在軟土海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在軟土海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方法，依次包括：確定水泥土應該達到的強度，選擇適合的水泥品種和水泥型號，制作水泥土攪拌樁進行室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗；確定水泥土攪拌樁的加固范圍、樁徑、樁長及樁間距；進行水泥土攪拌樁的現(xiàn)場施工；對加固區(qū)域進行承載力檢驗，清除樁頂以上土層，然后在樁頂設置褥墊層，并對褥墊層表面找平；安裝重力式基礎。本發(fā)明通過對軟土海床進行水泥土攪拌樁法進行加固，從而提高加固區(qū)域的承載力和工程力學穩(wěn)定性，使海上風電的重力式基礎可以應用于我國沿海的軟土海床，降低海上風電工程成本。
【專利說明】
在軟±海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及風電工程技術領域，特別設及一種在軟±海床海域海上風電工程中應 用重力式基礎的方法。
【背景技術】
[0002] 海上風電是近年來風電開發(fā)中的熱點，因其具有更加優(yōu)質(zhì)的海上風資源且不占用 陸地而備受關注。但是，海上風電工程因受到海洋環(huán)境的影響，對風機基礎的技術要求更 高，建設成本也更高。歐洲是海上風電的先行者，在近二十年的海上風電開發(fā)過程中，歐洲 海上風電的風機基礎采用了多種形式，如單粧基礎、導管架基礎和重力式基礎等，運些基礎 形式均可用于水深不超過25m海域。
[0003] 我國自2007年第一臺海上試驗風機建成W來，目前建成海上風電主要位于潮間帶 和近海淺水(水深<l〇m)海域。然而我國海上風電常常遇到海床地質(zhì)條件差的問題，歐洲海 上風電所在海床是工程力學性質(zhì)較好的砂質(zhì)海床，我國東部沿?；旧隙际怯蓻_刷形成的 渺泥質(zhì)軟±海床，工程力學性質(zhì)差。因此，我國目前海上風電基礎普遍選用多粧基礎，通過 增加粧入±深度來提高粧基的承載力，此舉不但提高了基礎工程造價，也增加了施工難度。
[0004] 重力式基礎是依靠基礎的自重來保持風機及其支撐結構的穩(wěn)定，適用于水深不超 過25m的近海區(qū)域，重力式基礎建造原材料一般是混凝±、碎石、砂等，成本低廉，經(jīng)濟性好， 亦是陸上風機結構的首選基礎形式。研究表明：即使在海洋環(huán)境中，在重力式基礎安裝難度 增大、費用增加的情況下，其經(jīng)濟性依舊明顯優(yōu)于粧基礎，歐洲已有數(shù)個大型海上風電場采 用了運一基礎形式，我國海上風電目前在建和規(guī)劃中的海上風電工程所在海域水深絕大多 數(shù)均不超過20m，從水深角度考慮重力式基礎是非常適合的。
[0005] 但是，由于我國沿海海域海床表層為軟±層，重力式基礎難W應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，為了在我國近海海域內(nèi)采用更加經(jīng)濟的重力式基 礎，本發(fā)明提出一種在軟±海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方法:對于軟±海 床，通過局部水泥±攬拌粧法進行加固，然后在加固過的區(qū)域安放重力式基礎，使重力式基 礎可W用于我國近海軟±海域。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種在軟±海床海域海上風電工程中應用重力式 基礎的方法，包括W下步驟：。
[000引 A.根據(jù)加固后地基承載力要求值確定水泥±應該達到的強度，然后根據(jù)施工現(xiàn)場 海床上軟±層中±體特性和水泥±的強度選擇適合的水泥品種和水泥型號，并利用選定的 水泥制作水泥±攬拌粧進行室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗，W確定所選用水泥的適用性；
[0009]在海洋中采用水泥±攬拌粧法，首先應該考慮到海洋環(huán)境對于水泥±的劣化作 用，目前國內(nèi)已有相當多的研究成果，一般認為SOf離子和Ca2+離子會對水泥±造成破壞 和引起劣化，因此需要接合施工現(xiàn)場海床上軟±層的±體特性選擇合適品種和型號的水 泥，并且進行室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，確保選定的水泥能夠在施工現(xiàn)場海水對水泥±造成破壞和 劣化的情況下依然能達到設計強度。
[0010] B.根據(jù)重力式基礎的大小、加固后地基承載力要求值及水泥±的強度值，確定水 泥±攬拌粧的加固范圍、粧徑、粧長及粧間距；
[0011] 水泥±攬拌粧加固區(qū)域作為海上風電重力式基礎的地基部分，本領域技術人員可 W在考慮加固±體和非加固±體在重力式基礎及外荷載作用下的穩(wěn)定性、加固±體應滿足 非加固±體的抗剪破壞整體穩(wěn)定性W及加固±體的抗傾覆穩(wěn)定性的基礎上確定其范圍的 大小。
