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摘要：目前我國對于海上風電場的建設研究仍然處于起步階段，而面對電力資源日漸稀缺的與用電需求越加旺盛的矛盾，海上風電場的建設與發展趨勢已成必然，而海上風電基礎結構選型極其施工工藝則是海上風電場建設研究的重點所在。文章通過研究相關文獻以及結合筆者自己多年工作經驗情況下，首先對國際上常見海上風電基礎結構極其施工工藝進行了深入分析，進而對比了其適用條件，希望能夠為我國海上風電場建設提供有效參考。

關鍵詞：海上風電；基礎結構；選型；施工工藝

1引言

當前，發展速度最快的清潔能源當屬風力發電，海上擁有豐富的風力能源，加上越來越先進的風力轉換技術，必將使海洋迅速成為高效的發電場。國外發達國家的海上風電場建設有的已經進入可大規模開發階段，而我國在此方面仍然處于探索階段。就國外研究顯示，風機基礎成本大約是風電場建設成本的三分之一，且其選型與施工存在較大風險，這也是使得海上風電場建設成本較大的原因之一?？梢妼Ｉ巷L電基礎結構選與施工工藝進行合理探討對于海上風電發展極為關鍵。

2國內外對于海上風電基礎結構的研究現狀

DNV-OS-J101把海上風電場基礎結構劃分為重力式基礎結構、樁承基礎結構、桶形基礎結構以及浮式結構。海上的地質條件較為復雜且多變，導致海上風電場基礎結構并非是固定的某種單一形式，為降低成本，便于施工，基于一些特定情況也可選擇多種結構混合的方式。上，然而目前應用較為廣泛的當是樁基礎結構。我國目前對于海上風電場的建設仍處于探索階段，東海大橋100MW海上風電示范項目(3MW/臺)和中海油渤海風電示范項目(1.5MW/臺)，只具備一定的現實意義，且針對性較強，不具備較好的普遍性與可推廣性。可見，基于我國現有的施工技術，船舶設備條件、海域作業條件等，探討出一兩種適用于我國海上風機基礎結構極具現實意義。

3海上風電基礎結構類型及施工工藝

3.1重力式基礎

這種結構主要是利用其重量使風機保持垂直狀態，結構較為簡單且采用的是鋼筋混凝土的沉箱結構，因此成本不高，這使其目前在海上風電基礎結構建設中已經有了較為成熟的應用，但具備體積大且笨重的缺點。重力式基礎結構在施工之前必須清除掉淤泥層，完成孤立墩挖槽后應及時拋石，拋石石塊為10kg~100kg為宜，并且要分層夯實，避免發生沉降現象。重力式基礎的體積、重量都較大，3~5MW風機基礎的重量通常在1500t~2000t之間，高度超過15m；所以在選擇的預制廠應離出運碼頭較近為宜，避免長距離的陸地運輸。重力式基礎預制完成后，在進行海上運輸時可選擇采用駁船、半潛駁和浮吊的形式運輸，也可利其自身浮游特性搭配氣囊使用拖輪牽引至安裝地點?；A安置到位后應立即進行碎石或拋砂壓載回填，回填過程的各個方面都要保持均勻，防止基礎傾斜和隔艙壁開裂。由此可見，重力式基礎的結構及制造工藝都較為簡單，承載力小，且國外有成功應用的經驗，比較適用地基條件較好，水深在10m以內的區域；沖刷海床及軟地基則不適宜采用這種結構

3.2桶式基礎

從研究來看，桶式基礎在近些年海上風電基礎結構建設中得到了較好地應用，根據結構不同，又可分為單桶、三桶、四桶3種形式。桶式基礎屬于短粗的鋼性樁，主要利用了負壓沉貫的原理。呈現出開口形的圓桶形狀，每個桶是通過剪切板使中心立柱與鋼制圓桶連接，再通過剪切板使中心立柱產生的載荷分配到桶壁傳入基礎當中。桶式基礎設計需要考慮諸多因素，難度也較大，其設計結果往往是隨著設計條件變化而有所不同，導致如果海上風電基礎結構采用它的話會造成較大的投資波動。加上桶型基礎要保持負壓狀態，因此不適用于巖性海床、可壓縮的淤泥質海床沖及刷海床。同時不能確保總是能淹沒基礎的灘涂地也不適用。適用水深為25m以下。桶式基礎起步較晚，發展應用不還成熟，因此存在較多不確定風險。

