具备辅助沉贯功能的吸力桶基础及其施工方法与流程

257 编辑：中冶有色技术网来源：中建八局广西建设有限公司

2023-10-17 16:37:28

1.本发明涉及风能工程技术领域，尤其是涉及一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础及其施工方法。

背景技术：

2.风力资源是可再生的绿色能源，随着全球能源转型，风力发电将承担越来越重要的作用。相较于陆上风电，海上风电凭借风况好、靠近能源负荷中心、不占用耕地等优势，近些年得到了大规模的开发利用。为了在复杂海洋环境条件下安全、经济、高效地开发风电场资源，需要选择合适的风电基础结构。在众多海上风电基础结构类型当中，吸力桶基础因其可在陆上整体预制、海上湿拖浮运、无需浮吊即可快速安装就位等优势，在全球海上风电场上得到了越来越广泛的应用。

3.吸力桶基础主要依靠负压“抽吸”沉贯到泥面以下，在沉贯过程中，先靠自重入泥一定深度，使桶裙与基土之间形成密闭空间，然后通过水泵抽水，密封的桶体内形成负压并依靠由此与桶外界产生的压差，将桶体压至预定深度。

4.现有技术中还存在以下问题：

5.1、吸力桶在贯入过程中经常会遇到内部土塞过高导致基础无法沉贯至预定深度的情况，从而会使风机服役期间基础周围的冲刷加剧，严重影响基础及上部结构的安全和稳定性；

6.2、当风机工作海域的海床土质为中密砂或密砂等较为密实的土层时，如继续采用传统的吸力桶基础型式，在基础贯入到海床的过程中可能会因下部土体受到挤压导致沉贯阻力显著增加而出现沉贯困难，从而制约了吸力桶基础在相关海域的应用和推广，故而存在一定的局限性。

7.因此设计一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础及其施工方法，降低桶体内部可能形成的土塞高度，同时减少沉贯过程中受到的土层阻力，从而提高基础在密实海床中的安装质量，是目前本领域技术人员应当解决的首要问题。

技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础及其施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

9.本发明的技术方案是：一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，包括连接杆和桶体，所述连接杆和桶体构成主体结构，所述桶体包括桶盖和桶身，且桶盖设置在桶身的顶部且两者为一体结构，所述桶盖与桶身顶端构成封闭结构，所述桶盖与连接杆同轴设置，且桶盖与连接杆之间固定连接，还包括；

10.多个加劲肋管，多个所述加劲肋管设置在桶身的下方位置，且多个加劲肋管以桶身的轴心为圆心并呈圆周阵列分布；

11.每根所述加劲肋管靠近底部的侧边位置处均开设有两组开口，位于上方的所述开

口对应为高压水喷射口，而位于下方的所述开口对应为泥沙吸入口；

12.多组高压水输运管线和泥沙输运管线，每组所述高压水输运管线和泥沙输运管线均设置于加劲肋管中。

13.优选的，所述桶身的正下方设置有敞口，且敞口与桶身的内部相连通以构成空腔体结构。

14.优选的，所述开口的数量以及位置可根据实际工程情况进行进一步的灵活选择。

15.优选的，所述桶身顶端的位置处预先固定设置有高压水总阀以及大口径的泥沙吸力泵总阀，高压水总阀连接有高压水发生装置，泥沙吸力泵总阀连接有泥浆吸力泵，所述桶身上还固定安装有自重气动阀以及真空泵气动阀，真空泵气动阀连接有大功率真空泵。

16.优选的，每根所述加劲肋管的横截面积均呈矩形，且每个加劲肋管均由四块加劲板围合而成并焊接固定于桶身上。

17.优选的，每个所述加劲肋管的底端位置均呈楔形结构。

18.优选的，所述高压水输运管线的一端与高压水喷射口固定连通，所述泥沙输运管线的一端与泥沙吸入口固定连通，且高压水输运管线的另一端与高压水总阀相连接，所述泥沙输运管线的另一端与泥沙吸力泵总阀相连接。

