本發(fā)明涉及一種港口、海洋、水利和橋梁工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種多筒組合以優(yōu)化筒型基礎(chǔ)受力的風(fēng)電整機(jī)施工方法。

背景技術(shù)：

目前，在海洋工程領(lǐng)域如海上風(fēng)力發(fā)電工程中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常有樁基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)、負(fù)壓基礎(chǔ)和浮式平臺等形式，這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常需要大型機(jī)具進(jìn)行運(yùn)輸和安裝，造成施工費(fèi)用較高，施工周期較長。相比傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而言，筒型基礎(chǔ)由于其造價(jià)低廉、施工便捷、使用安全可靠、可回收復(fù)用等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于海洋工程中。

但是，海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境十分復(fù)雜，所受荷載除了上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的風(fēng)機(jī)塔架等結(jié)構(gòu)重量的豎向力外，還有風(fēng)荷載傳遞到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的水平力和彎矩，以及波浪、海流、海冰荷載等。大彎矩荷載一般導(dǎo)致需要筒型基礎(chǔ)直徑較大，而大直徑單筒基礎(chǔ)的施工限制條件較多，如其運(yùn)輸和安裝過程需要大型機(jī)具等，造成在海域施工時(shí)費(fèi)用很高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)施工方法，可自浮拖航和負(fù)壓沉放，能夠明顯降低基礎(chǔ)的施工成本。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)施工方法，按照如下步驟進(jìn)行：

(1)陸上預(yù)制三個筒型基礎(chǔ)，所述筒型基礎(chǔ)內(nèi)部設(shè)置有分艙室，所述筒型基礎(chǔ)頂蓋設(shè)置有用于安裝管道接頭的預(yù)留孔；

(2)所述筒型基礎(chǔ)預(yù)制完成且檢查氣密性符合設(shè)計(jì)要求后，將三個所述筒型基礎(chǔ)按照其中心點(diǎn)連線構(gòu)成一個三角形進(jìn)行布置，并在三個所述筒型基礎(chǔ)之間支模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土，進(jìn)行所述混凝土連接底板的施工；

所述混凝土連接底板的底面與所述筒型基礎(chǔ)的頂面在同一平面上，其設(shè)置在三個所述筒型基礎(chǔ)之間并以三個筒型基礎(chǔ)的中心點(diǎn)連線為輪廓；

(3)所述混凝土連接底板養(yǎng)護(hù)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求后，在每個所述筒型基礎(chǔ)上部以其頂板作為底面模板進(jìn)行混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的施工，并在每兩個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行豎向混凝土連接件的施工，三個所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)和三個所述豎向混凝土連接件同時(shí)支模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土；澆筑所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的混凝土之前在所述筒型基礎(chǔ)頂蓋的預(yù)留孔中安裝管道接頭，所述管道接頭頂端伸出于所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)底面、底端伸出于所述筒型基礎(chǔ)頂面；

所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)為開口向上的筒狀結(jié)構(gòu)，每個所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的中心軸與其連接的所述筒型基礎(chǔ)的中心軸共線；

所述豎向混凝土連接件連接在每兩個所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)之間，所述豎向混凝土連接件與所連接的兩個所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的中心軸共面；

(4)所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)和所述豎向混凝土連接件養(yǎng)護(hù)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求后，在所述混凝土連接底板上部支模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土，進(jìn)行混凝土柱和斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)的施工；

所述混凝土柱位于三個所述筒型基礎(chǔ)所構(gòu)成三角形的內(nèi)心位置處；

所述斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)連接于所述混凝土柱與每個所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)之間，底部延伸至所述混凝土連接底板、頂部延伸至混凝土連接頂板，其截面長度由所述混凝土連接頂板至所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)邊緣呈連續(xù)變化；

(5)所述混凝土柱和斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求后，在所述混凝土柱和斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)頂部支模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土，進(jìn)行混凝土連接頂板的施工；

(6)所述混凝土連接頂板養(yǎng)護(hù)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，在所述混凝土連接頂板上部組裝好塔筒和風(fēng)機(jī)，形成三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)；

