CN106812154A - 后装配式抗冰锥海上基础结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种后装配式抗冰锥海上基础结构及其安装方法，包括：筒形基础；抗冰锥组件包括：套筒，套筒的外壁上设有抗冰锥体，抗冰锥体的底面上设有若干个插接件，若干个插接件沿周向均匀布置；下部辅助支撑件，围绕筒形基础的外周侧面设置；下部辅助支撑件的顶面上设有若干个插孔，套筒套设于筒形基础的外部，每个插接件插入于插孔中，对筒形基础的外壁和套筒的内壁之间的空腔进行灌浆。本发明的抗冰锥组件独立于筒形基础之外，抗冰锥组件和筒形基础分别在陆域完成安装，筒形基础在海上沉桩施工后，抗冰锥组件和筒形基础再在海中进行组合安装；本发明有效避免了人员水下施工，大幅度降低了海上施工难度，保证了整个抗冰锥的抗冰效果。

Description

后装配式抗冰锥海上基础结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及海上风电场工程技术领域，特别是涉及一种后装配式抗冰锥海上基础结构及其安装方法。

背景技术

随着我国海上风力发电技术的发展，在海上风电场建设中，单桩基础应用越来越广泛，但是在我国北方海域，采用这类基础型式需要考虑到海冰的影响。

海冰是高纬度海域海洋结构物设计和安全运营的重要影响因素，海冰在与海洋结构物相互作用时总是要设计成海冰先遭到破坏，我国渤海和黄海北部每年都出现不同程度的冰冻，冰荷载是海洋工程结构设计的控制性荷载，目前我国北方海域重冰区大型钢结构建筑物抗冰的通行做法是在基础腿柱上的潮差段安装正、倒锥组合体，正、倒锥组合体简称为抗冰锥体，当冰排作用于锥体斜面时，冰排上产生径向和环向裂纹，冰排主要以弯曲模式破坏，故抗冰锥体有助于减小冰荷载和冰激振动，抗冰锥体已在重冰区的石油平台导管架上大量应用。然而，这类抗冰锥都是不规则体，运输存在困难，现场分片安装时重心难以把握，水下部分的连接也比较困难。

现在国内通行的做法是抗冰锥体事先安装在导管架桩腿套管上，随导管架体一起放入水中，这种做法即为“先装法”施工。对于海上风电单桩基础来说，尤其是无过渡段单桩基础，抗冰锥体如果采用“先装法”施工，在单桩基础沉桩施工时高达1500千焦以上的激振力反复作用在桩顶，抗冰锥体与桩体连接部位反复承受疲劳应力作用，在抗冰锥体自重和沉桩振动作用下，抗冰锥体与桩体连接部位很容易脱开，造成抗冰锥体失效。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种后装配式抗冰锥海上基础结构及其安装方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种后装配式抗冰锥海上基础结构，包括：筒形基础；抗冰锥组件包括：套筒，所述套筒上设有供所述筒形基础穿过的筒体孔部；所述套筒的外壁上设有抗冰锥体，所述抗冰锥体的底面上设有若干个插接件，若干个所述插接件围绕于所述抗冰锥体的底面所在圆环的圆心，且沿周向均匀布置；下部辅助支撑件，所述下部辅助支撑件为环型，且围绕所述筒形基础的外周侧面设置；所述下部辅助支撑件的顶面上设有若干个与所述插接件相应的插孔；当所述抗冰锥组件安装于所述筒形基础上时，套筒套设于所述筒形基础的外部，每个所述插接件插入于相应的所述插孔中，且对所述筒形基础的外壁和所述套筒的内壁之间的空腔进行灌浆。

优选地，所述后装配式抗冰锥海上基础结构还包括安装于所述抗冰锥组件顶部的上部辅助支撑件，所述上部辅助支撑件与所述筒形基础连接。

进一步地，所述上部辅助支撑件包括：上圈梁和上牛腿，所述上圈梁设置于所述抗冰锥组件的顶部，所述上圈梁上设有供所述筒形基础穿过的上圈孔；所述上牛腿设置于所述上圈梁的顶面上，所述上牛腿与所述筒形基础连接。

