适用于漂浮式风机的锚固基础及其施工方法与流程

本发明属于海上风电基础技术领域，涉及一种适用于漂浮式风机的锚固基础及其施工方法。

背景技术：

我国在近几十年内加快了社会发展，尤其是在能源利用方面发生了翻天覆地的改变。近30年来随着对油气资源需求的增加，油气开采已趋于饱和，且油气等化石能源的燃烧所产生的有害气体会对人类生存环境造成一定危害。新世纪以来，清洁的风能资源逐渐成为新能源开发的焦点。

海上风电相较陆上风电来说更为稳定、距离沿海用电集中地近，年利用时长更长。目前的海上风电基础主要为浅海区域的固定式结构，但随着可供开发的近海风电资源越来越少，风电场逐渐向深海区域发展。在水深50m以上的海域，固定式基础的施工难度大、成本过高，浮式风机是一种更优的选择。漂浮式风机的原理简单，将风电机组安装在漂浮式平台，并通过多根锚索固定在海底锚固基础上。海上浮式风机的底部支撑平台型式常见的有三种：半潜式、立柱式（spar）和张力腿式。半潜式平台底部具有分布式的浮筒结构，可以在风机倾斜时产生抵抗平台运动的回复力矩，其适用水深范围较广。立柱式（spar）平台的重心设计远低于浮心，平台倾斜时重心和浮心之间可以产生回复力偶，适用的水深通常大于100m。张力腿式平台类似于“上下紧绷”的结构，垂直向下的系泊张力平衡浮体向上的浮力，但其安装过程较为复杂、造价较高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于漂浮式风机的锚固基础及其施工方法，结构简单，采用在防沉板下部设置法兰，法兰与防沉板和螺旋锚连接，锚链组件与防沉板上侧面连接固定，多个螺旋锚呈三角形布设，锚链组件连接的锚索朝上向三角形中心延伸与平台连接，施工过程简单，施工效率高，便于组装和运输，成本低，操作简单方便。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种适用于漂浮式风机的锚固基础，它包括防沉板、法兰、螺旋锚和锚链组件；所述螺旋锚的上端与法兰的下侧连接，法兰与防沉板连接，锚链组件与防沉板连接；位于螺旋锚上的螺旋片为多个；多个螺旋锚呈三角形布设，锚链组件连接的锚索朝上向三角形中心延伸。

所述防沉板为中空的箱型结构，箱体盖板中心设置多个呈环形凸起的螺柱，箱体内部设置填充物。

所述法兰的上侧面呈环形分布多个安装孔，螺栓与安装孔和防沉板连接。

所述螺旋锚的螺旋片位于锚杆的轴线方向不等间距分布。

所述锚链组件包括与固定板连接的锚环，以及与锚环连接的锚索，位于锚环外设置多个环形布设的固定孔。

如上所述的适用于漂浮式风机的锚固基础的施工方法，它包如下步骤：

s1,锚固，采用螺旋钻机将螺旋锚贯入指定位置的海床中；贯入时，螺旋锚上端的法兰上表面在泥面以上，法兰下表面与土体接触；

s2,安装防沉板，采用起吊设备将防沉板吊入指定的螺旋锚上，防沉板底部的连接孔与法兰上的安装孔相互对应，螺栓穿过连接孔和安装孔将法兰和防沉板连接成一个整体；

s3,安装锚链组件，将锚链组件的固定板上的固定孔套入防沉板上的螺柱，固定板底部与防沉板盖板上侧面接触，采用螺母与螺柱配合锁紧固定板。

本发明将螺旋锚和防沉板基础进行合理的组合，很大程度地提升了螺旋锚的稳定性以及对应的抗拔承载性能。该锚固基础为装配式结构，便于调节、灵活度高、安装成本低、使用方便，螺旋锚、防沉板和锚链组件根据海洋环境和地质条件灵活地调节尺寸、材料和位置，螺旋锚、防沉板和锚链组件三者间的安装主要通过螺栓和螺母来进行固定。对螺旋锚和防沉板的材料和形状要求低，加工难度低，运输方便，批量生产、运输和安装，是一种可以模块化生产、制作及安装，费用低廉、运输灵活、承载能力优越的新型锚固基础。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明法兰与螺旋锚连接的结构示意图。

图3为本发明螺旋锚的结构示意图。

图4为本发明锚链组件的内部结构示意图。

图5为本发明防沉板和锚链组件连接的结构示意图。

图6为本发明的使用状态图。

图中：防沉板1，螺柱11，法兰2，螺栓21，螺旋锚3，螺旋片31，锚杆32，锚链组件4，固定板41，锚环42，锚索43，固定孔44。

具体实施方式

如图1~图6中，一种适用于漂浮式风机的锚固基础，它包括防沉板1、法兰2、螺旋锚3和锚链组件4；所述螺旋锚3的上端与法兰2的下侧连接，法兰2与防沉板1连接，锚链组件4与防沉板1连接；位于螺旋锚3上的螺旋片为多个；多个螺旋锚3呈三角形布设，锚链组件4连接的锚索43朝上向三角形中心延伸。