19.优选的，所述高压水输运管线和泥沙输运管线的材质优选为金属软管或不锈钢软管或塑料软管或橡胶软管。

20.本发明还公开了一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础的施工方法，具体包括以下步骤：

21.步骤一：借助起重设备将吸力桶基础缓慢下降至安装地点，通过实时测量吸力桶入水深度可以判断桶身底部是否接触泥面；当桶身底部接触泥面时，打开自重气动阀门，桶身内被压缩的气体将被快速释放，基础在自重作用下嵌入土体一定深度，贯入过程中实时监测桶身的水平度，待桶身入土深度稳定后进行下一步操作；

22.步骤二：当自重无法维持桶身继续下沉时，关闭自重气动阀门，打开真空泵气动阀并大功率真空泵开始从桶身内抽水，随着桶身内水量的减小，桶身内压力减小，在内外压差作用下，吸力桶基础继续下沉，下沉的同时监测桶身的实时水平度，当观测到入泥速度显著下降时关闭真空泵气动阀；

23.步骤三：打开高压水总阀，启动高压水发生装置，高速水流通过高压水输运管线流至加劲肋管底部两侧的高压水喷射口；通过冲刷和切割土体，加劲肋管底部周围土体由初始的密实状态逐步变得松散；

24.步骤四：当观察到桶身出现明显沉降时，暂停高压水发生装置并关闭高压水总阀，打开泥沙吸力泵总阀，启动与泥沙输运管线相连接的泥浆吸力泵，位于高压水喷射口附近的泥沙吸入口将步骤三中已被高压水冲散的泥沙吸入，并经由泥沙输运管线携带至位于施工船只上的回收装置做进一步处理；

25.步骤五：当观察到回收装置中的泥沙含量显著减少时暂停泥浆吸力泵，关闭泥沙吸力泵总阀，重新打开真空泵气动阀并启动大功率真空泵继续从桶身的内部抽水，后续整个过程与步骤二相同，当观察到桶身的贯入速度显著下降时，再次暂停真空泵，继续重复步骤三、步骤四，直至基础沉贯至设计标高。

26.本发明通过改进在此提供具备辅助沉贯功能的吸力桶基础及其施工方法，与现有

技术相比，具有如下改进及优点：

27.其一：本发明所述的具有辅助沉贯功能的吸力桶基础及施工方法，采用高压水射流进行地基处理，有效保护了内部土体的渗流稳定性，可降低因土体液化失稳而导致的土塞过高问题；

28.其二：本发明所述的具有辅助沉贯功能的吸力桶基础及施工方法，通过泥浆泵将高压水冲散的土颗粒或泥浆经由泥沙输运管线携带至远端，缓解因桶体贯入引起的下层土体挤密效应，从而提高最终的贯入质量。

附图说明

29.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

30.图1是本发明的整体立体结构示意图；

31.图2是本发明的主视结构示意图；

32.图3是本发明的加紧肋管立体结构示意图；

33.图4是本发明的加紧肋管a-a剖面示意图；

34.图5是本发明的整体俯视图；

35.图6是图5中b处的放大结构示意图。

36.附图标记：

37.1、连接杆；2、桶盖；3、桶身；4、加劲肋管；5、高压水喷射口；6、泥沙吸入口；7、高压水输运管线；8、泥沙输运管线；9、高压水总阀；10、泥沙吸力泵总阀；11、自重气动阀；12、真空泵气动阀。

具体实施方式

38.下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

39.本发明通过改进在此提供一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础及其施工方法，本发明的技术方案是：

40.实施例一：

41.如图1至图6所示，本发明实施例提供了一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，包括连接杆1和桶体，连接杆1和桶体构成主体结构，桶体包括桶盖2和桶身3，且桶盖2设置在桶身3的顶部且两者为一体结构，桶盖2与桶身3顶端构成封闭结构，桶盖2与连接杆1同轴设置，且桶盖2与连接杆1之间固定连接，还包括；

