[发明专利]一种采用预应力混凝土筒型结构的海上风电机组地基基础

说明书

所属技术领域

本发明涉及海上风电机组地基基础结构，特别是一种采用预应力混凝土筒型结构的海上风电机组地基基础。

背景技术

目前，海上风电机组地基基础采用的结构型式通常为单桩基础、多桩基础或重力式基础。重力式基础一般为钢筋混凝土结构或钢筋混凝土与压载混合结构，其对承载基础的要求高，同时还涉及到复杂的海上施工，受气候的影响较大，成本较高。而单桩和多桩基础属于打桩式的支承桩体，需要特殊防腐、强度和韧性要求，并且施工中需要价格昂贵的海上打桩设备，从而导致海上风电机组地基基础成本的增加。

采用以上传统的海上风电机组基础结构，其基础建造和海上施工费用高昂，致使海上风电机组地基基础的投资费用较陆上基础大幅度增加，从而限制了海上风电的发展。对于筒型基础来说，目前国外已有采用全钢筒型基础，采用的结构型式有单筒和多筒型式，但无采用全预应力混凝土筒型基础的案例。为此，我们将混凝土筒型基础与预应力技术结合起来，形成一种新的海上风电机组地基基础结构型式，可避免重力基础的材料用量多的缺点，施工中也不用打桩，并且提高了混凝土的结构的耐久性。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种采用预应力混凝土筒型结构的海上风电机组地基基础，其具有结构简单、施工方便、工程量小，造价低和受力好的特点，适用于软土地基。

本发明的技术方案：

一种采用预应力混凝土筒型结构的海上风电机组地基基础，由筒型基础、预应力横梁和连接塔筒组成，筒型基础为设有密封顶盖的钢筋混凝土筒型结构，筒型基础内部设有分仓隔板；预应力横梁为混凝土结构，其设置于筒型基础的密封顶盖上并呈径向均布；连接塔筒为预应力混凝土筒型结构，其下端与钢筋混凝土筒型基础、预应力横梁现浇为一整体，在连接塔筒与筒型基础顶盖交接部位设有金属环，金属环分别与预应力横梁和连接塔筒中的预应力钢筋连接，连接塔筒的上端设置法兰盘并与连接塔筒中的预应力钢筋连接，连接塔筒与发电机组塔筒通过法兰盘连接固定。

所述分仓隔板采用钢板并呈正多边形固定于筒型基础的内壁，将筒型基础的空腔分隔为一个中仓和4～8个边仓。

所述预应力混凝土横梁为4～72根。

本发明的工作原理：筒型基础边仓和中仓空间充气可浮运基础结构，边仓浮力提供平衡恢复力，实现长距离拖航。通过筒形基础边壁充气或水破土技术和筒形基础负压技术，将基础沉入软基础中，直到筒顶下沉至泥面，使得筒顶和地基能联合受力。预应力的使用降低了混凝土的厚度。上部风电机组、塔筒自重作用下的竖向承载，风荷载、波浪、水流、冰环境荷载作用到基础上的综合水平力和弯矩作用由预应力混凝土筒型基础承受。

本发明的有益效果是：该海上风电机组地基基础，具有结构简单、施工方便、工程量小，造价低和受力好的特点，可实现在陆地预制，降低结构的制作难度。同时，由于该基础结构中间有大面积空腔，可不用驳船等特定运输设备运到施工现场，可以在一定牵引下拖航，在海上漂浮致施工位置，这样就有效的降低了运输费用；另一方面该结构可不需要大型起吊船吊装放入海底，更不需要在海上打桩施工，而且筒型基础可以回收利用，从而达到环保的效果。预应力混凝土又能有效的提高结构的强度，减轻基础的自重，节省材料，并且提高结构的耐久性和防腐性。

附图说明

图1为该海上风电机组地基基础横剖面结构示意图。

图2为该海上风电机组地基基础俯视结构示意图。

图中：1.筒型基础  2.连接塔筒    3.预应力横梁    4.分仓隔板

5.金属环    6.法兰盘      7.发电机组塔筒  8-I、8-II.预应力钢筋

具体实施方式

实施例：

一种采用预应力混凝土筒型结构的海上风电机组地基基础，由筒型基础1、预应力横梁3和连接塔筒2组成，筒型基础1为设有密封顶盖的钢筋混凝土筒型结构，筒型基础1内部设有分仓隔板4，分仓隔板4采用钢板并呈正四边形固定于筒型基础1的内壁，将筒型基础1的空腔分隔为一个中仓和四个边仓；预应力横梁3为混凝土结构，预应力混凝土横梁为八根，其设置于筒型基础1的密封顶盖上并呈径向均布；连接塔筒2为预应力混凝土筒型结构，其下端与钢筋混凝土筒型基础1、预应力横梁3现浇为一整体，在连接塔筒2与筒型基础1顶盖交接部位设有金属环5，金属环5分别与预应力横梁3和连接塔筒2中的预应力钢筋8-I、8-II连接，连接塔筒2的上端设置法兰盘6并与连接塔筒2中的预应力钢筋8-I连接，连接塔筒2与发电机组塔筒7通过法兰盘6连接固定。

该实施例中：钢筋混凝土筒型基础直径30m，壁厚30cm，顶盖厚度40cm，高度5m；预应力连接塔筒直径4m，壁厚0.6m，高度6m；预应力横梁截面尺寸0.6m×0.6m；金属环直径1m，厚度0.3m，高度0.6m；预应力横梁中每束预应力筋产生400t压力，连接塔筒中每束预应力筋产生600t压力；分仓隔板厚度10mm，高度4.6m，长度9.43m。具体的施工过程：1、基础部分在陆地上预制完成；2结构充气浮运至安装地点；3、安装地点定位；4、筒基抽气下沉，并调平；5、边壁充气破土下沉，并辅以抽真空预压，下沉过程中控制水平度；6风机的吊装。