海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型與施工工藝

袁司

摘要： 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，世界上可以利用的能源資源量逐漸變少，人們的研究開始轉(zhuǎn)向?qū)π滦湍茉吹拈_發(fā)利用，風(fēng)能作為一種可持續(xù)的清潔能源，受到很多人的關(guān)注，在海上建立風(fēng)電場(chǎng)避免了對(duì)土地資源的占用，而且海上風(fēng)電資源十分豐富。海上風(fēng)電技術(shù)在我國(guó)尚處于研究的階段，很多施工技術(shù)還沒有發(fā)展成熟，海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)需要選擇合適的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型，針對(duì)施工的環(huán)境以及施工的實(shí)際情況選擇合適的施工工藝。本文對(duì)海上風(fēng)電的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行闡述，并對(duì)其進(jìn)行分析，介紹了不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工工藝，以期望為相關(guān)施工建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞： 海上風(fēng)電；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；選型；施工工藝

能源資源在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中越來(lái)越少，但是社會(huì)對(duì)于能源的需求量越來(lái)越高，因此人們開始對(duì)風(fēng)能等能源的開發(fā)利用進(jìn)行研究。風(fēng)能具有可持續(xù)性的特點(diǎn)，而且利用過(guò)程中不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成破壞，在未來(lái)的應(yīng)用前景較高。我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于能源的需求量極大，建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)不僅能夠緩解沿海地區(qū)用電緊張的情況，還可以使我國(guó)環(huán)境污染情況得到改善。[1]然而海上風(fēng)電場(chǎng)相比較陸上風(fēng)電場(chǎng)，其施工環(huán)境較為特殊，因此對(duì)于風(fēng)電設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要求較高，選擇合適的結(jié)構(gòu)和施工工藝，在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)下，節(jié)省投資成本。

一、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型

1、重力式基礎(chǔ)

重力式基礎(chǔ)是依靠自身的重量來(lái)對(duì)抗海上風(fēng)浪的荷載，能夠適用在淺海水域，而且對(duì)海床的土質(zhì)要求較高，不可以有淤泥存在。用混凝土來(lái)制作大體積沉箱或者基座，使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)穩(wěn)地沉入海底，通常設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體積和重量都非常巨大，因此這些結(jié)構(gòu)大多是在施工地點(diǎn)附近的陸地上來(lái)進(jìn)行制作。[2]結(jié)構(gòu)制作完成后，借助運(yùn)輸船只將基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)運(yùn)輸?shù)侥繕?biāo)的施工地點(diǎn)，安裝過(guò)程就較為簡(jiǎn)單，相比較來(lái)說(shuō)施工的成本低廉。

2、樁式基礎(chǔ)

樁式基礎(chǔ)可以分為單樁、多樁和導(dǎo)管架式基礎(chǔ)。單樁基礎(chǔ)是目前應(yīng)用最多的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)性較強(qiáng)，多使用在海水較淺或者中等水深的海域。單樁基礎(chǔ)一般適用在海床較松軟的海域，如果海床土質(zhì)較為堅(jiān)硬，則需要鉆孔設(shè)備，會(huì)使得施工過(guò)程的成本投入增大。不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，單樁基礎(chǔ)的施工建設(shè)過(guò)程較為便捷，在歐洲等地區(qū)十分受歡迎，使用上較為廣泛。導(dǎo)管架式基礎(chǔ)最早是運(yùn)用在海洋石油鉆井平臺(tái)的建設(shè)中，其相關(guān)施工工藝發(fā)展比較成熟，現(xiàn)在這項(xiàng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始在海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)中推廣應(yīng)用。導(dǎo)管架式基礎(chǔ)能夠?qū)＠艘约昂ｏL(fēng)產(chǎn)生的荷載有著較好的抵抗力，相比較于其他類型的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定強(qiáng)度較高，能夠適用在深海海域的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中，在施工安裝的過(guò)程中，基本上沒有較大的難題，相關(guān)的工藝十分成熟，能夠搭載大型的風(fēng)電機(jī)組。[3]不過(guò)該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)需要較多的鋼材，而且施工安裝的工期比較長(zhǎng)，容易受到天氣等因素的影響，從而使項(xiàng)目施工投資的成本較高。多樁基礎(chǔ)是單樁基礎(chǔ)和導(dǎo)管架式基礎(chǔ)相互結(jié)合而產(chǎn)生的，一般情況下，多樁基礎(chǔ)需要三根或者三根以上的鋼管柱來(lái)作為支撐，上部和塔筒相互連接，這項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)在國(guó)外投入使用，適用在深海海域，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，施工安裝的過(guò)程相比較導(dǎo)管架式基礎(chǔ)要簡(jiǎn)單得多，投入的成本較少。

