本發(fā)明屬于海上風(fēng)電基礎(chǔ)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種海上風(fēng)電的組合式筒形基礎(chǔ)及其施工方法。

背景技術(shù)：

目前，在海上裝備工程如海上風(fēng)電工程中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常包括：?jiǎn)螛?、三腳架、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)、重力基礎(chǔ)、負(fù)壓筒基和浮動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)等幾種。這些基礎(chǔ)通常需要大型的設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸和安裝，造成在海域施工時(shí)費(fèi)用很高，且上述基礎(chǔ)抵抗海底沖刷的能力有限。

近海基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)常常面臨著往復(fù)海流的沖刷作用，沖刷對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力有著一定程度的影響。因此，如何改進(jìn)常規(guī)的復(fù)合筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使其具有更強(qiáng)的抗沖刷及抗傾覆能力，從而最大程度的發(fā)揮基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載能力，保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在運(yùn)行期間的安全穩(wěn)定，是海洋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的抗海底沖刷能力方面的要求，本發(fā)明提供了一種帶裙板的組合式筒型基礎(chǔ)及其施工方法，該基礎(chǔ)施工方便、成本低，可自浮拖航和負(fù)壓沉放，裙板的增加能夠增大基礎(chǔ)正常使用時(shí)的抗傾覆及抗沖刷能力，并且有效地提高基礎(chǔ)的下沉力，同時(shí)降低鋼制筒型基礎(chǔ)內(nèi)部土塞發(fā)展。

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

一種帶裙板的組合式筒型基礎(chǔ)，包括鋼制筒型結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土頂蓋、鋼筋混凝土過(guò)渡段；

所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)的頂蓋外緣擴(kuò)出于所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)，所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)的頂蓋外緣焊接有由頂蓋向下延伸的鋼質(zhì)裙板；所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)內(nèi)部布置有多個(gè)分艙板，以使所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)與所述分艙板構(gòu)成多個(gè)底部開(kāi)口的密封分艙；

所述鋼筋混凝土頂蓋下部與所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)采用剪力釘連接；所述鋼筋混凝土頂蓋邊緣設(shè)置向上延伸的鋼筋混凝土裙板，所述鋼筋混凝土裙板與所述鋼筋混凝土頂蓋一次澆筑成型；所述鋼筋混凝土頂蓋布置有多個(gè)抽水管，包括對(duì)應(yīng)于每個(gè)密封分艙的抽水管和對(duì)應(yīng)于所述鋼質(zhì)裙板與所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)筒壁之間的環(huán)形部分均布的抽水管；

所述鋼筋混凝土過(guò)渡段澆筑連接于所述鋼筋混凝土頂蓋上部。

優(yōu)選地，所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)的直徑為10～50m，壁厚為10～100mm；所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)的頂蓋直徑是底部環(huán)形筒壁直徑的1.2～2倍。

優(yōu)選地，所述鋼質(zhì)裙板的高度為0.1～0.5倍的所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)的主筒筒壁高度。

優(yōu)選地，所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)與所述分艙板構(gòu)成的密封分艙為蜂窩狀分艙結(jié)構(gòu)，包括中心的一個(gè)正六邊形分艙和均勻設(shè)置于其周?chē)牧鶄€(gè)相同的邊分艙；正六邊形分艙和邊分艙的邊長(zhǎng)均等，為所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)直徑的0.25倍。

優(yōu)選地，所述分艙板的高度與所述筒型基礎(chǔ)筒壁相同，厚度與所述筒型基礎(chǔ)筒壁相同。

優(yōu)選地，所述鋼筋混凝土頂蓋的直徑與鋼制筒型結(jié)構(gòu)的頂蓋直徑相同，為10～50m；厚度為0.2～0.6m。

優(yōu)選地，所述鋼筋混凝土裙板的高度為0.5～1.5m，厚度為0.2～0.5m。

優(yōu)選地，所述鋼筋混凝土過(guò)渡段的高度為5～10米，厚度為0.1～2m，頂面直徑小于等于底面直徑，并且壁面為弧形內(nèi)凹曲面，曲面的曲率為1/60～1/10。

優(yōu)選地，所述鋼筋混凝土過(guò)渡段為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部布置有預(yù)應(yīng)力鋼筋，配筋率不小于0.3％，其預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)力不低于0.75倍的鋼筋屈服應(yīng)力。

上述帶裙板的組合式筒型基礎(chǔ)的施工方法，按照如下步驟進(jìn)行：

(1)將組裝好塔筒和風(fēng)機(jī)的組合式筒型基礎(chǔ)移入水中，使其整體漂浮在水面上；

(2)將組合式筒型基礎(chǔ)浮運(yùn)托航至指定施工地點(diǎn)，對(duì)施工地點(diǎn)的海床進(jìn)行初步平整；

(3)打開(kāi)所述鋼筋混凝土頂蓋上的所有抽水管，使組合式筒型基礎(chǔ)通過(guò)自重下沉至海床；

(4)自重下沉停止后通過(guò)對(duì)應(yīng)于所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)的抽水管對(duì)所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)內(nèi)部抽水，使組合式筒型基礎(chǔ)通過(guò)負(fù)壓下沉繼續(xù)下沉；

