本發(fā)明屬于海上風電基礎領域，具體的說，是涉及一種海上風電的組合式筒形基礎及其施工方法。

背景技術：

目前，在海上裝備工程如海上風電工程中，基礎結構通常包括：單樁、三腳架、導管架式基礎、重力基礎、負壓筒基和浮動平臺結構等幾種。這些基礎通常需要大型的設備進行運輸和安裝，造成在海域施工時費用很高，且上述基礎抵抗海底沖刷的能力有限。

近?；A結構常常面臨著往復海流的沖刷作用，沖刷對基礎結構承載力有著一定程度的影響。因此，如何改進常規(guī)的復合筒型基礎結構，使其具有更強的抗沖刷及抗傾覆能力，從而最大程度的發(fā)揮基礎結構的承載能力，保證基礎結構在運行期間的安全穩(wěn)定，是海洋基礎結構設計中的一個重要環(huán)節(jié)。

技術實現(xiàn)要素：

基于海上風電基礎結構的抗海底沖刷能力方面的要求，本發(fā)明提供了一種帶裙板的組合式筒型基礎及其施工方法，該基礎施工方便、成本低，可自浮拖航和負壓沉放，裙板的增加能夠增大基礎正常使用時的抗傾覆及抗沖刷能力，并且有效地提高基礎的下沉力，同時降低鋼制筒型基礎內部土塞發(fā)展。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過以下的技術方案予以實現(xiàn)：

一種帶裙板的組合式筒型基礎，包括鋼制筒型結構、鋼筋混凝土頂蓋、鋼筋混凝土過渡段；

所述鋼制筒型結構的頂蓋外緣擴出于所述鋼制筒型結構，所述鋼制筒型結構的頂蓋外緣焊接有由頂蓋向下延伸的鋼質裙板；所述鋼制筒型結構內部布置有多個分艙板，以使所述鋼制筒型結構與所述分艙板構成多個底部開口的密封分艙；

所述鋼筋混凝土頂蓋下部與所述鋼制筒型結構采用剪力釘連接；所述鋼筋混凝土頂蓋邊緣設置向上延伸的鋼筋混凝土裙板，所述鋼筋混凝土裙板與所述鋼筋混凝土頂蓋一次澆筑成型；所述鋼筋混凝土頂蓋布置有多個抽水管，包括對應于每個密封分艙的抽水管和對應于所述鋼質裙板與所述鋼制筒型結構筒壁之間的環(huán)形部分均布的抽水管；

所述鋼筋混凝土過渡段澆筑連接于所述鋼筋混凝土頂蓋上部。

優(yōu)選地，所述鋼制筒型結構的直徑為10～50m，壁厚為10～100mm；所述鋼制筒型結構的頂蓋直徑是底部環(huán)形筒壁直徑的1.2～2倍。

優(yōu)選地，所述鋼質裙板的高度為0.1～0.5倍的所述鋼制筒型結構的主筒筒壁高度。

優(yōu)選地，所述鋼制筒型結構與所述分艙板構成的密封分艙為蜂窩狀分艙結構，包括中心的一個正六邊形分艙和均勻設置于其周圍的六個相同的邊分艙；正六邊形分艙和邊分艙的邊長均等，為所述鋼制筒型結構直徑的0.25倍。