优选地，所述筒形基础的内壁上设有与所述空腔连通的壁部通孔。

优选地，所述下部辅助支撑件包括：下圈梁和下牛腿，所述下牛腿设置于所述筒形基础上，所述下圈梁设置于所述下牛腿的顶面上，且所述下圈梁的内侧面绕设于所述筒形基础上，若干个所述插孔设置于所述下圈梁上。

优选地，所述后装配式抗冰锥海上基础结构还包括：基础部止水件和与所述基础部止水件相应的组件部止水件；所述基础部止水件设置于所述筒形基础的外壁与所述下部辅助支撑件的顶面的连接处，且所述基础部止水件围绕于所述筒形基础的外壁；所述组件部止水件围绕所述套筒的内壁的下部设置；当抗冰锥组件安装于所述筒形基础上时，所述基础部止水件与所述组件部止水件接触，形成环型止水构件。

进一步地，所述基础部止水件包括竖直止水部和与所述竖直止水部连接的水平止水部，所述竖直止水部围绕所述筒形基础的外壁设置，所述水平止水部设置于所述下部辅助支撑件的顶面上；所述组件部止水件包括止水件本体和止水延伸体，所述止水件本体围绕所述套筒的内壁的下部设置，所述止水延伸体的一端与所述止水件本体连接，所述止水延伸体的另一端向着远离所述止水件本体方向延伸；当抗冰锥组件安装于所述筒形基础上时，所述止水件本体与所述水平止水部接触，所述止水延伸体的另一端与所述竖直止水部接触。

优选地，所述套筒的内壁的壁厚大于所述抗冰锥体的壳体的壁厚。

本发明还涉及一种所述后装配式抗冰锥海上基础结构的安装方法，包括以下步骤：

1)将筒形基础进行沉桩施工；

2)将抗冰锥组件的套筒套设于筒形基础的外部，且使每个插接件插入于相应的插孔中；

3)对所述筒形基础的外壁和所述套筒的内壁之间的空腔进行灌浆，使所述筒形基础与所述套筒固定连接。

优选地，在所述安装方法的步骤2)和步骤3)之间，将所述上部辅助支撑件与所述筒形基础连接。

如上所述，本发明的后装配式抗冰锥海上基础结构及其安装方法，具有以下有益效果：

(1)后装配式抗冰锥海上基础结构为后期整体安装，主要结构都在陆域环境完成，使得主要结构的加工质量可以得到有效保证；

(2)套筒和抗冰锥体事先在陆域组成抗冰锥组件，有效减少了现场吊装工作量，整个装置重心易于控制，可直接用吊机吊起安装，不需要人工水下操作，减少了潜水员的水下工作量，操作简便、灵活；

(3)“后装配式”的安装方法安装抗冰锥体，不影响筒形基础沉桩施工和筒形基础的法兰水平精度的控制，有效避免了施工干扰；

(4)抗冰锥组件安装到筒形基础上后，在抗冰锥组件与筒形基础之间形成的空腔内进行灌浆，有效增加抗冰锥组件与筒形基础的连接，整体受力好，保证了整个抗冰锥组件的抗冰效果；

(5)后装配式抗冰锥海上基础结构可轻松实现安装与拆除，既节约了工期，提高了施工效率，又降低了工程造价，具有良好的经济性。

附图说明

图1显示为本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构的剖面结构示意图。

图2显示为本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构的插接件插入插孔中的放大示意图。

附图标号说明

100 筒形基础

200 抗冰锥组件

210 套筒

220 抗冰锥体

230 插接件

300 下部辅助支撑件

310 插孔

320 下圈梁

330 下牛腿

400 空腔

500 上部辅助支撑件

510 上圈梁

520 上牛腿

600 基础部止水件

610 竖直止水部

620 水平止水部

700 组件部止水件

710 止水件本体

720 止水延伸体

具体实施方式

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。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、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得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，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。