(5)負(fù)壓下沉至所述鋼質(zhì)裙板底部進(jìn)入海床時(shí)，再通過(guò)對(duì)應(yīng)于所述鋼質(zhì)裙板與所述鋼制筒型結(jié)構(gòu)筒壁之間的抽水管輔助進(jìn)行抽水，增加組合式筒型基礎(chǔ)的下沉力；

(6)組合式筒型基礎(chǔ)下沉就位后，在所述鋼筋混凝土裙板與所述鋼筋混凝土過(guò)渡段之間拋擲壓載石塊，整個(gè)結(jié)構(gòu)施工完畢。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的帶裙板的組合式筒型基礎(chǔ)及其施工方法，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、施工便捷快速，下部鋼質(zhì)裙板的增加有效提高了基礎(chǔ)的沉貫力，能夠降低基礎(chǔ)內(nèi)部土塞高度的發(fā)展，上部鋼筋混凝土裙板在對(duì)其內(nèi)部拋擲壓載石塊后，同時(shí)還能有效提高基礎(chǔ)的抗傾覆能力和抗沖刷能力，其安裝過(guò)程可自浮拖航和沉放，沉放過(guò)程不需要大型設(shè)備，具有造價(jià)低、施工效率高等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所提供的帶裙板的組合式筒型基礎(chǔ)的主視圖；

圖2是本發(fā)明所提供的帶裙板的組合式筒型基礎(chǔ)的仰視圖；

圖3是鋼制筒型結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖4是本發(fā)明所提供的帶裙板的組合式筒型基礎(chǔ)施工完成后的主視圖。

圖中：1、鋼筋混凝土過(guò)渡段；2、壓載石塊；3、鋼筋混凝土裙板；4、鋼筋混凝土頂蓋；5、鋼制裙板；6、抽水管；7、鋼制筒型結(jié)構(gòu)；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(shuō)明如下：

如圖1至圖3所示，本實(shí)施例提供了一種帶裙板的組合式筒型基礎(chǔ)，主要由鋼筋混凝土過(guò)渡段1、鋼筋混凝土頂蓋4、鋼制筒型結(jié)構(gòu)7三部分組成。

鋼制筒型結(jié)構(gòu)7的直徑為10～50m，壁厚為10～100mm。鋼制筒型結(jié)構(gòu)7的頂蓋外緣擴(kuò)出于底部環(huán)形筒壁，鋼制筒型結(jié)構(gòu)4的頂蓋直徑是底部環(huán)形筒壁直徑的1.2～2倍。鋼制筒型結(jié)構(gòu)4的頂蓋外緣焊接有由頂蓋向下延伸的鋼質(zhì)裙板3，鋼質(zhì)裙板3高度為0.1～0.5倍的主筒高度，壁厚與鋼制筒型結(jié)構(gòu)7的筒壁相同。

為了便于基礎(chǔ)沉放調(diào)平，鋼制筒型結(jié)構(gòu)7內(nèi)部布置有多個(gè)分艙板8，以使鋼制筒型結(jié)構(gòu)7與分艙板8構(gòu)成多個(gè)底部開(kāi)口的密封分艙。優(yōu)選地，鋼制筒型結(jié)構(gòu)7與分艙板8組成蜂窩狀分艙結(jié)構(gòu)，包括中心的一個(gè)正六邊形分艙和均勻設(shè)置于其周?chē)牧鶄€(gè)相同的邊分艙。正六邊形分艙和邊分艙的邊長(zhǎng)均等，為鋼制筒型結(jié)構(gòu)7直徑的0.25倍，如圖2所示。分艙結(jié)構(gòu)中的七個(gè)分艙除底部開(kāi)口外彼此密封完好，保證相互之間不串艙，并且每個(gè)分艙頂部分別預(yù)留設(shè)置有開(kāi)關(guān)的管路，用于分別施加艙內(nèi)負(fù)壓。分艙板8頂部與鋼制筒型結(jié)構(gòu)7內(nèi)頂壁焊接固定，分艙板8的高度與鋼制筒型結(jié)構(gòu)7的主筒高度相同，厚度與鋼制筒型結(jié)構(gòu)7的筒壁相同。

鋼筋混凝土頂蓋4的直徑為10～50m，其直徑與鋼制筒型結(jié)構(gòu)4的頂蓋直徑相同。鋼筋混凝土頂蓋2的厚度選擇范圍在0.2～0.6m。在鋼筋混凝土頂蓋4邊緣設(shè)置向上延伸的鋼筋混凝土裙板3，其高度為0.5～1.5m，厚度為0.2～0.5m，鋼筋混凝土裙板3與鋼筋混凝土頂蓋2一次澆筑成型，且整體配筋率不小于0.3％。

