一种海上风电筒型基础和气囊灌浆施工方法与流程

1.本发明属于海上风电基础技术领域，具体的说，是涉及一种海上风电筒型基础及其施工方法。


背景技术：

2.海上风电具有风功率大、风资源稳定且发电能就近消耗等特点，近年来海上风电得到广泛发展。2013
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2017年，我国海上风电机新增容量和累计容量呈逐渐扩大的趋势。2017年，新增装机319台，新增装机容量达到116万千瓦，同比增长96.5％，累计装机达到279万千瓦。目前海上风电的设计使用寿命为20年左右，服役期结束后应对风电基础进行拆除升级或者恢复生态工作。
3.海上风电场的拆除施工及拆除工作产生的费用越来越引起重视。通常海上风电筒型基础在安装时采用负压下沉的方式，但在负压下沉到一定程度后筒型基础与地基土之间会留有无法避免的空隙，最常见的处理方式就是灌浆填充，但这为日后的基础回收和拆除留下了较大隐患，使得拆除回收难度系数大甚至无法拆除回收，可见海上风机结构在服役期结束后的回收经济性问题需要迫切解决。


技术实现要素：

4.本发明要解决的是海上风电筒型基础安装回收的相关技术问题，提供了一种海上风电筒型基础和气囊灌浆施工方法，能有效减少工程投入，综合造价低，且筒型基础投入使用后应力分布合理，承载能力强，结构稳定性提高；更重要的是能够使筒型基础顺利回收，大幅降低制造和回收成本，实现对海洋环境的恢复，促进海上风电的可持续发展。
5.为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
6.根据本发明的一个方面，提供了一种海上风电筒型基础，所述筒型基础的顶板密封连接有灌浆通道、返浆通道、通气/水通道；
7.所述筒型基础内部设置有填充气囊，所述填充气囊与所述灌浆通道、所述返浆通道均相连通且密封连接；所述填充气囊用于在所述筒型基础负压下沉到极限位置后，通过所述灌浆通道和所述返浆通道进行灌浆；
8.所述通气/水通道与所述筒型基础和所述填充气囊之间的空间相连通，所述通气/水通道用于在所述筒型基础回收时对所述筒型基础内部增压实现所述筒型基础上浮。
9.进一步地，所述灌浆通道、所述返浆通道底部与所述筒型基础的顶板底面齐平，顶部高于所述筒型基础的顶板表面0.1
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0.3m。
10.进一步地，所述通气/水通道在所述筒型基础的顶板以下部分的长度为1
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2.5m。
11.进一步地，所述筒型基础的顶板还密封连接有备用通道，所述备用通道的设置与所述通气/水通道相同，用于在所述通气/水通道发生损坏的情况下代替使用。
12.根据本发明的另一个方面，提供了一种基于上述海上风电筒型基础的气囊灌浆施工方法，其特征在于，所述筒型基础负压下沉到极限位置后，在打开所述通气/水通道的状
态下，通过所述灌浆通道和所述返浆通道对所述填充气囊内部灌浆，直至将所述筒型基础与地基土之间空隙填充满。
13.进一步地，在灌浆过程中，先封闭所述返浆通道，通过所述灌浆通道对所述填充气囊打气，直至所述筒型基础与地基土之间的空隙被打气后的所述填充气囊填满；再将所述灌浆通道和所述返浆通道与灌浆设备连接，对所述填充气囊内部进行气浆置换直至所述返浆通道溢出灌浆，封闭所述灌浆通道、所述返浆通道、所述通气/水通道。
14.进一步地，利用所述通气/水通道向所述筒型基础内部增压实现所述筒型基础的上浮回收。
15.更进一步地，利用所述通气/水通道向所述筒型基础内部增压之前，通过所述返浆通道将所述填充气囊内部填充物排出，使所述填充气囊与所述筒型基础一同回收。
16.更进一步地，利用所述通气/水通道向所述筒型基础内部增压之前，断开所述填充气囊与所述灌浆通道、所述返浆通道之间的连接，所述筒型基础的上浮回收过程中所述填充气囊现场丢弃。
17.进一步地，在所述筒型基础入水后发现所述筒型基础不符合气密性要求使，通过所述灌浆通道向所述填充气囊进行充气使所述筒型基础能够漂浮在海面上，稳定漂浮后关闭所述灌浆通道，通过所述通气/水通道向所述筒型基础内部充气，查找所述筒型基础漏气位置并完成修缮工作，待所述筒型基础符合气密性要求之后，放掉所述填充气囊内部气体。
18.本发明的有益效果是：
