阅读说明：本技术 一种适用于有淤泥覆盖层海床的海上风电复合基础及施工方法 (Offshore wind power composite foundation suitable for seabed with sludge covering layer and construction method ) 是由 吴敬凯 闫俊义 王卫 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于有淤泥覆盖层海床的海上风电复合基础及施工方法,所述海上风电复合基础是一种桩基础和重力式支撑结构联合形成的基础型式,所述适用于有淤泥覆盖层海床的施工方法是采用深层搅拌法,直接将桩基础周围的淤泥胶结固化成重力式支撑结构,重力式支撑结构与桩基础共同承担外部载荷。本发明的施工方法可以有效解决现有海上风电复合基础很难适用于有较厚淤泥覆盖层的海床,因此不得不采用超大直径超长单桩基础、嵌岩桩基础、多桩基础和导管架基础以及由此带来的施工难题。该施工方法简单可行,成本较低,能够使桩基础适用于水深30~60m海域和更复杂的浅覆盖层海床地质条件。(The invention discloses an offshore wind power composite foundation suitable for a seabed with a sludge covering layer and a construction method thereof. The construction method can effectively solve the problems that the existing offshore wind power composite foundation is difficult to be suitable for the seabed with a thick sludge covering layer, and therefore an ultra-large-diameter ultra-long single-pile foundation, a rock-socketed pile foundation, a multi-pile foundation and a jacket foundation have to be adopted, and the construction difficulty is caused by the ultra-large-diameter ultra-long single-pile foundation, the rock-socketed pile foundation, the multi-. The construction method is simple and feasible, has low cost, and can enable the pile foundation to be suitable for the seabed geological conditions of the sea area with the water depth of 30-60 m and more complex shallow covering layers.)

一种适用于有淤泥覆盖层海床的海上风电复合基础及施工 方法

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种海上风电复合基础适用于有淤泥覆盖层海床的施工方法。

背景技术

目前，海上风电场常用的基础型式包括重力式基础、单桩基础和导管架基础。单桩具有施工速度快、工程成本低、地基适用性强等优点，在已安装基础中的比例超过80%。随着海上风电场逐渐从近海走向深远海，以及风力发电机组容量的不断增大，基础结构所需承受的外部荷载显著增加，尤其是风、波浪、海流和冰耦合形成的水平荷载，导致单桩基础的桩径、桩长和桩重的增大，增加了基础成本和施工难度。据统计，海上风电基础及其安装成本占总投资成本的比例为20%~40%。然而，海上风电单桩基础的竖向承载力往往高于设计要求，水平承载力则存在不足，因此，不断增加桩径、桩长来满足水平承载力的需求，会导致竖向承载力的巨大“浪费”，同时大大增加了海上施工作业难度。

近年来，研究学者提出了海上风电复合基础的思路，包括一种海上风电机组圆台辅助加强式单桩基础及施工方法（申请号：201910633296.3）、一种海上风电机组加强复合式单桩基础及施工方法（申请号：201910633302.5）和海上风电新型复合单桩基础（论文名称：Investigation on offshore wind turbine with an innovative hybrid monopilefoundation: An experimental based study）。海上风电复合基础是采用重力式支撑结构辅助单桩基础，提高复合基础的承载性能，降低基础成本。在海上风电复合基础技术方案中，重力式支撑结构环绕单桩基础设置，并位于泥水交界面上，即桩身土体***段和土体外露段的分界面。然而，我国风资源最丰富的福建、广东等海域的地质条件为深水浅覆盖层，且覆盖层上方为3~15m的淤泥层。淤泥层由淤泥和淤泥质粉质粘土构成，土工试验表明淤泥和淤泥质粉质粘土的含水率高、抗剪强度低、压缩性强、渗透性差，不具有承载能力。因此，海上风电复合基础并不适用于有淤泥覆盖层的海床，现有浅持力层的机位往往需要采用施工成本更高、施工难度的嵌岩桩基础和导管架基础。基于此，迫切需要提出适用一种海上风电复合基础适用于有淤泥覆盖层海床的施工方法，直接在单桩基础的桩周持力层上方，形成重力式支撑结构，提高单桩基础的水平承载力，降低施工成本，实现海上风电降本增效。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种海上风电复合基础适用于有淤泥覆盖层海床的施工方法，该施工方法能适用于覆盖层上部为较厚淤泥层的海床地质条件，通过对持力层上方淤泥层进行胶结固化，形成重力式支撑结构，提高桩基础的承载能力。此外，该施工方法能使单桩基础适用于水深30~60m海域和更复杂的浅覆盖层海床地质条件。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种海上风电复合基础适用于有淤泥覆盖层海床的施工方法，所述海上风电复合基础由桩基础和重力式支撑结构构成，所述桩基础为主要承载结构，重力式支撑结构提高复合基础的水平承载力；所述桩基础为以桩为承载结构的基础型式；所述重力式支撑结构在持力层上为桩基础提供水平抗力，所述重力式支撑结构位于淤泥层内部。