鋼筋混凝土頂蓋4上部與鋼筋混凝土過(guò)渡段1澆筑連接，下部與鋼制筒型結(jié)構(gòu)7采用剪力釘連接。鋼筋混凝土頂蓋4上布置有十三個(gè)抽水管6，其中對(duì)應(yīng)于鋼制筒型結(jié)構(gòu)4的七個(gè)分艙分別設(shè)置有一個(gè)，對(duì)應(yīng)于鋼制筒型結(jié)構(gòu)7筒壁與鋼質(zhì)裙板3之間的環(huán)形部分均布有六個(gè)。抽水管5的直徑為20～200mm，對(duì)應(yīng)于鋼制筒型結(jié)構(gòu)4的抽水管5頂部穿出于鋼筋混凝土頂蓋4、底部延伸至鋼制筒型結(jié)構(gòu)7內(nèi)部，而對(duì)應(yīng)于鋼制筒型結(jié)構(gòu)7筒壁與鋼質(zhì)裙板3之間的抽水管5頂部高于鋼筋混凝土裙板3、底部延伸至鋼制筒型結(jié)構(gòu)7內(nèi)部。

鋼筋混凝土過(guò)渡段1的具體結(jié)構(gòu)不做限定，優(yōu)選采用曲面型的鋼筋混凝土過(guò)渡段1，其高度為5～10米，厚度為0.1～2m，頂面直徑小于等于底面直徑，并且壁面為弧形內(nèi)凹曲面，曲面的曲率為1/60～1/10。鋼筋混凝土過(guò)渡段1為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部布置有預(yù)應(yīng)力鋼筋，配筋率不小于0.3％，其預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)力不低于0.75倍的鋼筋屈服應(yīng)力。

本發(fā)明還提供了上述帶裙板的組合式筒型基礎(chǔ)的施工方法，按照如下步驟進(jìn)行：

a.陸上預(yù)制鋼制筒型結(jié)構(gòu)7，在鋼制筒型結(jié)構(gòu)7內(nèi)部焊接分艙板8，在鋼制筒型結(jié)構(gòu)7的頂蓋外緣焊接鋼質(zhì)裙板5；

b.在鋼制筒型結(jié)構(gòu)7上部利用薄壁壓型鋼板作為鋼筋混凝土頂蓋4和鋼筋混凝土裙板3的模板并布置鋼筋，澆筑鋼筋混凝土頂蓋2和鋼筋混凝土裙板3，并在鋼筋混凝土頂蓋2預(yù)留與鋼筋混凝土過(guò)渡段1的連接鋼筋；

c.將鋼筋混凝土頂蓋4與鋼制筒型結(jié)構(gòu)7用剪力釘連接，同時(shí)在鋼筋混凝土頂蓋4上安裝抽水管6，并對(duì)鋼筋混凝土頂蓋4與鋼制筒型結(jié)構(gòu)7的組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)；

d.氣密性符合要求之后，布置鋼筋混凝土過(guò)渡段1的模板并綁扎鋼筋，進(jìn)行鋼筋混凝土過(guò)渡段1的混凝土澆筑；

e.鋼筋混凝土過(guò)渡段1施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，再組裝好塔筒和風(fēng)機(jī)；

f.利用吊車(chē)將組裝好塔筒和風(fēng)機(jī)的組合式筒型基礎(chǔ)移入水中，由組合式筒型基礎(chǔ)自浮能力使其整體漂浮在水面上；

g.利用拖船將組合式筒型基礎(chǔ)拖至指定施工地點(diǎn)，同時(shí)對(duì)施工地點(diǎn)的海床進(jìn)行初步平整；

h.打開(kāi)鋼筋混凝土頂蓋4上的所有抽水管6，使組合式筒型基礎(chǔ)通過(guò)自重下沉至海床；自重下沉停止后通過(guò)對(duì)應(yīng)于鋼制筒型結(jié)構(gòu)7的抽水管6抽出鋼制筒型結(jié)構(gòu)7內(nèi)多余的水，借助水體的抽出實(shí)現(xiàn)鋼制筒型結(jié)構(gòu)7內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓即負(fù)壓下沉過(guò)程；

下沉過(guò)程中應(yīng)使鋼筋混凝土頂蓋4與海床平面保持水平，若組合式筒型基礎(chǔ)出現(xiàn)傾斜時(shí)，通過(guò)饋控系統(tǒng)對(duì)各分艙施加不同的艙內(nèi)壓力進(jìn)行調(diào)平；

i.負(fù)壓下沉至鋼質(zhì)裙板5底部進(jìn)入海床時(shí)，再增加通過(guò)對(duì)應(yīng)于鋼制筒型結(jié)構(gòu)7筒壁與鋼質(zhì)裙板3之間的抽水管5進(jìn)行抽水，增加組合式筒型基礎(chǔ)的下沉力；

j.組合式筒型基礎(chǔ)下沉就位后，在鋼筋混凝土裙板3與鋼筋混凝土過(guò)渡段1之間拋擲壓載石塊2，整個(gè)結(jié)構(gòu)施工完畢，如圖4所示。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)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)。