(7)利用吊機(jī)或滑道將所述三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)移入水中，通過所述筒型基礎(chǔ)中空部分的空氣提供浮力或者由所述管道接頭連接吹氣管向所述筒型基礎(chǔ)中空部分注入高壓氣體而提供浮力，使所述三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)漂浮在水面上；

(8)利用拖輪將所述三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)拖至指定施工地點(diǎn)；

(9)通過所述管道接頭抽掉所述筒型基礎(chǔ)中空部分的空氣或放掉所述筒型基礎(chǔ)中空部分的高壓氣體，使所述筒型基礎(chǔ)逐漸下沉至泥面，然后通過所述管道接頭連接抽水管抽出所述筒型基礎(chǔ)中的水體，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓下沉使其就位；下沉過程中當(dāng)所述筒型基礎(chǔ)出現(xiàn)傾斜時(shí)，通過泵系統(tǒng)對各分艙室施加不同的艙內(nèi)正壓力進(jìn)行調(diào)平；

(10)所述筒型基礎(chǔ)下沉就位后，對所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)內(nèi)投放壓載物，施工完畢。

其中，所述筒型基礎(chǔ)為圓形，其外徑為10～20m，高度為4～6m。

其中，每兩個所述筒型基礎(chǔ)之間的凈距離為1～3倍的所述筒型基礎(chǔ)外徑。

其中，所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)為圓形，其外徑為10～20m，高度為4～6m。

其中，所述筒型基礎(chǔ)周邊設(shè)置向上延伸的鋼質(zhì)肋板并插入所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)。

其中，所述管道接頭在所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)底面均勻布置，其直徑為5～200mm，數(shù)量為10～100個。

其中，所述豎向混凝土連接件的高度與所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的高度一致且范圍為4～6m，厚度為0.5m～1.5m；所述豎向混凝土連接件的上下兩邊分別與所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的上下表面齊平。

其中，所述混凝土連接底板和所述混凝土連接頂板的厚度均為0.5m～2m。

其中，所述混凝土柱的高度為10～20m。

其中，所述斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)包括3～12個，所述混凝土柱與每個所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)之間連接有1-4個所述斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)；所述斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)的厚度為0.5m～2m。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)施工方法，可自浮拖航和沉放，整個沉放過程不需要大型設(shè)備，施工簡單、快速，所需施工設(shè)備很少，避免了昂貴的大型水上現(xiàn)場施工設(shè)備，施工成本低、綜合造價(jià)低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的施工方法中所涉及三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)體系的主視圖；

圖2是本發(fā)明的施工方法中所涉及三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)體系的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的施工方法中所涉及三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)的主視圖；

圖4是分艙結(jié)構(gòu)的平面示意圖。

圖中：1、筒型基礎(chǔ)；2、混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)；3、豎向混凝土連接件；4、混凝土柱；5、斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)；6、混凝土連接頂板；7、混凝土連接底板；8、分艙板。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及效果，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

如圖1至圖4所示，本實(shí)施例公開了一種三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)施工方法，該方法具體按照如下步驟進(jìn)行：

(一)陸上預(yù)制三個鋼制的筒型基礎(chǔ)1，每個筒型基礎(chǔ)1完全相同，均為頂部封閉、底部敞口的圓筒狀鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，外徑為15m，壁厚25mm，頂蓋厚50mm，筒高5m，其內(nèi)部通過設(shè)置分艙板分成多個分艙室。筒型基礎(chǔ)1的直徑通常為10～20m，高度通常為4～6m；材質(zhì)可以是鋼筋混凝土、鋼、鋼-鋼筋混凝土復(fù)合材料；內(nèi)部可進(jìn)行分艙處理，也可以不進(jìn)行分艙處理。分艙室可以組成蜂窩狀，包括中心的一個正六邊形分艙和均勻設(shè)置于其周圍的六個相同的邊分艙，所有的鋼制分艙板長度相等，均為鋼制圓形筒型基礎(chǔ)1結(jié)構(gòu)直徑的0.25倍，如圖4所示。