如图1至图2所示，本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构包括：

筒形基础100；

抗冰锥组件200包括：套筒210，套筒210上设有供筒形基础100穿过的筒体孔部；套筒210的外壁上设有抗冰锥体220，抗冰锥体220的底面上设有若干个插接件230，若干个插接件230围绕于抗冰锥体220的底面所在圆环的圆心，且沿周向均匀布置；

下部辅助支撑件300，下部辅助支撑件300为环型，且围绕筒形基础100的外周侧面设置；下部辅助支撑件300的顶面上设有若干个与插接件230相应的插孔310，若干个插孔310围绕于下部辅助支撑件300的顶面所在圆环的圆心，且沿周向均匀布置；

当抗冰锥组件200安装于筒形基础100上时，套筒210套设于筒形基础100的外部，每个插接件230插入于相应的插孔310中，且对筒形基础100的外壁和套筒210的内壁之间的空腔400进行灌浆。

本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构，抗冰锥组件200安装于筒形基础100前，筒形基础100先进行沉桩施工，抗冰锥组件200独立于筒形基础100外，所以，抗冰锥组件200就不影响筒形基础100的沉桩施工；套筒210和抗冰锥体220事先在陆域组装成抗冰锥组件200，有效减少了现场吊装工作量，整个装置重心易于控制，可直接用吊机吊起安装，不需要人工水下操作，减少了潜水员的水下工作量，操作简便、灵活；由于抗冰锥组件200的组装在陆域上完成，大幅度降低了海上施工难度，保证了整个抗冰锥的抗冰效果。

抗冰锥组件200安装于筒形基础100时，将套筒210套设于筒形基础100的外部，每个插接件230插入于相应的插孔310中，再将筒形基础100的外壁和套筒210的内壁之间的空腔400通过灌浆连接，即可完成安装；本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构拆卸时，只要将连接处解开，再将灌浆连接的套筒210和筒形基础100相对转动，即可完成拆卸；本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构，可轻松实现安装与拆除，既节约了工期，提高了施工效率，又降低了工程造价，具有良好的经济性。

本实施例中，套筒210与抗冰锥体220的连接为焊接；下部辅助支撑件300与筒形基础100的连接为焊接，由于抗冰锥组件200和筒形基础100都在陆域环境焊接完成，所以焊接质量可以得到有效保证。本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构用于海上风电场。

本实施例中，抗冰锥组件200安装于筒形基础100时，同一水平截面上，筒形基础100的外径小于套筒210的内径。

为了使抗冰锥组件200的顶部能够与筒形基础100稳定地连接，后装配式抗冰锥海上基础结构还包括安装于抗冰锥组件200顶部的上部辅助支撑件500，上部辅助支撑件500与筒形基础100连接。

上部辅助支撑件500包括：上圈梁510和上牛腿520，上圈梁510设置于抗冰锥组件200的顶部，上圈梁510上设有供筒形基础100穿过的上圈孔；上牛腿520设置于上圈梁510的顶面上，上牛腿520与筒形基础100连接。上圈梁510起到支撑作用，上牛腿520与筒形基础100焊接，使得抗冰锥组件200的顶部固定安装在筒形基础100上。

为了便于对筒形基础100的外壁和套筒210的内壁之间的空腔400灌浆，筒形基础100的内壁上设有与空腔400连通的壁部通孔(图中未示)，浆液通过壁部通孔进入空腔400中。本实施例中，浆液为水泥浆，水泥浆一般为高强水泥浆。

下部辅助支撑件300包括：下圈梁320和下牛腿330，下牛腿330设置于筒形基础100上，下圈梁320设置于下牛腿330的顶面上，且下圈梁320的内侧面绕设于筒形基础100上，若干个插孔310设置于下圈梁320上。为了使下部辅助支撑件300能够稳定地支撑抗冰锥组件200，在陆域组装筒形基础100时，先将下牛腿330焊接在筒形基础100上，再将下圈梁320焊接在下牛腿330上，且下圈梁320的内侧面与筒形基础100焊接。