所述海上风电复合基础中桩基础为直径5~12m的单桩基础、多桩基础或锚固结构为直径1~3m的导管架桩基础。

采用深层搅拌法，直接将桩基础周围的淤泥胶结固化成重力式支撑结构，所述淤泥胶结固化形成的重力式支撑结构位于淤泥层下的持力层表面，所述桩基础和重力式支撑结构的连接方式为固定连接或滑动连接。

所述施工方法还包括，采用深层搅拌法，将桩基础周围的淤泥、持力层土体胶结固化成重力式支撑结构，所述胶结固化形成的重力式支撑结构位于持力层中，所述桩基础和重力式支撑结构的连接方式为固定连接或滑动连接。

本发明有如下有益效果：

1、本发明直接将桩周附近、持力层上方的淤泥、淤泥质粉质粘土胶结固化成重力式支撑结构，提高了桩基础承载能力，尤其是水平承载力，解决了现有海上风电复合基础技术中重力式支撑结构无法直接放置于淤泥层或很难穿过较厚淤泥层放置于持力层表面的技术难题。

2、本发明施工方法能使单桩基础适用于水深30~60m海域和更复杂的浅覆盖层海床地质条件。

3、本发明利用了成熟的桩基础施工工艺和软土地基加固施工工艺，仅需改进软土地基施工工艺，使之能够更好地适用于桩基础周围淤泥加固便能应用，有效降低研究成本和施工成本。

4、本发明施工方法主要针对持力层上方的淤泥进行胶结固化，淤泥胶结固化形成的重力式支撑结构位于淤泥层下部，有效避免了波流、海流对重力式基础底部的冲刷。

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是采用本发明实施例中的一种海上风电复合基础结构示意图。

图中：1桩基础、2重力式支撑结构、3淤泥层、4持力层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

图1为一个采用本发明海上风电复合基础适用于有淤泥覆盖层海床的施工方法的实施例，海上风电复合基础由桩基础1和重力式支撑结构2构成，所述桩基础1是主要承载结构，重力式支撑结构2为辅助结构，重力式支撑结构2的作用主要是提高复合基础的水平承载力，所述桩基础1采用的是大直径单桩基础。

海上风电复合基础适用于有淤泥覆盖层海床的施工方法是指采用深层搅拌法，直接将桩基础1周围的淤泥和淤泥质粉质粘土胶结固化成重力式支撑结构2，所述淤泥胶结固化形成的重力式支撑结构2位于淤泥层3下方持力层4表面，所述桩基础1和重力式支撑结构2的连接方式为固定连接或滑动连接的一种，所述深层搅拌法采用的胶凝材料为水泥浆、化学固化剂的一种，所述持力层4为砂土层、黏土层的一种，所述黏土层土体包括黏土、粉质黏土等，所述砂土层土体包括粉细砂，中粗砂、砂砾等。

可以理解的是，本发明实施例中桩基础1为大直径空心钢管桩、钢-混凝土复合桩等海上风电常用的单桩结构型式。淤泥胶结固化形成的重力式支撑结构2是环绕桩身连续施工形成的连续体，以保证胶结的均匀性和固化强度的一致性，重力式支撑结构2的尺寸、强度、形状取决于复合基础水平承载力、施工成本、施工速度和桩基础型式。重力式支撑结构2的优选形状为圆台形，厚度为2~5m，圆台底部最大直径为1.5~3倍桩径。

可以理解的是，当桩基础1与重力式支撑结构2的连接方式为固定连接时，重力式支撑结构2不仅提供水平承载力，还能承担部分竖向载荷。当桩基础1与重力式支撑结构2的连接方式为滑动连接时，桩基础1在重力式支撑结构2中心可以上下移动，重力式支撑结构2仅能提供水平承载力，阻止桩基础1的水平变形。

值得说明的是，桩基础1可以为直径5~12m的单桩基础、多桩基础、锚固结构为直径1~3m的导管架桩基础以及其他以桩为承载结构的基础型式。

具体的，所述施工方法还包括，采用深层搅拌法，同时将桩基础1桩周区域的淤泥、持力层土体胶结固化成重力式支撑结构，所述胶结固化形成的重力式支撑结构位于持力层4中。

可以理解的是，同时对持力层土体胶结固化，一方面能充分利用重力式支撑结构底部与持力层的摩擦作用，提高复合基础的水平承载力，另一方面避免持力层表面起伏引起的重力式支撑结构发生倾斜。

值得说明的是，对于无淤泥的海床，也可以采用本发明提出的施工方法，直接对持力层土体进行胶结固化形成重力式支撑结构，这种方式可以有效解决深远海海上风电场中单桩基础桩长超长，桩径超大的问题，以及由此带来的施难题。