(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108331008 A(43)申请公布日 2018.07.27
(21)申请号 201810299265.4(22)申请日 2018.04.04
(71)申请人 上海勘测设计研究院有限公司
地址 200434 上海市虹口区逸仙路388号(72)发明人 黄俊 范可
(74)专利代理机构 上海光华专利事务所(普通
合伙) 31219
代理人 郑冲(51)Int.Cl.
E02D 27/44(2006.01)E02D 27/52(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图10页
(54)发明名称
海上风机基础结构及其施工方法
(57)摘要
本发明提供一种海上风机基础结构，包括沿上下方向延伸的过渡段塔筒、与过渡段塔筒的下端固接的连接件、预留有桩孔的混凝土承台、及沿上下方向延伸的钢管桩，所述钢管桩的上端嵌在桩孔中，所述过渡段塔筒的下端及连接件浇筑在混凝土承台中，所述连接件包括第一连接部和与第一连接部固接的第二连接部，所述第一连接部与过渡段塔筒的下端固接，所述第二连接部与钢管桩的上端固接，且所述第二连接部位于桩孔中，所述桩孔中浇筑有混凝土。本发明中海上风机基础结构便于建造施工。
CN 108331008 ACN 108331008 A
权 利 要 求 书
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1.一种海上风机基础结构，其特征在于，包括沿上下方向延伸的过渡段塔筒(1)、与过渡段塔筒(1)的下端固接的连接件(2)、预留有桩孔(31)的混凝土承台(3)、及沿上下方向延伸的钢管桩(4)，所述钢管桩(4)的上端嵌在桩孔(31)中，所述过渡段塔筒(1)的下端及连接件(2)浇筑在混凝土承台(3)中，所述连接件(2)包括第一连接部和与第一连接部固接的第二连接部，所述第一连接部与过渡段塔筒(1)的下端固接，所述第二连接部与钢管桩(4)的上端固接，且所述第二连接部位于桩孔(31)中，所述桩孔(31)中浇筑有混凝土。
2.根据权利要求1所述海上风机基础结构，其特征在于，所述连接件(2)包括第一连接板(21)和两个分别位于第一连接板(21)两侧的第二连接板(22)，所述第一连接板(21)的一端构成所述第一连接部，所述第二连接板(22)与第一连接板(21)的另一端固接，第一连接板(21)的另一端及两个第二连接板(22)构成所述第二连接部。
3.根据权利要求2所述海上风机基础结构，其特征在于，所述第一连接板(21)的上端与第一加强板(23)固接，所述第一连接板(21)的下端与第二加强板(24)固接，且所述第二连接板(22)的上端与第三加强板(25)固接。
4.根据权利要求3所述海上风机基础结构，其特征在于，所述第一连接板(21)与第二连接板(22)焊接，且所述第一加强板(23)及第二加强板(24)均与第一连接板(21)焊接，所述第三加强板(25)与第二连接板(22)焊接。
5.根据权利要求1所述海上风机基础结构，其特征在于，所述第一连接部与过渡段塔筒(1)焊接，所述第二连接部与钢管桩(4)焊接。
6.根据权利要求1所述海上风机基础结构，其特征在于，所述第二连接部上设有定位槽(26)，所述钢管桩(4)的上端嵌在定位槽(26)中。
7.根据权利要求6所述海上风机基础结构，其特征在于，所述第二连接部上设有多个所述定位槽(26)，且全部定位槽(26)沿钢管桩(4)的周向均匀分布。
8.根据权利要求1所述海上风机基础结构，其特征在于，所述连接件(2)有多个，且全部连接件(2)沿过渡段塔筒(1)的周向均匀分布。