[0012] 本領域技術人員可W根據(jù)現(xiàn)場的施工條件來選擇水泥±攬拌粧的粧徑，一般為 0.4m-0.8m〇
[0013] 水泥±攬拌粧粧長及粧間距可根據(jù)施工條件和計算得到，水泥±攬拌粧的粧長一 般要超過軟上層的厚度，使水泥上攬拌粧穿過軟上層達到硬上層。但是如果穿入硬上層施 工困難較大，在核算無粧軟±層的承載力和抗滑穩(wěn)定性能能夠滿足設計要求的前提下，水 泥±攬拌粧也可W不用穿入硬±層。計算可參考本領域相關技術規(guī)范:《水下深層水泥攬拌 法加固軟±地基技術規(guī)程KJTJ259-2004)和《建筑地基處理技術規(guī)范KJGJ220-2012)。
[0014] C.根據(jù)步驟郵角定的水泥±攬拌粧的加固范圍、粧徑、粧長機粧間距，使用步驟A選 定的水泥進行水泥±攬拌粧的現(xiàn)場施工；
[0015] D.水泥±攬拌粧達到設計強度后，對加固區(qū)域進行承載力檢驗，檢驗合格后，清除 粧頂W上±層，然后在粧頂設置稱墊層，并對稱墊層表面找平；
[0016] E.安裝重力式基礎。
[0017] 軟±海床經(jīng)過水泥±攬拌粧加固后，其承載力得到大幅提高并達到設計要求，此 時重力式基礎安裝條件已具備，可按照正常重力式基礎安裝程序進行安裝。
[0018] 進一步地，水泥±攬拌粧的加固范圍的外邊界至少大于所述重力式基礎的外邊界 加上所述稱墊層的厚度。
[0019] 進一步地，所述水泥±攬拌粧的粧徑為0.4m-0.8m。
[0020] 進一步地，所述水泥±攬拌粧的粧長大于海床上軟±層的厚度。
[0021 ]進一步地，所述稱墊層為級配碎石稱墊層。
[0022] 進一步地，所述步驟C中，現(xiàn)場施工時，在水泥中加入礦渣或粉煤灰。在水泥中加入 礦渣或粉煤灰可W有效提高水泥±的抗腐蝕性和耐久性。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：
[0024] 本發(fā)明由于采用了上述結構設計和方法步驟，具有W下有益效果:通過對軟±海 床進行水泥±攬拌粧法進行加固，從而提高加固過的區(qū)域的承載力和工程力學穩(wěn)定性，使 海上風電的重力式基礎可W應用于我國沿海的軟±海床，擴展了重力式基礎的應用范圍， 并進一步降低海上風電工程造價。
[0025] W下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，W 充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[00%]圖1為本發(fā)明的一個較佳實施例的主視結構示意圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明的一個較佳實施例的俯視結構示意圖
[0028] 圖中，1水泥±攬拌粧;2稱墊層;3重力式基礎;4軟±層;5硬±層;6加固范圍
【具體實施方式】
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明的一具體實施例，施工海域海床的表層是軟±層4，軟±層4下 面是硬±層5,在加固區(qū)域內(nèi)使用水泥±攬拌粧1對海床進行加固，加固范圍6內(nèi)的水泥±攬 拌粧1粧頂鋪設有稱墊層2,稱墊層2上安裝重力式基礎3。
[0030] 本實施例中，施工現(xiàn)場海床條件為：上層為軟±層，厚8m，基地承載力（fsk)為 60kPa，±層側摩阻力（Qsi)為lOkPa，下層±為粉細砂層，厚20m，±層側摩阻力（qs2)為 SSkPa，粧端阻力（Qp)為 1 SOOkPa。
[0031] 需安裝的重力式基礎的重量為1500噸，基座為圓形，直徑為25m，基座面積(Ap)為 490.6m2,極端荷載產(chǎn)生作用在基座底的彎矩M= ISOOOOkN.m，風機及重力式基礎的總自重 為2200噸。計算得到基座底最大壓應力P= 14化化，大于軟±±層的承載力60kPa，因此，需 要對軟±層進行水泥±攬拌粧加固，加固后軟±±層承載力(fspk)應該達到150k化，則經(jīng)計 算水泥±強度feu應不小于2.5Mpa。此時，根據(jù)施工現(xiàn)場海床±體的特性和水泥±應當達到 的強度來選擇耐腐蝕的水泥品種及型號，并對水泥±進行室內(nèi)試驗及現(xiàn)場試驗，確定該水 泥±滿足耐腐蝕及強度要求。
[0032] 水泥±攬拌粧的粧徑根據(jù)施工條件選擇:粧徑d = 0.6m，粧周長Up = 1.88m;粧長及 粧間距S通過計算確定，計算方法參見《建筑地基處理技術規(guī)范K JGJ220-2012) ( W下簡稱 《規(guī)范》)第7章。
[0033] 本實施例中加固粧長及粧間距計算如下：
[0034] 第一步，確定粧長：
[0035] 由《規(guī)范》7.3.3式，水泥±攬拌粧單粧豎向承載力特征值：
[0036] Ral =Tif CuAp = 176.化 N
[0037] Tl-粧身強度折減系數(shù)，采用濕法，取0.25
