一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构及其施工方法与流程

本发明属于新能源，涉及一种海上升压站结构及其施工方法。

背景技术：

1、海上升压站是海上风电场的重要组成部分之一，常被比作整个风电场的"心脏"。作为海上风电场的电能汇集中心，海上升压站是其中输变电的关键设施，同时是整个海上风电场成败的关键。

2、海上升压站目前应用较多的是单桩与导管架基础，随着大型风电场的建设及多个风电场共用升压站的情况越来越多，单桩形式逐渐被淘汰，适用于大型升压站模块的桩式导管架结构成为海上升压站支撑结构的主流，随着风电场容量的增大，升压站上部模块逐渐增大，下部导管架支撑结构也逐渐增大，目前已知的升压站上部模块+支撑结构总重量已达5000吨以上，后续可能突破8000吨级以上，在已知电气设备布置的情况下，上部模块与支撑结构的重量难以大幅度优化，使得建造成本倍数增加，同时由于上部模块的重量较大，采用整体式吊装增加了海上施工难度，此外采用重型起吊船增加了船舶设备的租用费。在无法大幅优化用钢量的困境下，采用一种价格更低廉的材料替代钢结构是一种行之有效的方法，升压站基础是一种承重结构，混凝土材料是可以满足上述要求的，但采用混凝土结构会明显增大升压站结构的重量，使得海上运输、吊装施工成为难题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中所述的海上升压站海上运输和吊装施工困难的问题，本发明提供一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构及其施工方法。

2、本发明的海上升压站结构，包括钢筒、弧形过渡段、箱梁、混凝土立柱、斜撑杆组件和升压站；所述钢筒至少为四个；所述弧形过渡段设置在钢筒之上，弧形过渡段的底部与钢筒的顶部固定连接；所述箱梁连接相邻的弧形过渡段；所述混凝土立柱的底部插入弧形过渡段的内部并固定连接；所述斜撑杆组件连接相邻的混凝土立柱；所述升压站设置于混凝土立柱之上。

3、进一步地，所述弧形过渡段的顶部向下设置有凹槽形的空腔，所述空腔的截面为矩形。

4、更进一步地，所述箱梁为矩形厚壁空腔混凝土结构。

5、更进一步地，所述混凝土立柱为底部封口顶部开口的中空预应力混凝土结构，包括下部的矩形段、中部的渐变段与上部的圆柱段；所述矩形段的边长小于弧形过渡段的空腔截面边长，矩形段插入弧形过渡段的空腔中并通过填充高强灌浆料进行固定连接；所述渐变段和圆柱段的交接处设置有圆台形的混凝土托板。

6、更进一步地，所述斜撑杆组件包括x型斜撑，所述x型斜撑为钢管混凝土结构，x型斜撑的上下端部分别设置有套设于圆柱段外侧的上部套环和下部套环；所述上部套环与升压站抵接，所述下部套环与混凝土托板抵接；所述上部套环和下部套环与圆柱段之间通过填充高强灌浆料进行固定连接。

7、更进一步地，所述升压站包括顶层升压站和下层升压站，所述顶层升压站内部设置有支撑腿，所述下层升压站的内部设置有中空的圆管支撑柱，所述顶层升压站的底部设置有尖锥段，所述尖锥段插入下层升压站的圆管支撑柱的内侧并延伸出下层升压站的底部；所述尖锥段插入混凝土立柱的圆柱段中并通过填充高强灌浆料与混凝土立柱进行固定连接。

8、更进一步地，所述上部套环的外侧沿周向设置环形牛腿板，所述环形牛腿板包括环形钢、圆环托板和加劲板；所述环形钢套设于上部套环的外侧，环形钢的顶部固定连接有圆环托板；所述圆环托板与下层升压站的底部抵接；所述加劲板竖向设置于圆环托板的下方，加劲板的顶部与圆环托板的底部固定连接，加劲板的侧边与环形钢的外侧固定连接。

9、本发明还提出了一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构的施工方法，包括以下步骤：

10、步骤一、将钢筒、弧形过渡段、箱梁、混凝土立柱、斜撑杆组件以及升压站在陆上预制完成；将钢筒通过定位摆放后，在钢筒的筒顶一体浇筑弧形过渡段和箱梁，形成钢筒联立基础；将钢筒联立基础、混凝土立柱、斜撑杆组件以及升压站均由驳船运输至安装点；

11、步骤二、将钢筒联立基础下水后由拖船牵引浮运至安装点，慢慢抽出钢筒内气体，使钢筒联立基础依靠自身重力和进入钢筒内的水的重力逐渐下沉至进入泥面，然后抽出钢筒内的水，钢筒内部产生的负压使得钢筒贯入泥下，并实时实现调平，钢筒联立基础下沉时使用吊机拉住钢筒联立基础顶部控制其下沉速度；

