[发明专利]一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础及其施工方法

说明书

本发明公开了一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础及其施工方法，该基础包括从顶部到底部沿同一中心轴依次连接的连接法兰、第一直段单桩结构、变径段单桩结构、第二直段单桩结构、复合柱单桩结构以及第三直段单桩结构；其中，所述第一直段单桩结构设置于海平面处，所述第二直段单桩结构设置于海底泥面处，所述第一直段单桩结构的直径小于第二直段单桩结构的直径；本发明在不增加单桩基础重量的同时增强水平、竖向及抗弯承载力，提高桩体整体结构刚度，降低水面处基础直径，减小水面附近处的波浪作用力，增强对水平位移的控制作用，提高了基础的承载性能，同时该单桩基础有效地解决了超大直径单桩施工安装的难题，具有更好的经济效益和应用前景。

技术领域

本发明涉及海上风电机组基础的技术领域，尤其是指一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础及其施工方法。

背景技术

当前，海上风电已成为风电发展的重点领域，海上风电作为可再生能源发展的重要方向，海上风能资源丰富，根据普查成果，5～25米水深、50米高度海上风电开发潜力约2亿千瓦；5～50米水深、70米高度海上风电开发潜力约5亿千瓦，未来开发前景广阔。

海上风机基础的结构型式可分为重力式基础、单桩基础、导管架基础、承台基础以及吸力筒基础等。其中单桩基础由于其结构型式简单，施工方便、施工周期短、经济性好，已成为近海风力发电的主流结构型式。据统计，目前75％以上的海上风机基础采用单桩基础型式。海上风电机组支撑结构作为高悬臂结构，基础结构不仅承受上部叶片传递风载荷，还要抵抗水面附近处波浪和海流对结构的作用力，基础桩径越大，作用在结构上的波浪和海流力也越大，水平承载性和抗倾覆能力对单桩基础适用性的影响尤为关键。

单桩基础支撑结构整体由于刚度相对较小，在风和波浪的联合作用下的结构动力响应较大，整体桩身位移也相对较大，作用在结构上的疲劳载荷也相对较大，结构容易产生疲劳损伤甚至导致失效。由于海底泥面处大部分淤泥层的存在，浅表土层地质条件较差，土体承载力小，造成单桩基础桩径和桩长较大，工程用量增加，工程成本较高等问题。随着大叶片大兆瓦机组的应用，对于常规单桩型式，其桩基直径和壁厚将会显著增加，桩基直径达到10米以上，不但增加了成本，同时超大直径单桩能否顺利沉桩也成为其应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础及其施工方法，有效地解决了单桩基础桩径较大和桩长较长，工程量较大的问题，在不增加单桩基础重量的同时增强水平、竖向及抗弯承载力，提高桩体整体结构刚度，降低水面处基础直径，减小水面附近处的波浪作用力，增强对水平位移的控制作用，提高了基础的承载性能。同时该单桩基础有效地解决了超长超大直径单桩施工安装的难题，相对于单纯增大桩长和桩径，具有更好的经济效益和应用前景。

本发明通过下述技术方案实现：一种海上风电机组复合柱桩基单桩基础，包括从顶部到底部沿同一中心轴依次连接的连接法兰、第一直段单桩结构、变径段单桩结构、第二直段单桩结构、复合柱单桩结构以及第三直段单桩结构；其中，所述第一直段单桩结构设置于海平面处，所述第二直段单桩结构设置于海底泥面处，所述第一直段单桩结构的直径小于第二直段单桩结构的直径；所述复合柱单桩结构包括内圈柱体、外圈柱体和连接件，所述内圈柱体设置在外圈柱体的内部，并与外圈柱体之间通过多个连接件连接，且所述连接件沿复合柱单桩结构的长度方向延伸至复合柱单桩结构的顶部和底部，所述第二直段单桩结构的底部与内圈柱体的顶部连接，所述内圈柱体的底部与第三直段单桩结构连接。

进一步，所述变径段单桩结构为上小下大的圆台状单桩结构，所述变径段单桩结构的顶部直径与第一直段单桩结构的直径相同，所述变径段单桩结构的底部直径与第二直段单桩结构的直径相同。

进一步，所述变径段单桩结构的顶部直径不大于5m，所述变径段单桩结构的底部直径与变径段单桩结构的顶部直径的差值不小于1m。

进一步，所述连接法兰的下部带径直径与第一直段单桩结构的直径相同。