海上风电分仓多边形筒型基础的制作方法

本发明涉及一种海上风电基础结构，具体涉及一种海上风电分仓多边形筒型基础。

背景技术：

基于我国近海区域较大部分是淤泥、粉质黏土等软弱地基条件，一般为满足地基承载力和基础变形要求，通常采用传统的桩基础如单桩基础和导管架基础，这两种基础形式需要大型吊装船和打桩船辅助施工，通过锤击打桩，桩穿透软弱土层进入较好的持力层，这种传统桩式基础造价较高且工期长。

随着海上风电机组单机容量的增大，采用传统单桩及导管架基础需要增大基础的尺寸和材料用量，且大直径单桩打桩受到施工设备的限制成为难以逾越的问题，针对这个问题，专利cn107761755a、专利cn106759445和专利cn102877478a公开了一种吸力式复合筒型基础，该筒型基础可采用负压下沉安装方式，避免了繁琐的打桩流程，筒型基础由于其受力特性和施工方法，适用于有一定承载力的黏土、砂土等土层。但该筒型基础仍存在以下弊端：(1)下部筒体采用薄壁钢板，在其上制造过渡段时为避免筒壁屈曲，在基础的制造、运输、安装、下沉期间均有一定风险；(2)过渡段和底板荷载传力方式复杂，无法充分运用筒基础下部结构承载；(3)外仓板过长在负压下沉过程中容易产生屈曲。

针对我国近海覆盖层较厚的冲积型软土地质条件及以上传统基础形式的弊端，提出了一种海上风电分仓多边形筒型基础，这种吸力筒基础解决了原有多边形筒型基础的筒壁与外仓板连接节点受力大易产生破坏问题，使外仓板达到最小长度，减小了钢材用量，增大了外仓板的刚度，解决了外仓板充气下沉时易屈曲问题。不仅兼有承载面积大、可负压下沉、安装便捷以及在位时稳定性佳等传统筒型基础的优点，且独有结构的在位强度和稳定性佳、筒壁与外仓板连接节点受力小、外仓板长度大量减小、下沉时筒体不会屈曲等优势，有益于减小基础尺寸，进一步降低基础造价，适用于淤泥、淤泥质土、粉土等软弱地基。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供一种海上风电分仓多边形筒型基础，该基础采用一步式整体安装工艺，经济性好，适用于淤泥、淤泥质土和粉土等软弱地基。

本发明采用的技术方案是：一种海上风电分仓多边形筒型基础，其特征在于：包括过渡段、多边形底板、底板梁系和多边形筒，所述过渡段为内部空腔结构，上端与塔筒对接，下端设有多边形筒；所述过渡段和多边形筒之间设有多边形底板和底板梁系；

所述多边形筒和多边形底板围合成一个上端封闭、下端开口的筒型空腔，所述多边形筒包括外筒壁、外仓板和内仓板，所述外仓板和内仓板设置在筒型空腔内，将筒型空腔沿轴线分割成多个分仓腔,所述分仓腔内均布满钢胎架；所述外筒壁和内仓板形状相同，截面均为多边形，所述外仓板相交于内仓板的中心，所述外仓板与外筒壁连接位置位于外筒壁各侧面的中线，且外筒壁各侧面垂直。多边形内仓板与多边形外筒壁对应方向相差一定角度而非简单的平行，解决了原有多边形筒型基础的筒壁与外仓板连接节点受力大易产生破坏问题，使外仓板达到最小长度，减小了钢材用量，增大了外仓板的刚度，解决了外仓板充气下沉时易屈曲问题。

钢胎架与外筒壁共同承受多边形底板和过渡段载荷，钢胎架改变了结构受力形式，保证筒体坐地施工时内外分仓板不接触地面，上部的结构的竖向荷载由外筒壁和钢胎架共同承担，防止了内外分仓板在建造、运输、下沉安装过程中受力过大产生屈曲。钢胎架和包钢外筒壁共同承担过渡段和底面包钢多边形混凝土底板及混凝土底板梁系的荷载，解决了原有多边形吸力筒施工中底板跨度过大无法加工的问题，增加了多边形钢筒的抗屈曲性能。

作为优选，所述外筒壁合围成截面为正多边形的混凝土结构，所述外筒壁内外侧各包一层钢板，其中混凝土厚度为100～500mm，钢板厚度为3～20mm，边数为4～12，边长为10～30m。

进一步的，所述多边形底板设置于多边形筒上端，为底面包钢的混凝土结构；所述多边形底板的外缘形状及大小与多边形筒的外筒壁一致。

作为优选，所述钢胎架壁厚5～80mm，钢胎架高度到达多边形底板，以达到结构的抗压性能和稳定性。胎架可以提高基础制造和运输过程中结构的稳定性，防止内外分仓板因壁厚过薄导致的屈曲。

作为优选，所述外仓板和内仓板采用100～500mm厚钢板拼接而成，所述外仓板和内仓板与钢胎架连接处采取坡口的形式，使用埋弧焊焊接在一起；所述钢胎架端与多边形底板采用钢筋锚固或预埋件连接。

作为优选，所述多边形底板上布置有底板梁系，所述底板梁系包括外缘环梁、内环梁、主梁和次梁，所述内环梁为圆形，与过渡段底部相连；多根所述主梁交于多边形底板的中心，所述主梁相交处设置有连接件，相邻所述主梁之间径向均匀加密设置有次梁；所述次梁相接于外缘环梁和内环梁之间，其延长线相交于多边形底板中心。

