一种利用锚索作反力的海上风力发电桩基及其施工方法与流程

1.本发明属于桩基施工领域，涉及一种海上风力发电桩基，特别一种利用锚索作反力的海上风力发电桩基及其施工方法。


背景技术：

2.常规海上风力发电基础多数采用单桩基础，利用钢导管进行水下基础施工，施工时需要清除施工位置的淤泥层，将混凝土找平层浇筑在水底的岩层上，而后在混凝土找平层上进行后续塔架或者筒身的施工，如果遇到较厚的淤泥层，清淤十分困难，无法进行发电基础施工。
3.另外现代海上风力涡轮机的塔架和地基太大，以致无法在公路或铁路上运输，而现有的一次性现场施工方法过于昂贵，并且对于大量制造桩基和塔架而言效率低，尤其是港口堆场的空间又非常紧张，长期占用港口堆场进行桩基和底座生产施工难以协调。且目前风力涡轮机塔架多使用钢材搭建，钢材的成本远高于混凝土，进一步导致了施工成本的增加。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有海上风力发电基础施工需要进行水底清淤至岩层，遇到较厚的淤泥层时清淤困难，无法施工的问题，提供一种利用锚索作反力的海上风力发电桩基及其施工方法，利用锚索反力来固定海上风力发电基础，无需清除海底大量淤泥就能为海上风力涡轮机提供足够的锚固力，大大减少了施工成本，提高施工效率。另外，本发明的风力涡轮机塔架使用3d打印的混凝土筒身结构，可以大大降低桩基和塔架的施工成本。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用锚索作反力的海上风力发电桩基，从下到上依次包括锚索、水下混凝土找平层以及混凝土筒身，所述水下混凝土找平层下方为淤泥层和岩层，所述锚索在水下混凝土找平层平面上均匀分布若干根，锚索下端锚入岩层深度10～30米，锚索上端穿过淤泥层以及水下混凝土找平层，锚索上端露出于水下混凝土找平层上表面；所述混凝土筒身在水下混凝土找平层上居中浇筑，混凝土筒身下端环周设置斜拉索，斜拉索的下端与锚索上端固定。
6.本结构适用于水深不超过15～25m的情况，适用于淤泥层较厚的海底基础平台施工，本装置利用锚索穿过淤泥层锚固于海底岩层，无需进行大量清淤，在淤泥层之上直接冲刷平整后浇筑水下混凝土找平层。利用锚索作反力来牵引锚固水下混凝土找平层，为海上风力发电桩基的提供足够的锚固力。
7.作为优选，混凝土筒身的底端设有浇筑在水下混凝土找平层上表面的底座；所述混凝土筒身直径3～7米，所述水下混凝土找平层厚度为2～5米，所述水下混凝土找平层为圆形或方形：水下混凝土找平层为圆形时、直径为混凝土筒身直径的3～4倍，水下混凝土找平层为方形时、边长为混凝土筒身直径的3～4倍。
8.作为优选，所述锚索呈多个同心圆分布，内外层同心圆的半径差1～3米，同一圆周
的相邻锚索间距为1～1.5米，锚索上端露出水下混凝土找平层0.8～1.5米。
9.作为优选，所述混凝土筒身采用3d打印成型，混凝土筒身包括混凝土的内筒壁和外筒壁，内筒壁和外筒壁之间为连续往复蛇形的混凝土曲面壁。混凝土筒身及其基座可以直接在水下混凝土找平层上3d打印成型，无需在岸上生产预制件装配，施工占用场地小，只需运输散装原料而无需运输成品预制件，可将桩基和塔架的制造、运输、场地和安装成本降低80％之多，并通过自动化工序将生产速度提高多达20倍。
10.作为优选，所述混凝土筒身的内筒壁内侧填砂加固。
11.作为优选，所述水下混凝土找平层以及混凝土筒身的混凝土标号不低于c25。
12.一种利用锚索作反力的海上风力发电桩基的施工方法，包括以下步骤，s1：锚索施工，选定施工地址，勘测水深、岩层深度、淤泥厚度信息，将锚索打入岩层10～30米，锚索呈同心圆分布多层，锚索上端露出淤泥层之上；s2：水下混凝土找平层施工，采用导管法浇筑水下混凝土；水下混凝土喷管和高压喷水管通过导管引入海底，导管利用海上作业船引入海底；先用高压喷水管冲刷，将淤泥层冲刷平整；在冲刷淤泥的同时，水下混凝土喷管浇筑混凝土，随冲随浇；s3：混凝土筒身施工，采用机械臂与混凝土泵集成在一起，从水下开始逐层向上3d打印底座和筒身，筒身包括内筒壁和外筒壁，内筒壁和外筒壁之间为连续蛇形曲面壁，内筒壁内侧填砂加固；s4：发电机平台施工，混凝土筒身顶部建设发电机平台。
13.锚索施工完毕后上端可以系球囊进行悬浮标定。