42.多个加劲肋管4，多个加劲肋管4设置在桶身3的下方位置，且多个加劲肋管4以桶身3的轴心为圆心并呈圆周阵列分布；

43.每根加劲肋管4靠近底部的侧边位置处均开设有两组开口，位于上方的开口对应

为高压水喷射口5，而位于下方的开口对应为泥沙吸入口6；

44.多组高压水输运管线7和泥沙输运管线8，每组高压水输运管线7和泥沙输运管线8均设置于加劲肋管4中。

45.通过上述结构，打开高压水总阀9，启动高压水发生装置，高速水流通过高压水输运管线7流至加劲肋管4底部两侧的高压水喷射口5；通过冲刷和切割土体，加劲肋管4底部周围土体由初始的密实状态逐步变得松散，从而有效缓解因桶体贯入引起的下层土体挤密效应，提高最终的贯入质量。

46.作为本发明的进一步方案，桶身3的正下方设置有敞口，且敞口与桶身3的内部相连通以构成空腔体结构。

47.进一步的，开口的数量以及位置可根据实际工程情况进行进一步的灵活选择。

48.作为本发明的进一步方案，桶身3顶端的位置处预先固定设置有高压水总阀9以及大口径的泥沙吸力泵总阀10，高压水总阀9连接有高压水发生装置，泥沙吸力泵总阀10连接有泥浆吸力泵，桶身3上还固定安装有自重气动阀11以及真空泵气动阀12，真空泵气动阀12连接有大功率真空泵。

49.通过上述结构，当自重无法维持桶身3继续下沉时，关闭自重气动阀门11，打开真空泵气动阀12并大功率真空泵开始从桶身3内抽水，随着桶身3内水量的减小，桶身3内压力减小，在内外压差作用下，吸力桶基础继续下沉；当观察到桶身3出现明显沉降时，暂停高压水发生装置并关闭高压水总阀9，打开泥沙吸力泵总阀10，启动与泥沙输运管线8相连接的泥浆吸力泵，位于高压水喷射口5附近的泥沙吸入口6将已被高压水冲散的泥沙吸入，并经由泥沙输运管线8携带至位于施工船只上的回收装置做进一步处理。

50.进一步的，每根加劲肋管4的横截面积均呈矩形，且每个加劲肋管4均由四块加劲板围合而成并焊接固定于桶身3上；通过上述设置，以便于批量化加工。

51.作为本发明的进一步方案，每个加劲肋管4的底端位置均呈楔形结构；通过上述结构，以尽可能增加基础以自重状态入土时的初始深度。

52.进一步的，高压水输运管线7的一端与高压水喷射口5固定连通，泥沙输运管线8的一端与泥沙吸入口6固定连通，且高压水输运管线7的另一端与高压水总阀9相连接，泥沙输运管线8的另一端与泥沙吸力泵总阀10相连接。

53.作为本发明的进一步方案，高压水输运管线7和泥沙输运管线8的材质优选为金属软管或不锈钢软管或塑料软管或橡胶软管，根据工程实际需求确定；通过上述设置，以便于进行灵活布线。

54.需要说明的是：图5为该吸力桶基础俯视图，展示了各条高压水输运管线71～78以及各条泥沙输运管线81～88的平面分布。前述各条输运管线分别汇集于高压水总阀9和泥沙吸力泵总阀10，图5中仅为示意，具体布线方式可根据实际情况来确定。如图6所示，更具体地，同一加劲肋管4腔体内的同类型输运管线在由竖直转为水平分布时，通过高压水输运歧管70或泥沙输运歧管80进行汇集，再统一通过前述各高压水输运管线71～78以及泥沙输运管线81～88与相应的总阀相连接。