12、步骤三、将混凝土立柱采用吊机逐一起吊插入弧形过渡段的空腔内，插入以后弧形过渡段空腔内壁与混凝土立柱外壁之间的空隙采用水下填充高强灌浆料进行固定连接；

13、步骤四、将斜撑杆组件采用吊机将斜撑杆组件连接相邻的混凝土立柱；

14、步骤五、将升压站采用吊机将升压站安装在混凝土立柱上。

15、进一步地，所述步骤三中，将混凝土立柱下部的矩形段下部插入弧形过渡段的空腔内。

16、更进一步地，所述步骤四中，斜撑杆组件包括x型斜撑，将x型斜撑的上部套环和下部套环套设于混凝土立柱上部的圆柱段外侧，上部套环与升压站抵接，下部套环与混凝土托板抵接，上部套环和下部套环与圆柱段之间通过填充高强灌浆料进行固定连接。

17、更进一步地，所述步骤五中，将下层升压站的圆管支撑柱对准套入混凝土立柱上部的圆柱段外侧，使下层升压站的底部坐落于上部套环外侧的环形牛腿板上，将顶层升压站吊起使其底部的尖锥段插入混凝土立柱上部的圆柱段空腔内并通过填充高强灌浆料进行固定连接，从而使顶层升压站坐落于下层升压站上，完成升压站的固定安装。

18、本发明与现有技术相比，海上升压站结构的主体采用混凝土替代钢结构，整体采用了钢筒与混凝土组合式结构，降低了钢结构的用量，减小了材料成本；为克服混凝土结构过重难以施工的弊端，采用了分体建造-分体运输-海上拼装成整体的施工方案，解决了目前海上升压站材料成本高、海上施工困难的问题，具有良好的经济性和实用性。

技术特征：

1.一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构，其特征在于：包括钢筒(11)、弧形过渡段(9)、箱梁(10)、混凝土立柱(5)、斜撑杆组件(6)和升压站；

2.根据权利要求1所述的一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构，其特征在于：所述弧形过渡段(9)的顶部向下设置有凹槽形的空腔，所述空腔的截面为矩形。

3.根据权利要求2所述的一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构，其特征在于：所述箱梁(10)为矩形厚壁空腔混凝土结构。

4.根据权利要求3所述的一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构，其特征在于：所述混凝土立柱(5)为底部封口顶部开口的中空预应力混凝土结构，包括下部的矩形段(53)、中部的渐变段(52)与上部的圆柱段(51)；所述矩形段(53)的边长小于弧形过渡段(9)的空腔截面边长，矩形段(53)插入弧形过渡段(9)的空腔中并通过填充高强灌浆料进行固定连接；所述渐变段(52)和圆柱段(51)的交接处设置有圆台形的混凝土托板(54)。

5.根据权利要求4所述的一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构，其特征在于：所述斜撑杆组件(6)包括x型斜撑，所述x型斜撑为钢管混凝土结构，x型斜撑的上下端部分别设置有套设于圆柱段(51)外侧的上部套环(7)和下部套环(8)；所述上部套环(7)与升压站抵接，所述下部套环(8)与混凝土托板(54)抵接；所述上部套环(7)和下部套环(8)与圆柱段(51)之间通过填充高强灌浆料进行固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构，其特征在于：所述升压站包括顶层升压站(1)和下层升压站(3)，所述顶层升压站(1)内部设置有支撑腿(2)，所述下层升压站(3)的内部设置有中空的圆管支撑柱(4)，所述顶层升压站(1)的底部设置有尖锥段(21)，所述尖锥段(21)插入下层升压站(3)的圆管支撑柱(4)的内侧并延伸出下层升压站(3)的底部；所述尖锥段(21)插入混凝土立柱(5)的圆柱段(51)中并通过填充高强灌浆料与混凝土立柱(5)进行固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构，其特征在于：所述上部套环(7)的外侧沿周向设置环形牛腿板(12)，所述环形牛腿板包括环形钢(121)、圆环托板(122)和加劲板(123)；

8.一种权利要求1-7中任意一项所述的钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构的施工方法，其特征在于：所述步骤三中，将混凝土立柱(5)下部的矩形段(53)下部插入弧形过渡段(9)的空腔内；

10.根据权利要求9所述的一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构的施工方法，其特征在于：所述步骤五中，将下层升压站(3)的圆管支撑柱(4)对准套入混凝土立柱(5)上部的圆柱段(51)外侧，使下层升压站(3)的底部坐落于上部套环(7)外侧的环形牛腿板(12)上，将顶层升压站(1)吊起使其底部的尖锥段(21)插入混凝土立柱(5)上部的圆柱段(51)空腔内并通过填充高强灌浆料进行固定连接，从而使顶层升压站(1)坐落于下层升压站(3)上，完成升压站的固定安装。

技术总结本发明提供一种钢筒与混凝土组合式的海上升压站结构及其施工方法，海上升压站结构包括钢筒、弧形过渡段、箱梁、混凝土立柱、斜撑杆组件和升压站。本发明海上升压站结构的主体采用混凝土替代钢结构，整体采用了钢筒与混凝土组合式结构，降低了钢结构的用量，减小了材料成本；为克服混凝土结构过重难以施工的弊端，采用了分体建造‑分体运输‑海上拼装成整体的施工方案，解决了目前海上升压站材料成本高、海上施工困难的问题，具有良好的经济性和实用性。技术研发人员：刘海波,曾斌,邹尤,甘乐,张峰,王伟,张成,汪顺吉,刘凯,胡超受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2