优选地，螺旋锚基础相对于其他基础型式来说，具有安装快速、抗拔性能强、便于回收重利用的优点。

优选地，普通的螺旋锚贯入土体需要施加较大的扭矩才能实现，而逆向旋转出土面所需的扭矩只有贯入时的几十分之一，甚至更小，若将单个螺旋锚基础作为浮式平台底部的锚固基础，极有可能反方向旋转出土面，造成基础松动，致使基础承载力大幅下降，造成上部结构倾覆、损坏，引发工程事故，通过在螺旋锚上部施加压力防止该情况的产生。

优选地，防沉板基础由于板面积较大，在其上部添加抛石，从而便捷的增大其上部压力，将螺旋锚与防沉板基础连接不仅避免螺旋锚旋转出土面，同时，进一步增大锚固基础的抗拔承载性能；此外，防沉板基础易于生产和运输，也是该锚固基础的优势。

优选地，该种基础有效抵抗不同海域的复杂风浪流荷载，同时大幅降低浮式风机的生产、安装和回收成本。

优选的方案中，所述防沉板1为中空的箱型结构，箱体盖板中心设置多个呈环形凸起的螺柱11，箱体内部设置填充物。

优选地，螺旋锚、防沉板尺寸根据实际承载情况进行调整，防沉板内部设为中空型式，便于放置落石、碎砂以及其他工业废料用于增大防沉板重量，在节省材料生产成本的同时，大大提升其抗拔承载性能。

优选地，螺杆数、螺栓打孔数及用于连接的螺栓个数根据实际需求进行调整。

优选的方案中，所述法兰2的上侧面呈环形分布多个安装孔，螺栓21与安装孔和防沉板1连接。

优选的方案中，所述螺旋锚3的螺旋片31位于锚杆32的轴线方向不等间距分布。

优选地，螺旋片31与锚杆通过焊接相结合，螺旋片31贯入土体的深度根据抗拔承载力需求确定，所需抗拔承载力越高，锚片安装深度越深，对应锚片的面积越大。

优选地，一个螺旋锚上设置有多个螺旋片31，具体数量根据实际承载力要求确定，螺旋片31为单叶片。

优选地，为了充分发挥每个锚片的承载性能，减小相互影响，相邻螺旋片31间距设置为6倍锚片直径以上，具体间距视地质条件而定。

优选的方案中，所述锚链组件4包括与固定板41连接的锚环42，以及与锚环42连接的锚索43，位于锚环42外设置多个环形布设的固定孔44。

优选地，法兰上部凸出的螺栓穿过防沉板及固定板41对固定孔44，再采用螺母将三者紧密固定。

优选地，防沉板与螺旋锚组合，效地防止螺旋锚松动；同时螺旋锚提供的抗拔承载力能使防沉板更加稳定，两者互相协作。不仅如此，在相同用钢量下，二者复合的基础结构承载性能更为优越。螺旋锚和防沉板均可模块化批量生产，防沉板作为常见的板状基础结构，其形状可为方形、矩形或圆形，加工难度低，生产过程简易。

优选地，螺旋锚-防沉板锚固基础的运输和安装按部件分块进行，各部件运输安装难度低。确定漂浮式平台的选址后，将同一个浮式平台下的多个防沉板和螺旋锚运输至指定位置，然后采用钻机将螺旋锚贯入指定深度。固基础也便于回收，在拆除完回收时采用相似的流程分块回收，方便浮式平台的重新选址，减少移动平台的成本。

优选地，螺旋锚-防沉板锚固基础采用模块化生产，根据需要选择对应的部件和部件数量，相应的运输施工过程简便，将每个部件分块运输到指定位置后，先采用螺旋钻机将螺旋锚贯入土体内部，保证螺旋锚法兰上表面在泥面以上，使法兰下表面与土体接触，待螺旋锚安装完成后，将防沉板基础按照对应的孔位与法兰上的螺栓相连接，使得基础与海床土充分接触，用螺栓和螺母将螺旋锚和防沉板固定住。完成两者的连接之后，再安装锚链组件4。锚链组件4上布置有两个锚环42，用来连接螺旋锚-防沉板锚固基础和浮式平台，锚索43通过锚环42与锚固基础完成连接。

优选的方案中，如上所述的适用于漂浮式风机的锚固基础的施工方法，它包如下步骤：

s1,锚固，采用螺旋钻机将螺旋锚3贯入指定位置的海床中；贯入时，螺旋锚3上端的法兰2上表面在泥面以上，法兰2下表面与土体接触；

s2,安装防沉板，采用起吊设备将防沉板1吊入指定的螺旋锚3上，防沉板1底部的连接孔与法兰2上的安装孔相互对应，螺栓21穿过连接孔和安装孔将法兰2和防沉板1连接成一个整体；

s3,安装锚链组件，将锚链组件4的固定板41上的固定孔44套入防沉板1上的螺柱11，固定板41底部与防沉板1盖板上侧面接触，采用螺母与螺柱11配合锁紧固定板41。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。