后装配式抗冰锥海上基础结构还包括：基础部止水件600和与基础部止水件600相应的组件部止水件700；基础部止水件600设置于筒形基础100的外壁与下部辅助支撑件300的顶面的连接处，且基础部止水件600围绕于筒形基础100的外壁；组件部止水件700围绕套筒210的内壁的下部设置；当抗冰锥组件200安装于筒形基础100上时，基础部止水件600与组件部止水件700接触，形成环型止水构件。环型止水构件的设置能够使得空腔400的底部形成环型密封圈，这就能够防止水从空腔400的底部进入空腔400中，同时防止空腔400中的浆液从空腔400的底部流出。

基础部止水件600包括竖直止水部610和与竖直止水部610连接的水平止水部620，竖直止水部610围绕筒形基础100的外壁设置，水平止水部620设置于下部辅助支撑件300的顶面上；组件部止水件700包括止水件本体710和止水延伸体720，止水件本体710围绕套筒210的内壁的下部设置，止水延伸体720的一端与止水件本体710连接，止水延伸体720的另一端向着远离止水件本体710方向延伸；当抗冰锥组件200安装于筒形基础100上时，止水件本体710与水平止水部620接触，止水延伸体720的另一端与竖直止水部610接触。

该结构使得基础部止水件600和组件部止水件700能够在竖直方向和水平方向均接触，实现了较好的密封效果。该结构能够保证在抗冰锥组件200的套筒210套设于筒形基础100的外部，且使每个插接件230插入于相应的插孔310中后，在空腔400的底部形成环型止水构件。本实施例中，基础部止水件600为L型橡胶止水件，组件部止水件700为P型橡胶止水件。

套筒210的内壁的壁厚d1大于抗冰锥体220的壳体的壁厚d2。该结构使得套筒210的刚度大于抗冰锥体220的壳体的刚度，则抗冰锥组件200不易变形。

本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构的安装方法，包括以下步骤：

1)将筒形基础100进行沉桩施工；

2)将抗冰锥组件200的套筒210套设于筒形基础100的外部，且使每个插接件230插入于相应的插孔310中；

3)对筒形基础100的外壁和套筒210的内壁之间的空腔400进行灌浆，使筒形基础100与套筒210固定连接。

本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构，抗冰锥组件200独立于筒形基础100之外，抗冰锥组件200和筒形基础100分别在陆域完成安装，筒形基础100在海上沉桩施工后，抗冰锥组件200和筒形基础100再在海中进行组合安装；使得本实施例的后装配式抗冰锥海上基础结构，结构简单，安装便捷，有效避免了人员水下施工，大幅度降低了海上施工难度，保证了整个抗冰锥组件200的抗冰效果。

为了使抗冰锥组件200的顶部能够与筒形基础100稳定地连接，安装方法的步骤2)和步骤3)之间，将上部辅助支撑件500与筒形基础100连接。

综上，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。

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。

Claims (10)

1.一种后装配式抗冰锥海上基础结构，其特征在于，包括：

筒形基础(100)；

抗冰锥组件(200)包括：套筒(210)，所述套筒(210)上设有供所述筒形基础(100)穿过的筒体孔部；所述套筒(210)的外壁上设有抗冰锥体(220)，所述抗冰锥体(220)的底面上设有若干个插接件(230)，若干个所述插接件(230)围绕于所述抗冰锥体(220)的底面所在圆环的圆心，且沿周向均匀布置；

下部辅助支撑件(300)，所述下部辅助支撑件(300)为环型，且围绕所述筒形基础(100)的外周侧面设置；所述下部辅助支撑件(300)的顶面上设有若干个与所述插接件(230)相应的插孔(310)；

当所述抗冰锥组件(200)安装于所述筒形基础(100)上时，套筒(210)套设于所述筒形基础(100)的外部，每个所述插接件(230)插入于相应的所述插孔(310)中，且对所述筒形基础(100)的外壁和所述套筒(210)的内壁之间的空腔(400)进行灌浆。