9.一种如权利要求1至8任一项所述海上风机基础结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在陆上制作好预留有桩孔(31)的混凝土承台(3)，且过渡段塔筒(1)的下端及连接件(2)浇筑在混凝土承台(3)中，所述连接件(2)的第二连接部位于桩孔(31)中；
S2、在设定位置打入钢管桩(4)；S3、将制作好的混凝土承台(3)安装到钢管桩(4)上，且钢管桩(4)的上端嵌在桩孔(31)中；
S4、将第二连接部与钢管桩(4)的上端进行固定连接；S5、在桩孔(31)中浇筑混凝土。
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说 明 书
海上风机基础结构及其施工方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种基础结构，特别是涉及一种海上风机基础结构及其施工方法。背景技术
[0002]随着海上风电的大力发展，建设海域从近海到远海，水深从浅水到深水，风电机组的单机容量越来越大，基础造价和施工成本将发生显著增加；又伴随着海上风电电价下调的呼声很高，寻找一种安全可靠，并具有经济性的基础型式十分有必要。发明内容
[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种便于建造的海上风机基础结构。
[0004]为实现上述目的，本发明提供一种海上风机基础结构，包括沿上下方向延伸的过渡段塔筒、与过渡段塔筒的下端固接的连接件、预留有桩孔的混凝土承台、及沿上下方向延伸的钢管桩，所述钢管桩的上端嵌在桩孔中，所述过渡段塔筒的下端及连接件浇筑在混凝土承台中，所述连接件包括第一连接部和与第一连接部固接的第二连接部，所述第一连接部与过渡段塔筒的下端固接，所述第二连接部与钢管桩的上端固接，且所述第二连接部位于桩孔中，所述桩孔中浇筑有混凝土。[0005]进一步地，所述连接件包括第一连接板和两个分别位于第一连接板两侧的第二连接板，所述第一连接板的一端构成所述第一连接部，所述第二连接板与第一连接板的另一端固接，第一连接板的另一端及两个第二连接板构成所述第二连接部。[0006]进一步地，所述第一连接板的上端与第一加强板固接，所述第一连接板的下端与第二加强板固接，且所述第二连接板的上端与第三加强板固接。[0007]进一步地，所述第一连接板与第二连接板焊接，且所述第一加强板及第二加强板均与第一连接板焊接，所述第三加强板与第二连接板焊接。[0008]进一步地，所述第一连接部与过渡段塔筒焊接，所述第二连接部与钢管桩焊接。[0009]进一步地，所述第二连接部上设有定位槽，所述钢管桩的上端嵌在定位槽中。[0010]进一步地，所述第二连接部上设有多个所述定位槽，且全部定位槽沿钢管桩的周向均匀分布。
[0011]进一步地，所述连接件有多个，且全部连接件沿过渡段塔筒的周向均匀分布。[0012]如上所述，本发明涉及的海上风机基础结构，具有以下有益效果：[0013]本发明中海上风机基础结构，基于其采用的上述结构设计，使得其能通过以下施工方法获得：先在陆上制作好预留有桩孔的混凝土承台，且过渡段塔筒的下端及连接件浇筑在混凝土承台中，连接件的第二连接部位于桩孔中，再将混凝土承台安装到预先打入土层的钢管桩上，且钢管桩的上端嵌在桩孔中，随后，将第二连接部与钢管桩的上端进行固定连接，并在桩孔中浇筑混凝土，从而利用连接件及混凝土承台实现过渡段塔筒与钢管桩间的连接，并实现海上风机基础结构的施工，且此种施工方法的部分工作是在陆上完成的，使
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说 明 书
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得其更便于实施，进而保证本海上风机基础结构更便于建造施工。
[0014]本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种便于实施的所述海上风机基础结构的施工方法。