3、吸力筒式基礎(chǔ)

吸力筒式基礎(chǔ)是一種比較新型的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際的施工情況，來(lái)設(shè)計(jì)筒的數(shù)量從而保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定性。吸力筒式基礎(chǔ)不僅安裝方便，拆除也十分方便，相關(guān)部件能夠得到再利用。不過(guò)這項(xiàng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)目前仍處于研究階段，使用過(guò)程中是否存在風(fēng)險(xiǎn)尚未確定。

4、漂浮式基礎(chǔ)

漂浮式基礎(chǔ)是利用浮力來(lái)對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行支撐，這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用到深海海域的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中，然而在實(shí)際的建設(shè)中還存在較多難題，在防止風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)過(guò)度傾斜以及搖晃還需要較多的研究。我國(guó)對(duì)漂浮式基礎(chǔ)的研究起步較晚，目前還沒有得到實(shí)際的應(yīng)用，不過(guò)在未來(lái)的發(fā)展中具有較高的應(yīng)用前景和價(jià)值。

二、海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工工藝

1、重力式基礎(chǔ)

重力式基礎(chǔ)體積和重量較大，因而在施工海域附近的陸地上進(jìn)行預(yù)制，隨后用運(yùn)輸船將其運(yùn)送至目標(biāo)施工海域，對(duì)海床的淤泥進(jìn)行清除并拋石，對(duì)拋石進(jìn)行分層夯實(shí)，確保能夠使基礎(chǔ)在安裝施工中減少壓縮沉降。[4]在結(jié)構(gòu)安裝到指定位置之后，再進(jìn)行拋石回填，要注意不同方向都要保持均勻，防止使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)傾斜。

2、樁式基礎(chǔ)

樁式基礎(chǔ)在施工過(guò)程中，需要大型的打樁設(shè)備來(lái)進(jìn)行安裝，借助樁錘直接將樁式基礎(chǔ)打入海底土層中即可。如果海底土質(zhì)較為堅(jiān)硬，則需要相關(guān)的打孔設(shè)備先進(jìn)行打孔，然后再沿孔進(jìn)行打樁。[5]在實(shí)際的安裝施工中，單樁基礎(chǔ)一般情況下樁徑較大，因此對(duì)打樁設(shè)備的要求比較高，需要較大型的打樁設(shè)備，而多樁和導(dǎo)管架式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)則對(duì)打樁設(shè)備的要求不高，不過(guò)需要在水下進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)的焊接工作。

3、吸力筒式基礎(chǔ)

吸力筒式基礎(chǔ)在安裝過(guò)程中先是依靠自身的重量沉入水中，然后用泵將筒內(nèi)海水抽出形成負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下逐漸插入海底土層中，從而固定在海床上，如果要拆除結(jié)構(gòu)，只需要對(duì)其進(jìn)行灌水消除負(fù)壓即可。

4、漂浮式基礎(chǔ)

漂浮式基礎(chǔ)則是建造漂浮的基礎(chǔ)平臺(tái)，使平臺(tái)能夠漂浮在海面上，同時(shí)受到的浮力能夠支撐住風(fēng)電機(jī)組設(shè)備，再依靠錨泊系統(tǒng)能夠使其固定在某一海域中，確保風(fēng)機(jī)的正常工作運(yùn)行。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)是時(shí)代發(fā)展的必然，海上儲(chǔ)存的風(fēng)力資源十分豐富，而且風(fēng)電場(chǎng)沒有噪音的限制，發(fā)電的功率較高，能夠有效的緩解沿海地區(qū)用電緊張的狀況。海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型較多，在施工前，應(yīng)當(dāng)對(duì)目標(biāo)施工海域進(jìn)行充分的勘測(cè)，根據(jù)實(shí)際的施工情況來(lái)對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和施工工藝進(jìn)行選擇，保證施工質(zhì)量的同時(shí)，降低相關(guān)的投資成本。

參考文獻(xiàn)

[1]林毅峰，李健英，沈達(dá)，等.東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)地基基礎(chǔ)特性及設(shè)計(jì)[J].上海電力，2017，3：153-157.

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