[0038] 此時水泥±攬拌粧宜穿過軟±層，假設粧長為9m，由《規(guī)范》式7.1.5-3有：
[0039]
[0040] Ipi-粧在第1層±內(nèi)的長度
[0041] Qp-粧端阻力發(fā)揮系數(shù)，取0.8
[0042] 故粧長9m可W，單粧豎向承載力特征值取Ral和Ra2中的較小值，即Ra = 176.化N
[0043] 第二步，確定粧間距：
[0044] 由《規(guī)范》式7.1.5-2可求得面積置換率m:
[0045]
[0046] A-單粧承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.8;
[0047] 0-粧間±承載力發(fā)揮系數(shù)，對于有稱墊層情況下，取0.4。
[004引111-粧±面積置換率
[0049]旨 Pl50 = 500m+24(l-m)=〉m = 0.264
[0化日]對于正方形布粧，
[0化1] 即粧間距為Im。
[0052] 本實施例中，上層軟±厚度8m，水泥±粧粧徑0.6m，粧長取9m，正方形布粧，粧中屯、 間距為Im,加固后地基承載力可從60k化提高到150k化;攬拌粧加固范圍取為40mX40m正方 形，經(jīng)核算，可W滿足加固±體整體抗傾覆及下層未加固±體抗滑移穩(wěn)定性.
[0053] 然后根據(jù)上述數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場進行水泥±攬拌粧的施工，施工時可W在水泥中增加 粉煤灰W增加抗腐蝕性和耐久性。施工完成后，對加固區(qū)域進行承載力檢驗，檢驗合格后， 清除粧頂^上±層，然后在粧頂鋪設級配碎石稱墊層，并對稱墊層表面找平；最后，按照正 常重力式基礎安裝程序進行安裝重力式基礎。
[0054] 當然，在其他一些實施例中，施工時也可W在水泥中加入礦渣，或者礦渣與粉煤灰 混合物來增加抗腐蝕性和耐久性。
[0055] W上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無 需創(chuàng)造性勞動就可W根據(jù)本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術 人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可W得到的 技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1. 一種在軟土海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方法，包括以下步驟： A. 根據(jù)加固后地基承載力要求值確定水泥土應該達到的強度，然后再根據(jù)施工現(xiàn)場海 床上軟土層中土體特性和水泥土的強度選擇適合的水泥品種和水泥型號，并利用選定的水 泥制作水泥土攪拌粧進行室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗，以確定所選用水泥的適用性； B. 根據(jù)加固后地基承載力值及水泥土的強度值，確定水泥土攪拌粧的加固范圍、粧徑、 粧長及粧間距； C. 根據(jù)步驟B確定的水泥土攪拌粧的加固范圍、粧徑、粧長機粧間距，使用步驟A選定的 水泥進行水泥土攪拌粧的現(xiàn)場施工； D. 水泥土攪拌粧達到設計強度后，對加固區(qū)域進行承載力檢驗，檢驗合格后，清除粧頂 以上土層，然后在粧頂設置褥墊層，并對褥墊層表面找平； E. 安裝重力式基礎。2. 根據(jù)權利要求1所述的在軟土海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方法，其 特征在于，水泥土攪拌粧的加固范圍的外邊界至少大于所述重力式基礎的外邊界加上所述 褥墊層的厚度。3. 根據(jù)權利要求2所述的在軟土海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方法，其 特征在于，所述水泥土攪拌粧的粧徑為0.4m-〇. 8m。4. 根據(jù)權利要求3所述的在軟土海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方法，其 特征在于，所述水泥土攪拌粧的粧長大于海床上軟土層的厚度。5. 根據(jù)權利要求1-4任一所述的在軟土海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方 法，其特征在于，所述褥墊層為級配碎石褥墊層。6. 根據(jù)權利要求5所述的在軟土海床海域海上風電工程中應用重力式基礎的方法，其 特征在于，所述步驟C中，現(xiàn)場施工時，在水泥中加入礦渣或粉煤灰。
【文檔編號】E02D5/46GK106013204SQ201610368120
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】文鋒
【申請人】上海電力設計院有限公司