筒型基礎(chǔ)1頂蓋設(shè)置有用于安裝管道接頭的預(yù)留孔，這些預(yù)留孔在筒型基礎(chǔ)1的頂蓋上呈徑向均勻地布置，數(shù)量為10～100個。

預(yù)制完成后，將筒型基礎(chǔ)1吊入陸地邊的水中檢查其氣密性。

(二)筒型基礎(chǔ)1的氣密性符合設(shè)計(jì)要求后，將三個筒型基礎(chǔ)1在水平面上按照其中心點(diǎn)連線能夠構(gòu)成一個正三角形進(jìn)行排布，每兩個筒型基礎(chǔ)1中心點(diǎn)之間的距離為25m。三個筒型基礎(chǔ)1的布置要求為在水平面上呈三角形分布，即三個筒型基礎(chǔ)1的中心分別位于該三角形的三個頂點(diǎn)上。每兩個筒型基礎(chǔ)1之間的凈距離為1～3倍的筒型基礎(chǔ)1外徑，這樣能夠在充分發(fā)揮混凝土支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化筒型基礎(chǔ)1承載能力的同時(shí)，利用三個筒型基礎(chǔ)1的群體效應(yīng)來提高整體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的承載能力。

然后在三個筒型基礎(chǔ)1之間支模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土，進(jìn)行混凝土連接底板7的施工?；炷吝B接底板7為板式混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置在筒型基礎(chǔ)1之間并以三個筒型基礎(chǔ)1的中心點(diǎn)連線為輪廓，混凝土連接底板7的底面位于三個筒型基礎(chǔ)1頂面所在的平面上。混凝土連接底板7的厚度一般為0.5m～2m，具體尺寸可以根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行調(diào)整。

(三)混凝土連接底板7養(yǎng)護(hù)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求后，在每個筒型基礎(chǔ)1上部以其頂板作為底面模板進(jìn)行混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的施工，并在每兩個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2之間進(jìn)行豎向混凝土連接件3的施工，三個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2和三個豎向混凝土連接件3同時(shí)支模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土。

需要注意，在澆筑混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的混凝土之前應(yīng)在筒型基礎(chǔ)1頂蓋的預(yù)留孔中安裝用于傳輸高壓氣或水的管道接頭，管道接頭的頂端伸出于混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2底面、底端伸出于筒型基礎(chǔ)1頂面，管道接頭的內(nèi)直徑為5～200mm。

混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2是頂部敞口、底部封閉的一種倒置圓筒狀混凝土結(jié)構(gòu)，其外徑為15m，壁厚35mm，底部厚50mm，高5m?；炷翂狠d艙結(jié)構(gòu)2的外徑范圍是10～15m，高度范圍是4～6m?；炷翂狠d艙結(jié)構(gòu)2的中心軸與其所對應(yīng)連接的筒型基礎(chǔ)1的中心軸共線，且混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的直徑與筒型基礎(chǔ)1的直徑相等?；炷翂狠d艙結(jié)構(gòu)2結(jié)構(gòu)內(nèi)部也可設(shè)置分艙板，或者在艙壁內(nèi)側(cè)增加梯形肋板，以增加混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的剛度。還可以通過筒型基礎(chǔ)1周邊設(shè)置延伸出的環(huán)形鋼質(zhì)肋板并插入混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2來解決混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2與筒型基礎(chǔ)1之間的連接問題，這種連接方式可以有效避免以往連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。

豎向混凝土連接件3呈豎向設(shè)置的長方體薄片結(jié)構(gòu)，高度通常與混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的高度一致且范圍在4～6m，厚度為0.5m～1.5m，具體尺寸可以根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行調(diào)整。每兩個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2之間連接有一個豎向混凝土連接件3，該豎向混凝土連接件3與所連接的兩個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的中心軸在同一平面上，且豎向混凝土連接件3的上下兩邊分別與混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的上下表面齊平。