2.根据权利要求2所述的后装配式抗冰锥海上基础结构，其特征在于：还包括安装于所述抗冰锥组件(200)顶部的上部辅助支撑件(500)，所述上部辅助支撑件(500)与所述筒形基础(100)连接。

3.根据权利要求3所述的后装配式抗冰锥海上基础结构，其特征在于：所述上部辅助支撑件(500)包括：上圈梁(510)和上牛腿(520)，所述上圈梁(510)设置于所述抗冰锥组件(200)的顶部，所述上圈梁(510)上设有供所述筒形基础(100)穿过的上圈孔；所述上牛腿(520)设置于所述上圈梁(510)的顶面上，所述上牛腿(520)与所述筒形基础(100)连接。

4.根据权利要求1所述的后装配式抗冰锥海上基础结构，其特征在于：所述筒形基础(100)的内壁上设有与所述空腔(400)连通的壁部通孔。

5.根据权利要求1所述的后装配式抗冰锥海上基础结构，其特征在于：所述下部辅助支撑件(300)包括：下圈梁(320)和下牛腿(330)，所述下牛腿(330)设置于所述筒形基础(100)上，所述下圈梁(320)设置于所述下牛腿(330)的顶面上，且所述下圈梁(320)的内侧面绕设于所述筒形基础(100)上，若干个所述插孔(310)设置于所述下圈梁(320)上。

6.根据权利要求1所述的后装配式抗冰锥海上基础结构，其特征在于：还包括：基础部止水件(600)和与所述基础部止水件(600)相应的组件部止水件(700)；

所述基础部止水件(600)设置于所述筒形基础(100)的外壁与所述下部辅助支撑件(300)的顶面的连接处，且所述基础部止水件(600)围绕于所述筒形基础(100)的外壁；

所述组件部止水件(700)围绕所述套筒(210)的内壁的下部设置；

当抗冰锥组件(200)安装于所述筒形基础(100)上时，所述基础部止水件(600)与所述组件部止水件(700)接触，形成环型止水构件。

7.根据权利要求6所述的后装配式抗冰锥海上基础结构，其特征在于：

所述基础部止水件(600)包括竖直止水部(610)和与所述竖直止水部(610)连接的水平止水部(620)，所述竖直止水部(610)围绕所述筒形基础(100)的外壁设置，所述水平止水部(620)设置于所述下部辅助支撑件(300)的顶面上；

所述组件部止水件(700)包括止水件本体(710)和止水延伸体(720)，所述止水件本体(710)围绕所述套筒(210)的内壁的下部设置，所述止水延伸体(720)的一端与所述止水件本体(710)连接，所述止水延伸体(720)的另一端向着远离所述止水件本体(710)方向延伸；

当抗冰锥组件(200)安装于所述筒形基础(100)上时，所述止水件本体(710)与所述水平止水部(620)接触，所述止水延伸体(720)的另一端与所述竖直止水部(610)接触。

8.根据权利要求1所述的后装配式抗冰锥海上基础结构，其特征在于：所述套筒(210)的内壁的壁厚大于所述抗冰锥体(220)的壳体的壁厚。

9.一种权利要求1、4、6、7、8中任意一项所述的后装配式抗冰锥海上基础结构的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将筒形基础(100)进行沉桩施工；

2)将抗冰锥组件(200)的套筒(210)套设于筒形基础(100)的外部，且使每个插接件(230)插入于相应的插孔(310)中；

3)对所述筒形基础(100)的外壁和所述套筒(210)的内壁之间的空腔(400)进行灌浆，使所述筒形基础(100)与所述套筒(210)固定连接。

10.根据权利要求9所述的安装方法，其特征在于：所述的后装配式抗冰锥海上基础结构还包括安装于所述抗冰锥组件(200)顶部的上部辅助支撑件(500)；

在所述安装方法的步骤2)和步骤3)之间，将所述上部辅助支撑件(500)与所述筒形基础(100)连接。