海上风电场基础形式及配套施工技术VIP免费

［收稿日期］２０１０－０７－２８［作者简介］秦顺全（１９６３—），男，四川绵竹市人，中国工程院院士，长期从事大型桥梁的设计、施工工作；Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｓｑ＠ｚｔｍｂｅｃ．ｃｏｍ海上风电场基础形式及配套施工技术秦顺全，张瑞霞，李军堂（中铁大桥局集团有限公司，武汉４３００５０）［摘要］根据不同的水深及地质条件，结合已建成的海上风电场基础形式及施工方法，介绍和研究了重力式、单桩、群桩、设置沉箱、沉井及吸力式筒形基础等几种形式。对不同的基础形式，分别提出了自升式平台、浅吃水半潜驳、打桩船及整体浮运吊装等相应的基础施工方法。根据风机机组类型，对塔筒和风机的安装也做了介绍。［关键词］海上风电场；基础形式；桩基础；导管架基础；吸力式筒形基础；设置沉箱；风机安装［中图分类号］ＴＵ４７６；ＴＵ７４５．７［文献标识码］Ａ［文章编号］１００９－１７４２（２０１０）１１－００３５－０５1前言利用清洁的风能资源是全球能源开发的战略方针［１］。２０１０年，欧洲海上风电场的开发已步入快速发展期，丹麦、英国、瑞典、德国等主要的海上风电场国家都制定了相应的海上风能发展战略规划，世界海上风电装机容量已经达到了１００万ｋＷ，其中大约４０％在丹麦。我国首个１００ＭＷ东海海上风电场也已在７月份建成并正式并网发电。由于海上风能具有风速高、风速稳定、不占用土地等优点，已成为目前风能发展的趋势和重点，而在海上建立风电场除了其明显的优势外也带来一些不可避免的问题，其中之一就是其基础工程的建设成本远远高于陆地风机。因此，寻找各个途径来降低海上风电场建设的成本是海上风机发展的关键所在。2海上风电场的特点及基础形式海上风机基础与陆地风机基础相比有以下特点：１）荷载：有强风、海浪、冰载和腐蚀的作用。２）地质条件：覆盖层多为淤泥质土、沙土或无覆盖层的裸岩，差异性大，施工条件差。３）运输条件：只能水运，在滩涂或潮间带运输必须采用特制设备。４）安装方式：受海浪、强风影响，结构的运输与安装需投入大型水上设备，设备调遣使用费高。就受力而言，海上风电场的基础与桥梁基础是大同小异的，因而可以借鉴桥梁基础的形式，同时海上石油平台的设计施工理念也值得借鉴。海上风电场基础除满足自身结构的强度、刚度及稳定性外，还要进行动力模态及疲劳分析，以满足基础结构在海洋环境中安全可靠的要求。根据海上风机的布局特点和海上施工的具体条件，设计出针对海上风电场的基础形式，主要有重力式基础、单桩基础、群桩基础、导管架基础、设置沉箱基础、沉井基础及吸力式筒形基础。１）单桩基础：又分钢桩和钢筋混凝土管桩两种基础形式。钢桩为矱３～矱７ｍ的钢管，板厚３０～６０ｍｍ，打入深度在１５～５０ｍ，单桩承载力达５００～２６００ｔ，适应于覆盖层地质及水深在３０ｍ以下区域。其优点：不要求对海床做预先的准备，制造简单，施工快速，但相对海水较深时柔性大，如图１所示。钢筋混凝土管桩直径５～６ｍ，壁厚５０～１００ｃｍ，钻孔深度２０～５０ｍ，单桩承载力达１５００～３０００ｔ，优点：不需要海床的预处理，工厂预制，现场安装，缺点：需大直径钻孔设备，大吨位浮吊吊装，如53２０１０年第１２卷第１１期图２所示。２）群桩基础：采用小直径斜钢管，单钢管直径１．５～１．６ｍ，承台为钢筋混凝土结构，具有承载力大，抗水平载荷强的特点，适合有厚覆盖层、水域较深的区域，水深不大于３０ｍ，缺点是现场作业时间较长，工作量大。如图３所示。图1钢管桩基础Fig．1Steeltubepilefoundation图2钢筋混凝土管桩基础Fig．2RCtubepilefoundation３）重力式基础：可采用混凝土空心结构，依靠基础的重力抵抗倾覆力矩，中间填充沙或碎石，适用图3群桩基础Fig．3Grouppilefoundation于硬质地层，水深不大于１０ｍ，其优点是承载力大，稳定性好，如图４所示，缺点：对海浪的冲刷较敏感，适用于水深较浅、地质条件好的区域，运输安装困难。图4重力式基础Fig．4Gravityfoundation４）导管架基础：采用小直径钢管打入，端部填塞或成型连接，适合较深的水域，且覆盖层承载力高，如图５所示，其优点：...