19.本发明的海上风电筒型基础和气囊灌浆施工方法，通过填充气囊将筒型基础与地基土之间空隙的填充物进行包裹，避免了填充物与地基土之间发生相互渗透或者相互反应的可能，防止随着时间推移筒型基础与地基土之间重新出现空隙的情况发生，大大提高了筒型基础的稳定性。
20.本发明的海上风电筒型基础和气囊灌浆施工方法，填充气囊灌浆后内部填充物的重量能够垂直作用在筒型基础内部地基土上，对这部分地基土的压实产生一定帮助；并且气囊与筒型基础的灌浆通道与返浆通道的连接，也可对筒型基础产生部分向下作用力，相当于增加筒型基础的结构自重，同时使用过程中，填充气囊内部填充物可以为筒型基础提供较大的支座反力，在提高基础结构整体抗压抗滑抗倾覆的稳定性上也有较大的帮助。
21.本发明的海上风电筒型基础和气囊灌浆施工方法，在筒型基础需要回收时，填充气囊内部填充物能够很容易与筒型基础发生分离并舍弃，达到筒型基础百分之百可以被拆除回收的目的，回收后只需要简单的修缮就可继续重新投入使用，大幅降低筒型基础拆除和回收的难度系数，不仅不会造成资源的浪费，还大幅降低日后工程基础的制造成本，并且可操作性强，应用前景广阔。
附图说明
22.图1为本发明所提供海上风电筒型基础的俯视图；
23.图2为本发明所提供海上风电筒型基础的主视图；
24.图3为本发明所提供海上风电筒型基础的仰视图。
25.上述图中：1、灌浆通道，2、返浆通道，3、通气/水通道，4、备用通道，5、填充气囊，6、肋板，7、导管桩，8、筒型基础。
具体实施方式
26.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
27.如图1至图3所示，本发明提供了一种海上风电筒型基础，筒型基础为钢制，直径通常为10
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50m。筒型基础的顶板中心焊接有导管桩7，导管桩7的直径为2
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10m，用于承接筒型基础上部结构物，将上部结构物和筒型基础连接成一个整体，同时也起到了传递力和力矩的作用。导管桩7与筒型基础的顶板之间设置有4
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8个肋板6，4
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8个肋板6与导管桩7与筒型基础的顶板均有焊接；4
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8个肋板6在沿筒型基础的顶板径向均匀布置，肋板6厚度为0.1
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0.3m，增加导管桩7与筒型基础之间的牢靠性。
28.筒型基础的顶板上设置有四个直径均为0.3
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1.0m的预留孔，每个预留孔密封焊接有钢制导管，分别用于形成灌浆通道1、返浆通道2、通气/水通道3、备用通道4。筒型基础内部设置有填充气囊5，填充气囊5与灌浆通道1、返浆通道2相连通且形成密封连接。填充气囊5材料的壁厚以及延展性应该有足够的保障，这样能够避免填充气囊5破裂，导致筒型基础丧失回收能力。
29.灌浆通道1和返浆通道2用于对填充气囊5内部进行灌浆。作为一种优选的实施方式，灌浆通道1、返浆通道2的钢制导管位于筒型基础的顶板及顶板以上，长度一般在0.1
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0.3m范围内为宜，方便与灌浆设备进行连接。
30.通气/水通道3与筒型基础和填充气囊5之间的空间相连通，用于对筒型基础内部充气、充水，亦或放气、抽水，从而调节筒型基础的下沉安装和上浮回收状态。作为一种优选的实施方式，通气/水通道3的钢制导管长度在1.5
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3m范围内为宜，且筒型基础的顶板以下长度在1
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2.5m范围内为宜，这是因为该部分长度应尽量大于筒型基础负压下沉到极限位置后顶板与地基土之间空隙的距离，这样可以更好的起到将筒型基础通过压力顶起回收的作用；如果该部分长度过短，可能造成灌浆过程中填充气囊5将通气/水通道3堵死的情况发生。