[0015]为实现上述目的，本发明提供一种所述海上风机基础结构的施工方法，包括如下步骤：
[0016]S1、在陆上制作好预留有桩孔的混凝土承台，且过渡段塔筒的下端及连接件浇筑在混凝土承台中，所述连接件的第二连接部位于桩孔中；[0017]S2、在设定位置打入钢管桩；[0018]S3、将制作好的混凝土承台安装到钢管桩上，且钢管桩的上端嵌在桩孔中；[0019]S4、将第二连接部与钢管桩的上端进行固定连接；[0020]S5、在桩孔中浇筑混凝土。[0021]如上所述，本发明涉及的施工方法，具有以下有益效果：
[0022]本发明中上述施工方法实现了海上风机基础结构的建造施工，且该施工方法中的部分工作是陆上完成的，特别是在陆上预制混凝土承台，并将过渡段塔筒的下端及连接件浇筑在混凝土承台中，从而降低了施工难度，缩短了现场施工的周期，并使得该施工方法更便于实施。
附图说明
[0023]图1为本发明中连接件与过渡段塔筒的连接结构示意图。[0024]图2为本发明中连接件与过渡段塔筒的连接结构俯视图。[0025]图3为本发明中连接件的第一视角立体图。[0026]图4为本发明中连接件的第二视角立体图。[0027]图5为本发明中过渡段塔筒、连接件、及混凝土承台的连接结构示意图。[0028]图6为本发明中过渡段塔筒、连接件、及混凝土承台的连接结构俯视图。[0029]图7为本发明中过渡段塔筒、连接件、混凝土承台、及钢管桩的连接结构示意图。[0030]图8为本发明中过渡段塔筒、连接件、混凝土承台、及钢管桩的连接结构俯视图。[0031]图9为本发明中海上风机基础结构的立体图。[0032]图10为本发明中钢管桩的分布示意图。[0033]元件标号说明[0034]1 过渡段塔筒[0035]2 连接件[0036]21 第一连接板[0037]22 第二连接板[0038]23 第一加强板[0039]24 第二加强板[0040]25 第三加强板[0041]26 定位槽[0042]3 混凝土承台[0043]31 桩孔
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说 明 书
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4 钢管桩
具体实施方式
[0045]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。[0046]须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。[0047]如图1至图10所示，本发明提供一种海上风机基础结构，包括沿上下方向延伸的过渡段塔筒1、与过渡段塔筒1的下端固接的连接件2、预留有桩孔31的混凝土承台3、及沿上下方向延伸的钢管桩4，钢管桩4的上端嵌在桩孔31中，过渡段塔筒1的下端及连接件2浇筑在混凝土承台3中，连接件2包括第一连接部和与第一连接部固接的第二连接部，第一连接部与过渡段塔筒1的下端固接，第二连接部与钢管桩4的上端固接，且第二连接部位于桩孔31中，桩孔31中浇筑有混凝土。本发明中海上风机基础结构，基于其采用的上述结构设计，使得其能通过以下施工方法获得：先在陆上制作好预留有桩孔31的混凝土承台3，且过渡段塔筒1的下端及连接件2浇筑在混凝土承台3中，连接件2的第二连接部位于桩孔31中，再将混凝土承台3安装到预先打入土层的钢管桩4上，且钢管桩4的上端嵌在桩孔31中，随后，将第二连接部与钢管桩4的上端进行固定连接，并在桩孔31中浇筑混凝土，从而利用连接件2及混凝土承台3实现过渡段塔筒1与钢管桩4间的连接，并实现海上风机基础结构的施工，且此种施工方法的部分工作是在陆上完成的，使得其更便于实施，进而保证本海上风机基础结构更便于建造施工。[0048]同时，如图1至图10所示，本发明提供一种上述海上风机基础结构的施工方法，包括如下步骤：[0049]S1、在陆上制作好预留有桩孔31的混凝土承台3，且过渡段塔筒1的下端及连接件2浇筑在混凝土承台3中，连接件2的第二连接部位于桩孔31中；[0050]S2、在设定位置打入钢管桩4；[0051]S3、将制作好的混凝土承台3安装到钢管桩4上，且钢管桩4的上端嵌在桩孔31中；[0052]S4、将第二连接部与钢管桩4的上端进行固定连接；[0053]S5、在桩孔31中浇筑混凝土。
