[0019]本技术的优点和有益效果为：
[0020]1、通过快速接扣将变径螺旋桩和中部开口的筒型基础连为一体，使桩筒能够协同作用，充分发挥各自的承载能力。原本桩基础具有良好的竖向承载能力，在水平、弯矩、抗倾覆承载能力方面较弱，而筒型基础的增加增强了基础整体抵抗水平、弯矩和倾覆的能力，同时也弥补了其作为单一结构受力时竖向承载能力相对较弱的问题。同时筒型基础的存在也可以有效减少桩的直径和长度，极大地减小了桩自身的预制和安装成本。二者的有效结合，极大的提高了结构整体的复合承载能力，进而增大了基础在复杂海洋条件下的适用性。
[0021]2、传统的桩筒复合结构采用灌浆材料进行连接，水下灌浆材料的研究尚未成熟，同时水下施工难度大，耗时长。而螺旋桩与筒型基础通过快速接扣进行连接，施工简便，便于操作，极大地缩短了施工周期。
[0022]3、螺旋桩设置变径的目的在于安装方便，施工难度小，同时可以解决筒型基础负压沉放不到位的问题。假定螺旋桩不进行变径，针对单一直径的螺旋桩会在与筒型基础组合安装的过程中出现2种安装状况：1)若先将筒型基础负压沉放到位，然后在中间开口部分安装螺旋桩，此时筒型基础开口大小应保证旋叶能够通过，那么螺旋桩安装到指定位置后，护筒与桩身外表面空隙过大，无法采用快速接扣，只能使用灌浆材料，此时将增大施工难度，增加安装时间，同时若筒型基础此前无法负压下沉到指定位置，那么整个基础将面临安装失败的风险。2)若先将螺旋桩安装到位，此时筒型基础沉放时，应先吊装到桩头高度，在一定程度上增加了安装难度。同时由于筒体护筒内部存在快速接扣，所以留给桩身外表面安装的空隙较小，筒型基础在安装沉放过程中难免会遭受海流影响，进而对桩体碰撞造成扰动，极大地增加了筒型基础安装沉放的难度，若筒型基础负压下沉无法达到指定位置，则
整个基础安装失败。而螺旋桩设置变径后，先对筒型基础进行沉放安装，解决螺旋桩的安装定位问题，然后在护筒位置钻入螺旋桩，使桩筒二者采用快速接扣进行连接，极大的缩短海上风电基础的施工周期，同时若筒型基础负压沉放难以达到指定位置时，可借助螺旋桩旋叶选装产生的下贯力一同到达指定位置，解决筒型基础单一沉放问题。相较于传统单桩基础，增加了旋叶后的螺旋桩，能够充分发挥深层土体的抗力，具有良好的抗拔性。
附图说明
[0023]图1为海上风电变径螺旋桩复合筒型基础的平面结构示意图。
[0024]图2为变径螺旋桩平面结构示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电变径螺旋桩复合筒型基础，其特征在于：包括变径螺旋桩和筒型基础；所述变径螺旋桩包括宽径部、窄径部和旋叶，所述窄径部位于所述宽径部下方，二者连为一整体，所述宽径部外壁上设置有快速接扣
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公扣，所述旋叶环绕设置于所述窄径部的外壁上；所述筒型基础包括筒裙、顶盖和护筒，所述筒裙和顶盖组成筒型，所述顶盖中心处形成开口，在所述顶盖上围绕开口竖直设置护筒，所述护筒内壁设置有快速接扣
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母扣；所述变径螺旋桩安装于所述筒型基础的开口中，所述宽径部的下沿与所述顶盖齐平，所述宽径部的快速接扣
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公扣与所述护筒的快速接扣
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母扣对接固定。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润，李天亮，练继建，杨旭，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：