3.3樁式基礎

樁基礎根據結構形式，可以分類為單立柱單樁、單立柱三樁、導管架結構、多樁承臺等形式。

3.3.1單立柱單樁

這是樁式結構中最簡單的結構形式，主要是由法蘭過渡連結段與一根直徑為3m~6m的鋼管樁組成。單樁結構是國外近海風電場采用最多的基礎形式，如丹麥Samso近海風電場就采用了樁徑為4.5m的單立柱單樁結構。對于單立柱單樁基的施工工藝，首先是對過渡段、鋼管樁的預制；接著是對鋼管樁的運輸與沉設；最后則是對過渡段安裝、灌漿。雖然施工工藝簡單，但是單立柱單樁樁徑一般都較大，必須使用超大型的打樁設備。這一條件在近期內限制了單立柱單樁結構在我國的應用發展。近幾年，我國通過進口大型液壓打裝錘，大大提高了打樁能力，彌補了單立柱單樁結構的應用缺陷，單立柱單樁在我國有著較好的發展前景。另外，為緩解單立柱單樁直徑較大帶來的施工難問題況，還可采取適當增加樁的長度來替代直徑大的樁。

3.3.2單立柱三樁

單立柱三樁的出現很好地解決了單立柱單樁直徑過大的不足，其結構形式如下圖。水下連接是單立柱三樁基礎的主要施工特點。其應用原理是，將三根直徑中等的鋼管樁以等邊三角形均勻地定位在海底，而在樁頂結構上，通過利用鋼套管對上部三腳的桁架結構，進行支撐進而形成較為穩定組合式基礎。施工順序為：先是對三角架進行沉放，然后利用導管對三根樁進行施打。導管與基樁可通過水下焊接或灌注高強度化學漿進行水下連接。三腳桁架應預先制作，其承擔著上部塔架的荷載。在水平和斜向方向設置數根三腳桁架預制鋼構件，分別連接三根鋼套管的中心，對于在上部豎向鋼管的頂端應設置法蘭與風機塔架進行相接。這種基礎結構能夠很好地彌補單樁樁徑過大的缺陷，作業成本介于單樁與三腿導管架之間，適用的地質條件比較廣泛，適用水深為30m以下。

3.3.3導管架基礎

導管架結構可根據實際情況需要設計成三腿、四腿結構，又可分為直式、單傾、雙傾等形式。該基礎施工時需要使用兩套樁錘，因此，導管架基礎不宜用于淺水區域。導管架結構能夠較好地解決水下連接問題并且具備較好的承載能力，適用水深在30m以上。導管架基礎與單立柱三樁的施工工藝基本一致，然而其缺點在于該結構地建設需要使用到大量的鋼材，因而在樁式基礎中往往較少采用到它。

3.3.4多樁承臺

多樁承臺基礎，又可劃分為高、低樁承臺，比如，我國的東海大橋海上風電場項目，由于正處于橋下航道區域，因此，為了有效地避免發生意外碰撞而選擇高樁承臺結構。同時，在特定的海域內，多樁承臺也具備一定的基礎優勢：其要求的施工設備配置不高，國內滿足要求的船舶資源較多，加上施工工藝較為成熟，適用與離岸15km以內的海域施工。

3.4浮式基礎

水深在50m以上的近海區域的風力機安裝作業過程中，浮式基礎具備明顯的優勢。相比于固定樁基礎、導管架式這兩種結構選型的高建設成本，浮式基礎作為風力機的安裝平臺，利用錨泊系統進行海床的錨定作業。浮式風力機平臺具備施工成本較低以及海上運輸簡單的優勢，因此在深水海域風電場施工中，浮式基礎有著較為廣泛的應用前景。通過對相關文獻研究以及結合筆者多年工作實踐，浮式基礎主要有TLP、柱行浮筒以及三浮箱這三種類型。必須擁有足夠的浮力支撐風電機組的重量，這是浮式基礎的硬性要求，同時還要求能夠有效地防止和抑制傾斜、搖晃以及方向移動。對于風力發電機而言，避免強風引起翻轉，是風機設計過程中首先需要考慮的問題。比如英國BlueH公司在2008年建成首座海上浮式風力機樣機，其先是在陸地上把風力機與浮式基礎進行組合，然后利用船運輸到具體的安裝位置。從公開文獻資料來看，風力機位于平臺中央主立柱上，這座樣機浮式平臺基礎，跟半潛式平臺的結構有所類似，同時為了保證風力機穩定使用可以調長度的強力錨鏈線把它固定到海底重塊中，這樣一來讓該風力機能夠在水深50-300m的海域中建設應用。

4結束語

綜上所述，從研究來看海上風電場建設中所能選擇到的基礎結構類型眾多，并且它們各有優點。在這種情況下我們需要充分結合具體海域情況、氣候環境以及建設成本等多方面因素綜合考量來做好海上風電基礎結構選型工作，并在此基礎上結合具體選型采取適宜的施工技術與工藝，從而在有效地保證海上風電建設質量情況下提升其社會和經濟效益。

參考文獻：

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[3]辛碩.海上風電基礎型式與設計選型[J].科學與財富,2016(5).

作者:王革棟 單位:中交三航(上海)新能源工程有限公司