14.作为优选，s2中，水下混凝土找平层采用混凝土标号不低于c25，水灰比在0.47～0.59范围内，水泥用量300～400kg/m3，粉煤灰掺量25%～35%，含砂率36%～43%，依据减水剂的减水率用水量150～200kg/m3，坍落度要求为180mm～220mm。
15.作为优选，s3中，3d打印混凝土筒身的粉状胶凝材料和骨料灰砂比1:1，骨料选用级配合理、粒形良好、质地坚固的碎石或卵石、最大粒径不超过打印头出口内径的1/3，且不超过16mm；粉状胶凝材料为纤维增强混凝土：水灰比0.32，减水剂掺量0.5%，早强剂掺量1%，缓凝剂掺量0.3%，纤维掺量1%。
16.作为优选，s2中，导管为直径25～30cm，每节长1～2m的钢导管。
17.本发明利用锚索反力来固定海上风力发电基础，无需清除海底大量淤泥就能为海上风力涡轮机提供足够的锚固力，大大减少了施工成本，提高施工效率；利用3d打印直接成型桩基筒身结构，节约成本、提高了施工效率。
附图说明
18.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
19.图1是本发明一种锚索结构示意图。
20.图2是本发明一种水下混凝土找平层结构示意图。
21.图3是本发明一种混凝土筒身固定结构示意图。
22.图4是本发明一种混凝土筒身横截面示意图。
23.图5是本发明一种混凝土筒身的施工图。
24.图中：1、锚索，2、水下混凝土找平层，3、混凝土筒身，4、底座，5、斜拉索，6、外筒壁，
7、内筒壁，8、混凝土曲面壁。
具体实施方式
25.下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
26.实施例1：一种利用锚索作反力的海上风力发电桩基，如图1-3所示。本结构从下到上依次包括锚索1、水下混凝土找平层2以及混凝土筒身3，所述水下混凝土找平层2下方为淤泥层和岩层.所述锚索1在水下混凝土找平层平面上均匀分布若干根，锚索1呈多个同心圆分布，内外层同心圆的半径差1～3米，同一圆周的相邻锚索间距为1～1.5米。锚索下端锚入岩层深度10～30米，锚索上端穿过淤泥层以及水下混凝土找平层，水下混凝土找平层厚度为2～5米，锚索上端露出水下混凝土找平层0.8～1.5米。
27.所述混凝土筒身3在水下混凝土找平层上居中浇筑，混凝土筒身3底部先3d打印底座4，混凝土筒身下端外壁环周设置斜拉索5，斜拉索5的下端与锚索1上端固定。混凝土筒身3直径3～7米，水下混凝土找平层为圆形、直径为混凝土筒身直径的3～4倍。如图4、5所示，混凝土筒身3采用3d打印成型，混凝土筒身3包括混凝土的内筒壁6和外筒壁7，内筒壁和外筒壁之间为连续往复蛇形的混凝土曲面壁8。混凝土筒身的内筒壁内侧填砂加固。
28.实施例2：一种利用锚索作反力的海上风力发电桩基的施工方法，如图1～4所示，用于实施例1中的海上风力发电桩基的施工，包括以下步骤，s1：锚索施工，选定施工地址，勘测水深、岩层深度、淤泥厚度信息，将锚索打入岩层10～30米，锚索呈同心圆分布多层，锚索上端露出淤泥层之上。
29.s2：水下混凝土找平层施工，采用导管法浇筑水下混凝土；水下混凝土喷管和高压喷水管通过导管引入海底，导管为直径25～30cm，每节长1～2m的钢导管。导管利用海上作业船引入海底；先用高压喷水管冲刷，将淤泥层冲刷平整；在冲刷淤泥的同时，水下混凝土喷管浇筑混凝土，随冲随浇；水下混凝土找平层采用混凝土标号不低于c25，水灰比在0.47～0.59范围内，水泥用量300～400kg/m3，粉煤灰掺量25%～35%，含砂率36%～43%，依据减水剂的减水率用水量150～200kg/m3，坍落度要求为180mm～220mm。
30.s3：混凝土筒身施工，采用机械臂与混凝土泵集成在一起，从水下开始逐层向上3d打印底座和筒身，筒身包括内筒壁和外筒壁，内筒壁和外筒壁之间为连续蛇形混凝土曲面壁，内筒壁内侧填砂加固；3d打印混凝土筒身的粉状胶凝材料和骨料灰砂比1:1，骨料选用级配合理、粒形良好、质地坚固的碎石或卵石、最大粒径不超过打印头出口内径的1/3，且不超过16mm；粉状胶凝材料为纤维增强混凝土：水灰比0.32，减水剂掺量0.5%，早强剂掺量1%，缓凝剂掺量0.3%，纤维掺量1%。
31.s4：发电机平台施工，混凝土筒身顶部建设发电机平台。