55.实施例二：

56.一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础的施工方法，具体包括以下步骤：

57.步骤一：借助起重设备将吸力桶基础缓慢下降至安装地点，通过实时测量吸力桶

入水深度可以判断桶身3底部是否接触泥面；当桶身3底部接触泥面时，打开自重气动阀门11，桶身3内被压缩的气体将被快速释放，基础在自重作用下嵌入土体一定深度，贯入过程中实时监测桶身3的水平度，待桶身3入土深度稳定后进行下一步操作；

58.步骤二：当自重无法维持桶身3继续下沉时，关闭自重气动阀门11，打开真空泵气动阀12并大功率真空泵开始从桶身3内抽水，随着桶身3内水量的减小，桶身3内压力减小，在内外压差作用下，吸力桶基础继续下沉，下沉的同时监测桶身3的实时水平度，当观测到入泥速度显著下降时关闭真空泵气动阀12；

59.步骤三：打开高压水总阀9，启动高压水发生装置，高速水流通过高压水输运管线7流至加劲肋管4底部两侧的高压水喷射口5；通过冲刷和切割土体，加劲肋管4底部周围土体由初始的密实状态逐步变得松散；

60.步骤四：当观察到桶身3出现明显沉降时，暂停高压水发生装置并关闭高压水总阀9，打开泥沙吸力泵总阀10，启动与泥沙输运管线8相连接的泥浆吸力泵，位于高压水喷射口5附近的泥沙吸入口6将步骤三中已被高压水冲散的泥沙吸入，并经由泥沙输运管线8携带至位于施工船只上的回收装置做进一步处理；

61.步骤五：当观察到回收装置中的泥沙含量显著减少时暂停泥浆吸力泵，关闭泥沙吸力泵总阀10，重新打开真空泵气动阀12并启动大功率真空泵继续从桶身3的内部抽水，后续整个过程与步骤二相同，当观察到桶身3的贯入速度显著下降时，再次暂停真空泵，继续重复步骤三、步骤四，直至基础沉贯至设计标高。

62.上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。技术特征：

1.一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，包括连接杆(1)和桶体，所述连接杆(1)和桶体构成主体结构，其特征在于：所述桶体包括桶盖(2)和桶身(3)，且桶盖(2)设置在桶身(3)的顶部且两者为一体结构，所述桶盖(2)与桶身(3)顶端构成封闭结构，所述桶盖(2)与连接杆(1)同轴设置，且桶盖(2)与连接杆(1)之间固定连接，还包括；多个加劲肋管(4)，多个所述加劲肋管(4)设置在桶身(3)的下方位置，且多个加劲肋管(4)以桶身(3)的轴心为圆心并呈圆周阵列分布；每根所述加劲肋管(4)靠近底部的侧边位置处均开设有两组开口，位于上方的所述开口对应为高压水喷射口(5)，而位于下方的所述开口对应为泥沙吸入口(6)；多组高压水输运管线(7)和泥沙输运管线(8)，每组所述高压水输运管线(7)和泥沙输运管线(8)均设置于加劲肋管(4)中。2.根据权利要求1所述的一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，其特征在于：所述桶身(3)的正下方设置有敞口，且敞口与桶身(3)的内部相连通以构成空腔体结构。3.根据权利要求1所述的一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，其特征在于：所述开口的数量以及位置可根据实际工程情况进行进一步的灵活选择。4.根据权利要求1所述的一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，其特征在于：所述桶身(3)顶端的位置处预先固定设置有高压水总阀(9)以及大口径的泥沙吸力泵总阀(10)，高压水总阀(9)连接有高压水发生装置，泥沙吸力泵总阀(10)连接有泥浆吸力泵，所述桶身(3)上还固定安装有自重气动阀(11)以及真空泵气动阀(12)，真空泵气动阀(12)连接有大功率真空泵。5.根据权利要求1所述的一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，其特征在于：每根所述加劲肋管(4)的横截面积均呈矩形，且每个加劲肋管(4)均由四块加劲板围合而成并焊接固定于桶身(3)上。6.根据权利要求1所述的一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，其特征在于：每个所述加劲肋管(4)的底端位置均呈楔形结构。7.根据权利要求6所述的一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，其特征在于：所述高压水输运管线(7)的一端与高压水喷射口(5)固定连通，所述泥沙输运管线(8)的一端与泥沙吸入口(6)固定连通，且高压水输运管线(7)的另一端与高压水总阀(9)相连接，所述泥沙输运管线(8)的另一端与泥沙吸力泵总阀(10)相连接。8.根据权利要求7所述的一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础，其特征在于：所述高压水输运管线(7)和泥沙输运管线(8)的材质优选为金属软管或不锈钢软管或塑料软管或橡胶软管。9.一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础的施工方法，该方法以具备辅助沉贯功能的吸力桶为基础，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：借助起重设备将吸力桶基础缓慢下降至安装地点，通过实时测量吸力桶入水深度可以判断桶身(3)底部是否接触泥面；当桶身(3)底部接触泥面时，打开自重气动阀门(11)，桶身(3)内被压缩的气体将被快速释放，基础在自重作用下嵌入土体一定深度，贯入过程中实时监测桶身(3)的水平度，待桶身(3)入土深度稳定后进行下一步操作；步骤二：当自重无法维持桶身(3)继续下沉时，关闭自重气动阀门(11)，打开真空泵气动阀(12)并大功率真空泵开始从桶身(3)内抽水，随着桶身(3)内水量的减小，桶身(3)内压