作为优选，所述外缘环梁、内环梁、主梁、次梁及连接件高度相同，均为0.2～3.0m；所述外缘环梁、内环梁和主梁的宽度为0.2～3.0m，所述连接件的直径为2～10m。

进一步的，所述内仓板在水平面上的投影需内接于内环梁在水平面上的投影。

作为优选，所述过渡段壁厚不小于0.5m。

作为优选，所述过渡段、多边形底板、底板梁系和多边形筒均采用现浇混凝土，并采用钢筋锚固或预埋件连接。

本发明取得的有益效果是：本发明解决了传统筒型基础钢筒壁易屈曲、筒壁与外仓板连接节点受力大、外仓板过长易屈曲、浮运时稳性不佳等弊端，适用于软弱黏土层较厚的海洋地质条件，不仅兼有承载面积大、可负压下沉、可一步式安装以及在位时稳定性佳等传统筒型基础的优点，且独有筒壁和外仓板不会屈曲、基础浮运重心低、稳性佳、模板与胎架制作方便、重复利用率高等优势，提高了基础下沉施工的稳定性，相比于同一场地的常规复合筒型基础可减少综合造价10％～25％，多边形内仓板与多边形外筒壁对应方向相差一定角度，解决了原有多边形筒型基础的筒壁与外仓板连接节点受力大易产生破坏问题，大大缩小了外仓板长度，减小外仓板充气下沉时易屈曲问题。适用于我国近海大部分具有软弱覆盖层的海域。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为多边形底板及底板梁系俯视图；

图3为多边形筒俯视图；

图4为外筒壁的结构示意图；

图5为内仓板与内环梁平面相对位置示意图；

附图标记：1、过渡段；2、底面包钢混凝土多边形底板；3、底板梁系3；31、外缘环梁；32、内环梁；33、主梁；34、次梁；35、连接件；4、多边形筒；41、外筒壁；411、外筒壁包钢；412、外筒壁混凝土；413、铆钉；44、钢胎架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-5所示，本发明的一种海上风电分仓多边形筒型基础，包括过渡段1、多边形底板2、底板梁系3和多边形筒4，其中：过渡段1为内部空腔结构，壁厚可自由选定，不宜小于0.5m，混凝土内布置钢筋增强其抗拉强度，上部开口直径可根据塔筒直径调整，使过渡段1能与塔筒对接；过渡段1下端设有多边形筒4，过渡段1和多边形筒4之间设有多边形底板2和底板梁系3。

结合图3所示，本实施例中，多边形筒型结构包括外筒壁41、外仓板42和内仓板43，多边形筒4和多边形底板2围合成一个上端封闭、下端开口的筒型空腔，外仓板42和内仓板43设置在筒型空腔内，将筒型空腔沿轴线分割成多个分仓腔,外仓板42和内仓板43分隔出的筒内空腔布满钢胎架44。外筒壁41合围成正六边形(截面为正六边形)结构，边长为18.5m，正六边形相对边距离为32.0m；多边形内分仓板43与多边形筒壁41对应方向相差一定角度使外仓板42垂直于外筒壁41，且同样合围成正六边形(截面为正六边形)结构，相邻内仓板的43连接线同与其对应的外筒壁41的连接线间设置有六块外仓板，两者共同将筒型空腔沿轴线分割成多个分仓腔，分仓内设有钢胎架44；多边形筒4高为16.0m，外筒壁包钢411内外面厚度均为10mm，外仓板42和内仓板43厚度为200mm；钢胎架44壁厚可依据工程情况而定，不宜小于15mm。

结合图4所示，多边形底板2设置于多边形筒4之上，其中，底板混凝土21厚度为0.5m，底板底面包钢22厚度为10mm。其外缘是与外筒壁41同样形状和大小的正六边形。多边形底板2上布置有底板梁系，由外缘环梁31、内环梁32、主梁33、次梁34以及连接件组成；其中，内环梁32为圆形，同上部过渡段1底部相连；3根主梁33交于多边形底板2的中心，主梁33相交处设置有连接件；相邻主梁之间径向均匀加密设置有2根次梁34，次梁相接与外缘环梁和内环梁之间，其延长线相交于多边形底板2中心；外缘环梁31、内环梁32、主梁33、次梁34及连接件35高度均为1.0m，内环梁32和主梁33的宽度为1.0m，外缘环梁31的宽度为0.2m，次梁34的宽度为0.5m，圆形连接件35的直径为6.0m。

多边形筒4的内仓板43合围成的正六边形在水平面上的投影需内接于多边形底板2上的圆形内环梁32中心线在水平面上的投影。

过渡段1为内部空腔结构，壁厚不小于0.5m，混凝土内布置钢筋增强其抗拉强度，上部与塔筒对接，下部与多边形底板2上的内环梁32相连。

过渡段1、多边形底板2、底板梁系3和多边形筒4均采用现浇混凝土，构件之间采用钢筋的锚固或预埋件连接，内外分仓板与钢胎架连接处采取坡口的形式，使用埋弧焊焊接在一起。外筒壁包钢411可作为外筒壁混凝土412的永久模板，包钢上可设置铆钉以增强钢-混凝土界面的抗剪能力，外筒壁包钢411、全钢分仓板42和43之间采用焊接连接。

基础下沉安装时角边对准主风向，可最大程度发挥结构的承载性能，有益于减小基础尺寸，提高经济性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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