[0054]本发明中上述施工方法实现了海上风机基础结构的建造施工，且该施工方法中的部分工作是陆上完成的，特别是在陆上预制混凝土承台3，并将过渡段塔筒1的下端及连接件2浇筑在混凝土承台3中，从而降低了施工难度，缩短了现场施工的周期，并使得该施工方法更便于实施。
[0055]如图1至图6所示，本实施例中连接件2包括第一连接板21和两个分别位于第一连接板21两侧的第二连接板22，第一连接板21的一端构成上述第一连接部，第二连接板22与
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第一连接板21的另一端固接，且第二连接板22与第一连接板21相垂直，第一连接板21的另一端及两个第二连接板22构成上述第二连接部。本实施例中第二连接部从俯视角度看呈十字形，此种结构的第二连接部能保证其与钢管桩4具有良好的连接关系，并保证其与现场浇筑的混凝土及预先制成的混凝土承台3具有良好的连接关系，进而保证过渡段塔筒1、混凝土承台3、及钢管桩4间的连接强度更高。[0056]如图3和图4所示，本实施例中第一连接板21的上端与第一加强板23固接，第一连接板21的下端与第二加强板24固接，且第二连接板22的上端与第三加强板25固接。本实施例利用上述第一加强板23、第二加强板24、及第三加强板25有效增强了连接件2自身的强度，进而增强了连接件2、过渡段塔筒1、混凝土承台3、及钢管桩4间的连接强度，并增强本海上风机基础结构的整体强度更高。
[0057]本实施例中第一连接板21与第二连接板22焊接，且第一加强板23及第二加强板24均与第一连接板21焊接，第三加强板25与第二连接板22焊接。同时，本实施例中第一连接部与过渡段塔筒1焊接，第二连接部与钢管桩4焊接。上述步骤S1中在陆上将过渡段塔筒1与连接件2焊接成一体，并在陆上将过渡段塔筒1的下端和连接件2浇筑到混凝土承台3内。且上述步骤S1中，过渡段塔筒1具体与第一连接板21的一端焊接。上述步骤S4中采用焊接的方式实现第二连接部与钢管桩4的上端的固定连接。而在另一种实施例中第二连接部与钢管桩4通过螺栓进行连接。且本实施例的步骤S4中，钢管桩4具体与第一连接板21的另一端及两个第二连接板22焊接。
[0058]如图3和图4所示，本实施例中第二连接部上设有定位槽26，钢管桩4的上端嵌在定位槽26中。上述步骤S3中，在钢管桩4的上端嵌入桩孔31过程中，需使钢管桩4的上端嵌在定位槽26中，以利用定位槽26与钢管桩4的配合关系，保证钢管桩4与连接件2的设定位置相连接，即便于连接件2与钢管桩4间的定位，并保证两者间具有良好的、有效的连接关系。[0059]如图3和图4所示，本实施例中第二连接部上设有多个所述定位槽26，且全部定位槽26沿钢管桩4的周向均匀分布。本实施例中第二连接部上具体设有4个定位槽26，4个定位槽26沿钢管桩4的周向均匀分布；且每个第二连接板22上具有一个定位槽26，第一连接板21上具有2个间隔分布的定位槽26，上述步骤S3中，钢管桩4的上端同时嵌在4个定位槽26中，该4个定位槽26能对钢管桩4起到一定的固定连接作用。[0060]如图1和图2所示，本实施例中连接件2有多个，且全部连接件2沿过渡段塔筒1的周向均匀分布，以利用多个连接件2增强过渡段塔筒1、混凝土承台3、及钢管桩4间的连接强度，并保证本海上风机基础结构的整体强度更高。且本实施例中连接件2具体有6个，6个连接件2沿过渡段塔筒1的周向均匀分布。