優(yōu)選地，所述分艙板的高度與所述筒型基礎筒壁相同，厚度與所述筒型基礎筒壁相同。

優(yōu)選地，所述鋼筋混凝土頂蓋的直徑與鋼制筒型結構的頂蓋直徑相同，為10～50m；厚度為0.2～0.6m。

優(yōu)選地，所述鋼筋混凝土裙板的高度為0.5～1.5m，厚度為0.2～0.5m。

優(yōu)選地，所述鋼筋混凝土過渡段的高度為5～10米，厚度為0.1～2m，頂面直徑小于等于底面直徑，并且壁面為弧形內凹曲面，曲面的曲率為1/60～1/10。

優(yōu)選地，所述鋼筋混凝土過渡段為預應力混凝土結構，其內部布置有預應力鋼筋，配筋率不小于0.3％，其預應力鋼筋的張拉應力不低于0.75倍的鋼筋屈服應力。

上述帶裙板的組合式筒型基礎的施工方法，按照如下步驟進行：

(1)將組裝好塔筒和風機的組合式筒型基礎移入水中，使其整體漂浮在水面上；

(2)將組合式筒型基礎浮運托航至指定施工地點，對施工地點的海床進行初步平整；

(3)打開所述鋼筋混凝土頂蓋上的所有抽水管，使組合式筒型基礎通過自重下沉至海床；

(4)自重下沉停止后通過對應于所述鋼制筒型結構的抽水管對所述鋼制筒型結構內部抽水，使組合式筒型基礎通過負壓下沉繼續(xù)下沉；

(5)負壓下沉至所述鋼質裙板底部進入海床時，再通過對應于所述鋼質裙板與所述鋼制筒型結構筒壁之間的抽水管輔助進行抽水，增加組合式筒型基礎的下沉力；

(6)組合式筒型基礎下沉就位后，在所述鋼筋混凝土裙板與所述鋼筋混凝土過渡段之間拋擲壓載石塊，整個結構施工完畢。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的帶裙板的組合式筒型基礎及其施工方法，該基礎結構簡單緊湊、施工便捷快速，下部鋼質裙板的增加有效提高了基礎的沉貫力，能夠降低基礎內部土塞高度的發(fā)展，上部鋼筋混凝土裙板在對其內部拋擲壓載石塊后，同時還能有效提高基礎的抗傾覆能力和抗沖刷能力，其安裝過程可自浮拖航和沉放，沉放過程不需要大型設備，具有造價低、施工效率高等特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的帶裙板的組合式筒型基礎的主視圖；

圖2是本發(fā)明所提供的帶裙板的組合式筒型基礎的仰視圖；

圖3是鋼制筒型結構的主視圖；

圖4是本發(fā)明所提供的帶裙板的組合式筒型基礎施工完成后的主視圖。

圖中：1、鋼筋混凝土過渡段；2、壓載石塊；3、鋼筋混凝土裙板；4、鋼筋混凝土頂蓋；5、鋼制裙板；6、抽水管；7、鋼制筒型結構；8、分艙板。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內容、特點及效果，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

如圖1至圖3所示，本實施例提供了一種帶裙板的組合式筒型基礎，主要由鋼筋混凝土過渡段1、鋼筋混凝土頂蓋4、鋼制筒型結構7三部分組成。

鋼制筒型結構7的直徑為10～50m，壁厚為10～100mm。鋼制筒型結構7的頂蓋外緣擴出于底部環(huán)形筒壁，鋼制筒型結構4的頂蓋直徑是底部環(huán)形筒壁直徑的1.2～2倍。鋼制筒型結構4的頂蓋外緣焊接有由頂蓋向下延伸的鋼質裙板3，鋼質裙板3高度為0.1～0.5倍的主筒高度，壁厚與鋼制筒型結構7的筒壁相同。

為了便于基礎沉放調平，鋼制筒型結構7內部布置有多個分艙板8，以使鋼制筒型結構7與分艙板8構成多個底部開口的密封分艙。優(yōu)選地，鋼制筒型結構7與分艙板8組成蜂窩狀分艙結構，包括中心的一個正六邊形分艙和均勻設置于其周圍的六個相同的邊分艙。正六邊形分艙和邊分艙的邊長均等，為鋼制筒型結構7直徑的0.25倍，如圖2所示。分艙結構中的七個分艙除底部開口外彼此密封完好，保證相互之間不串艙，并且每個分艙頂部分別預留設置有開關的管路，用于分別施加艙內負壓。分艙板8頂部與鋼制筒型結構7內頂壁焊接固定，分艙板8的高度與鋼制筒型結構7的主筒高度相同，厚度與鋼制筒型結構7的筒壁相同。

鋼筋混凝土頂蓋4的直徑為10～50m，其直徑與鋼制筒型結構4的頂蓋直徑相同。鋼筋混凝土頂蓋2的厚度選擇范圍在0.2～0.6m。在鋼筋混凝土頂蓋4邊緣設置向上延伸的鋼筋混凝土裙板3，其高度為0.5～1.5m，厚度為0.2～0.5m，鋼筋混凝土裙板3與鋼筋混凝土頂蓋2一次澆筑成型，且整體配筋率不小于0.3％。