31.在通气/水通道3正常使用状态下，备用通道4处于完全封闭的状态；在通气/水通道3发生损坏时，备用通道4能够替代通气/水通道3完成施工，此时将损坏的通气/水通道3完全封闭。备用通道4的长度设计与通气/水通道3完全相同。
32.在筒型基础负压下沉到极限位置后，采用通过灌浆通道1对填充气囊5内部灌浆的方式填充筒型基础与地基土之间的空隙，以增加筒型基础的稳定性。回收时则利用通气/水通道3向筒型基础内部增压的方式实现筒型基础的上浮回收，而填充气囊5排出填充物与筒型基础一同回收或者断开连接现场丢弃。
33.基于上述海上风电筒型基础的气囊灌浆施工方法，包括如下施工过程：
34.(1)按照前述海上风电筒型基础的结构在陆上预制筒型基础及其灌浆通道1、返浆通道2、通气/水通道3、备用通道4，并在筒型基础的顶板上焊接导管桩7与肋板6；
35.在筒型基础的内部安装好填充气囊5，使填充气囊5处于压缩状态，并保证灌浆通道1、返浆通道2与填充气囊5之间的相互连通和连接密封。
36.(2)将上述施工完成的筒型基础吊入水中，保持灌浆通道1、返浆通道2、通气/水通道3、备用通道4均处于关闭状态，检查筒型基础的气密性，根据拖航要求调节筒型基础吃水深度。
37.筒型基础下水后如果发生不符合气密性要求的情况，通过灌浆通道1向填充气囊5进行充气，能够使筒型基础能够稳定的漂浮在海面上，稳定漂浮后关闭灌浆通道1，通过通气/水通道3向筒型基础内部充气的方式查找筒型基础漏气位置并完成修缮工作，待筒型基础符合气密性要求之后，放掉填充气囊5内部气体。这样，避免了使用大型设备将筒型基础重新调回岸上的繁琐过程，既缩短了施工工期，又节约了施工成本。
38.(3)将筒型基础进行浮运拖航；
39.(4)筒型基础浮运拖航至到指定海域后，打开通气/水通道3进行排气，利用筒型基础自身重量进行自重下沉，直至筒型基础自重与土体阻力平衡而停止下沉；接着在通气/水通道3上连接水泵对筒型基础抽水进行负压下沉；
40.(5)筒型基础负压下沉到极限位置后，移除水泵并保持通气/水通道3的开放，采用通过灌浆通道1对填充气囊5内部灌浆的方式填充筒型基础与地基土之间的空隙，以增加筒型基础的稳定性。通过填充气囊5将筒型基础与地基土之间空隙的填充物进行包裹，避免了填充物与地基土之间发生相互渗透或者相互反应的可能，防止随着时间推移筒型基础与地基土之间重新出现空隙的情况发生，大大提高了筒型基础的稳定性。
41.在灌浆过程中，先封闭返浆通道2，通过灌浆通道1将填充气囊5打气，并实时查看充气设备的气压传感器。由于填充气囊5的弹性压力几乎是线性的，所以气压传感器所显示气压增长也是线性的，当打气过程中气压传感器的压力显示突然增大近乎指数增长时立即停止打气，说明此时筒型基础与地基土之间的空隙已经填满；打气完成后把灌浆通道1和返浆通道2同时与灌浆设备连接，进行气浆置换，直到返浆通道2有灌浆溢出，说明填充气囊5已经灌满浆，灌浆完成后对灌浆通道1、返浆通道2、通气/水通道3(或备用通道4)均进行封闭。上述先充气再进行气浆置换的措施，保证了填充气囊5内灌浆能够完全填满筒型基础与地基土之间空隙，相比直接灌浆填充气囊5更加有效，一步到位。
42.(6)回收时利用通气/水通道3向筒型基础内部增压的方式实现筒型基础的上浮回收，而对填充气囊5可以采用两种不同的处理方式：
43.一种处理方式是打开返浆通道2，将填充气囊5内部填充物尽量完全排出，减小上浮压力，再利用通气/水通道3向筒型基础内部增压的方式实现筒型基础的上浮回收，之后根据填充气囊5的功能完整性决定是否更换新的填充气囊5；
44.其中，填充气囊5内部填充物的排出过程为先可以利用填充气囊5的弹性排除部分填充物，剩余填充物可以利用吸力泵吸出。
45.另一种处理方式直接将填充气囊5与灌浆通道1、返浆通道2之间的连接断开，而后利用通气/水通道3向筒型基础内部增压，实现筒型基础的上浮回收，筒型基础的上浮回收过程中填充气囊5现场丢弃。
46.可见，向填充气囊5中灌浆可以避免填充物与筒型基础直接接触，避免填充物与筒型基础长时间接触后难以分离，或者填充物在经过较长时间后对筒型基础的筒壁造成破坏，以及在海水环境中发生反应、发生变质或着发生渗透等多种情况的发生，向填充气囊5中灌浆不仅均能够改善以上情况，而且也能够尽量使得填充物原样排出或者将填充物现场丢弃。
47.尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通
技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。