混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2、豎向混凝土連接件3和混凝土連接底板7的設(shè)置進(jìn)一步提高了三個筒型基礎(chǔ)1的整體性，有利于提高實(shí)際施工質(zhì)量，使三個筒型基礎(chǔ)之間相互作用產(chǎn)生群體效應(yīng)，利用三個筒型基礎(chǔ)之間的群體效應(yīng)可避免三個筒型基礎(chǔ)1間內(nèi)力差異過大，從而減小了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系整體的不均勻沉降。

(四)混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2和豎向混凝土連接件3養(yǎng)護(hù)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求后，在混凝土連接底板7上部支模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土，進(jìn)行混凝土柱4和斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5的施工。

混凝土柱4為圓柱形混凝土結(jié)構(gòu)，外徑為5m，高度為20m，內(nèi)部可配置鋼筋?；炷林?設(shè)置在三個筒型基礎(chǔ)1所構(gòu)成三角形的內(nèi)心位置處，其底部連接于混凝土連接底板7上表面，其外徑范圍為4～6m，高度范圍為10～20m。

三個斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5分別連接在每個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2與混凝土柱4之間，且每個斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5與所連接的混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的中心軸和混凝土柱4的中心軸在同一平面上。每兩個相鄰斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5之間的夾角為120度。斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5底部連接至混凝土連接底板7，其高度與混凝土柱4高度一致，高度為20m，厚度為0.5m～2m；斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5上部截面長度為2.5m，其截面長度由混凝土連接頂板6至混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2邊緣(靠內(nèi)側(cè))呈連續(xù)變化。

混凝土柱4和三個斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5組合形成類似于異形柱的結(jié)構(gòu)受力體系，可以有效地抵抗上部傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)1處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力和群體效應(yīng)，這種結(jié)構(gòu)形式節(jié)省材料，降低造價(jià)，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

(五)混凝土柱4和斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5養(yǎng)護(hù)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求后，在混凝土柱4和斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5頂部支模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土，進(jìn)行混凝土連接頂板6的施工，完成后如圖1和圖2所示。

混凝土連接頂板6為圓形混凝土板式結(jié)構(gòu)，其直徑為10m，厚度為0.5m?；炷吝B接頂板6的直徑為8～15m，厚度為0.5m～2m?；炷吝B接頂板6設(shè)置在混凝土柱4和三個斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5頂端，用于通過法蘭盤等連接結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)如海上風(fēng)機(jī)塔筒、海洋平臺等結(jié)構(gòu)連接，并將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的荷載和彎矩向下傳遞到混凝土支撐結(jié)構(gòu)上，進(jìn)而傳遞到三個筒型基礎(chǔ)1上。

(六)混凝土連接頂板6養(yǎng)護(hù)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，在混凝土連接頂板6上部組裝好塔筒和風(fēng)機(jī)，形成三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)，如圖3所示。

(七)利用吊機(jī)或滑道將三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)移入水中，通過筒型基礎(chǔ)1中空部分的空氣，或者由管道接頭連接吹氣管向筒型基礎(chǔ)1的中空部分注入高壓氣體而提供浮力，使三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)漂浮在水面上。

(八)利用拖輪將三個筒型基礎(chǔ)與混凝土支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電整機(jī)拖至指定施工地點(diǎn)，在拖航前在每個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2上加臨時(shí)蓋板，防止水濺入而影響拖航穩(wěn)性。

(九)通過管道接頭抽掉筒型基礎(chǔ)1中空部分的空氣或放掉筒型基礎(chǔ)1中空部分的高壓氣體，即放氣下沉過程，使筒型基礎(chǔ)1慢慢地逐漸下沉至泥面，然后通過管道接頭連接抽水管抽出筒型基礎(chǔ)1中的水體，借助水體的抽出實(shí)現(xiàn)筒內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓即負(fù)壓下沉過程，使其下沉就位。

下沉過程中當(dāng)筒型基礎(chǔ)1出現(xiàn)傾斜時(shí)，通過泵系統(tǒng)對各分艙室施加不同的艙內(nèi)正壓力進(jìn)行調(diào)平。

(十)筒型基礎(chǔ)1下沉就位后，對混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2內(nèi)投放壓載物，施工完畢。

壓載物可以是細(xì)砂、碎石或水泥砂漿。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。