[0061]本实施例上述步骤S1中，通过在陆上预先制作好内部含有上述连接件2和过渡段塔筒1的混凝土承台3，且该混凝土承台3需根据钢管桩4的数量和尺寸预留桩孔31，从而减少后续在海上施工的工作量，降低施工难度。如图7至图10所示，本实施例中上述钢管桩4有6个，因此上述步骤S1中，在陆上加工出的混凝土承台3预留的桩孔31数量有6个，且上述6个连接件2的第二连接部分别露出在6个桩孔31中，以便于后续分别与6个钢管桩4进行连接。另外，上述步骤S5中，在桩孔31中浇筑填满混凝土，以保证混凝土承台3表面平整，并完成整个海上风机基础结构的施工；过渡段塔筒1的上端可以安装风电机组。[0062]本实施例中海上风机基础结构的施工方法，其一部分施工是在陆上预先完成的，
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包括上述步骤S1中，将过渡段塔筒1的下端及连接件2浇筑在混凝土承台3中；而另一部分施工是在海上完成的，包括上述步骤S2中在海床的土层中的设定位置打入钢管桩4，及上述步骤S3至S5，实现钢管桩4与混凝土承台3及连接件2间的装配，以形成一个完整的结构；本实施例中海上风机基础结构为一种陆上预制-海上装配式混凝土承台风机基础，属于海洋工程领域。
[0063]上述过渡段塔筒1的上端用于安装风电机组；本海上风机基础结构可适用于大容量风电机组，减少了其建造时所需在海上作业时间，并降低了工程造价，且安装便利。上述过渡段塔筒1和连接件2在陆上完成焊接；连接件2的尺寸和型式根据环境荷载和外部设备确定，设置连接件2用于提高本基础结构刚度，抵抗大风机荷载。上述混凝土承台3在陆上根据过渡段塔筒1、连接件2和钢管桩4的尺寸完成预制，并在与钢管桩4设计对应位置预留桩孔31；且混凝土承台3尺寸还需根据环境荷载和外部设备确定；桩孔31的尺寸大小应考虑施工的便利性和可行性，且桩孔31的直径需大于钢管桩4的直径。并在陆上将过渡段塔筒1和连接件2预制在混凝土承台3中。上述步骤S2中，根据设计要求，将6根钢管桩4分别打入海床的土层中。待上述预制的混凝土承台3的强度达到设计强度后，再在上述步骤S3中，根据预留的6个桩孔31分别与6个钢管桩4相对应原则，将预制好的混凝土承台3吊装到钢管桩4上，从而保证6个钢管桩4能分别嵌在6个桩孔31中，且位于桩孔31中的第二连接部能与钢管桩4的上端紧紧接触，以利用钢管桩4在施工期间对整个混凝土承台3起到支撑作用。[0064]本发明在保证海上风机基础结构安全的情况下，通过尽可能将海上工作转移到陆上工作来降低基础工程造价，即先在陆上完成大部分基础承台预制工作，再在海上完成组装。本发明海上风机基础结构适用性好，并能适用于风机荷载较大的风电机组。本发明海上风机基础结构及其施工方法，经济性好，极大缩短了海上作业时间，包括混凝土的浇筑、钢筋绑扎、以及焊接工作量。且本海上风机基础结构操作性好，易于在海上安装。[0065]上述过渡段塔筒1和钢管桩4通过连接件2有效连接起来，可以提高整个基础结构的刚度，有助于适应未来海上大容量风机的发展趋势。过渡段塔筒1和连接件2的焊接工作转移到陆上进行，有助于缩短海上作业时间，也有助于提高焊接质量；混凝土承台3的主体浇筑工作在陆上进行，可以有效降低海上作业时间，以及降低对混凝土搅拌船吨位的要求和船舶数量的要求。上述钢管桩4可以采用斜桩，也可以采用直桩。混凝土承台3预留桩孔31的数量需根据环境荷载和风机荷载确定，连接件2的设计与预留桩孔31的数量和钢管桩4的数量应匹配。
[0066]综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。[0067]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
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