力减小，在内外压差作用下，吸力桶基础继续下沉，下沉的同时监测桶身(3)的实时水平度，当观测到入泥速度显著下降时关闭真空泵气动阀(12)；步骤三：打开高压水总阀(9)，启动高压水发生装置，高速水流通过高压水输运管线(7)流至加劲肋管(4)底部两侧的高压水喷射口(5)；通过冲刷和切割土体，加劲肋管(4)底部周围土体由初始的密实状态逐步变得松散；步骤四：当观察到桶身(3)出现明显沉降时，暂停高压水发生装置并关闭高压水总阀(9)，打开泥沙吸力泵总阀(10)，启动与泥沙输运管线(8)相连接的泥浆吸力泵，位于高压水喷射口(5)附近的泥沙吸入口(6)将步骤三中已被高压水冲散的泥沙吸入，并经由泥沙输运管线(8)携带至位于施工船只上的回收装置做进一步处理；步骤五：当观察到回收装置中的泥沙含量显著减少时暂停泥浆吸力泵，关闭泥沙吸力泵总阀(10)，重新打开真空泵气动阀(12)并启动大功率真空泵继续从桶身(3)的内部抽水，后续整个过程与步骤二相同，当观察到桶身(3)的贯入速度显著下降时，再次暂停真空泵，继续重复步骤三、步骤四，直至基础沉贯至设计标高。

技术总结

本发明公开了一种具备辅助沉贯功能的吸力桶基础及其施工方法，涉及风能工程技术领域，包括连接杆和桶体，所述连接杆和桶体构成主体结构，所述桶体包括桶盖和桶身，且桶盖设置在桶身的顶部且两者为一体结构，所述桶盖与桶身顶端构成封闭结构，所述桶盖与连接杆同轴设置，且桶盖与连接杆之间固定连接，还包括；多个加劲肋管，多个所述加劲肋管设置在桶身的下方位置；本发明采用高压水射流进行地基处理，有效保护了内部土体的渗流稳定性，可降低因土体液化失稳而导致的土塞过高问题；通过泥浆泵将高压水冲散的土颗粒或泥浆经由泥沙输运管线携带至远端，缓解因桶身贯入引起的下层土体挤密效应，提高最终的贯入质量。提高最终的贯入质量。提高最终的贯入质量。

技术研发人员：金壮马俊李航谷立潘洪莹罗欣

受保护的技术使用者：中建八局广西建设有限公司

技术研发日：2022.12.21

技术公布日：2023/4/17

声明：

“具备辅助沉贯功能的吸力桶基础及其施工方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)