鋼筋混凝土頂蓋4上部與鋼筋混凝土過渡段1澆筑連接，下部與鋼制筒型結構7采用剪力釘連接。鋼筋混凝土頂蓋4上布置有十三個抽水管6，其中對應于鋼制筒型結構4的七個分艙分別設置有一個，對應于鋼制筒型結構7筒壁與鋼質裙板3之間的環(huán)形部分均布有六個。抽水管5的直徑為20～200mm，對應于鋼制筒型結構4的抽水管5頂部穿出于鋼筋混凝土頂蓋4、底部延伸至鋼制筒型結構7內部，而對應于鋼制筒型結構7筒壁與鋼質裙板3之間的抽水管5頂部高于鋼筋混凝土裙板3、底部延伸至鋼制筒型結構7內部。

鋼筋混凝土過渡段1的具體結構不做限定，優(yōu)選采用曲面型的鋼筋混凝土過渡段1，其高度為5～10米，厚度為0.1～2m，頂面直徑小于等于底面直徑，并且壁面為弧形內凹曲面，曲面的曲率為1/60～1/10。鋼筋混凝土過渡段1為預應力混凝土結構，其內部布置有預應力鋼筋，配筋率不小于0.3％，其預應力鋼筋的張拉應力不低于0.75倍的鋼筋屈服應力。

本發(fā)明還提供了上述帶裙板的組合式筒型基礎的施工方法，按照如下步驟進行：

a.陸上預制鋼制筒型結構7，在鋼制筒型結構7內部焊接分艙板8，在鋼制筒型結構7的頂蓋外緣焊接鋼質裙板5；

b.在鋼制筒型結構7上部利用薄壁壓型鋼板作為鋼筋混凝土頂蓋4和鋼筋混凝土裙板3的模板并布置鋼筋，澆筑鋼筋混凝土頂蓋2和鋼筋混凝土裙板3，并在鋼筋混凝土頂蓋2預留與鋼筋混凝土過渡段1的連接鋼筋；

c.將鋼筋混凝土頂蓋4與鋼制筒型結構7用剪力釘連接，同時在鋼筋混凝土頂蓋4上安裝抽水管6，并對鋼筋混凝土頂蓋4與鋼制筒型結構7的組合結構進行氣密性試驗；

d.氣密性符合要求之后，布置鋼筋混凝土過渡段1的模板并綁扎鋼筋，進行鋼筋混凝土過渡段1的混凝土澆筑；

e.鋼筋混凝土過渡段1施工完成并達到設計強度要求后，再組裝好塔筒和風機；

f.利用吊車將組裝好塔筒和風機的組合式筒型基礎移入水中，由組合式筒型基礎自浮能力使其整體漂浮在水面上；

g.利用拖船將組合式筒型基礎拖至指定施工地點，同時對施工地點的海床進行初步平整；

h.打開鋼筋混凝土頂蓋4上的所有抽水管6，使組合式筒型基礎通過自重下沉至海床；自重下沉停止后通過對應于鋼制筒型結構7的抽水管6抽出鋼制筒型結構7內多余的水，借助水體的抽出實現(xiàn)鋼制筒型結構7內產生負壓即負壓下沉過程；

下沉過程中應使鋼筋混凝土頂蓋4與海床平面保持水平，若組合式筒型基礎出現(xiàn)傾斜時，通過饋控系統(tǒng)對各分艙施加不同的艙內壓力進行調平；

i.負壓下沉至鋼質裙板5底部進入海床時，再增加通過對應于鋼制筒型結構7筒壁與鋼質裙板3之間的抽水管5進行抽水，增加組合式筒型基礎的下沉力；

j.組合式筒型基礎下沉就位后，在鋼筋混凝土裙板3與鋼筋混凝土過渡段1之間拋擲壓載石塊2，整個結構施工完畢，如圖4所示。

盡管上面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。