中交三航（上海）新能源工程有限公司 上海市
摘要：随着科技的不断发展，人们对于能源的需求也是越来越大。在使用水力、燃煤和核能发电的同时，风力发电也相对应用而生。我国的辽阔海域上风力资源充足，建立起海上发电机组，可以为沿海城市提供电能。海上风力发电机组建立在海上，基础形式大多为桩式基础，桩式基础又可以分为单桩基础，多桩导管架基础等形式。
关键词：海上风电机组；基础灌浆技术；应用与发展
1灌浆连接段类型
1.1圆柱形灌浆连接段
圆柱形单桩灌浆连接段是目前工艺最成熟的连接形式之一，是对海上石油平台导管架灌浆连接段的一种沿用，研究者对于圆柱形灌浆连接段的研究最早可以追溯到上世纪70年代，对该连接类型有着比较丰富的经验。但是由于主要受力形式的改变，使得单桩基础圆柱形灌浆连接段受力性能的研究仍有许多方面值得发展。圆柱形灌浆连接段可分为带剪力键型和无剪力键型，典型的带剪力键圆柱形单桩基础灌浆连接段。剪力键能明显增加灌浆连接段的轴向承载能力，但由于剪力键附近明显的应力集中现象，对灌浆连接段的疲劳性能有不利影响。在2009年以前，业界普遍认为轴向承载力可以由钢管与浆体间界面的摩擦作用承担，但是，由于单桩基础灌浆连接段受到反复弯矩荷载作用，荷载循环次数高达107～108次，反复弯矩作用下可能出现钢管与浆体界面失效的情况。在2009年之前的一系列设计规范都未明确规定是否需要使用剪力键，可由设计人员自行决定，但此举为2009年以来大量出现的已建成海上风机基础无剪力键灌浆连接段滑移沉降的病害埋下了隐患。
1.2先桩法导管架基础灌浆连接段
先桩法导管架基础的灌浆连接段是钢管桩在外，导管架腿柱在内，一般在导管架腿柱上设置灌浆管线及灌浆孔，往内外管形成的环向空间中灌注灌浆料，对于导管架基础灌浆连接段设计，重要的是要避免往复循环荷载引起的开裂。荷载只在一个方向，或轴向荷载主要沿着某一方向时，裂缝仍可以传递荷载。在先桩法导管架基础的灌浆连接段中，从灌浆连接段最底部往上至一半弹性长度范围内，受弯矩影响不大，而从灌浆连接段最顶部往下至一半弹性长度范围内，受弯矩影响很大，为了避免由于剪力键在这部分区域引起初始裂纹，最好不要在此范围内布置剪力键。
2海上风电灌浆的工程应用
珠海桂山海上风电场场址位于珠江河口的伶仃洋水域，处于珠海市万山区青洲、三角岛、大碌岛、细碌岛、大头洲岛与赤滩岛之间的海域。场区内海底地貌形态简单，水下地形较平坦，海底泥面标高一般为-6.0m～12.0m，属于近海风电场。
海上风力发电机组单个机位的风机结构包含两个部分：风机本身、风机基础。风机基础为四桩导管架基础：包含4根桩基础及一个导管架。施工中，先对四根基础钢管桩进行精确对位插打（桩顶设计标高为水下-7.00m），然后吊装导管架进行导管架安装。导管架安装示意图如右图。导管架安装到位后，进行导管架基础灌浆，完成钢管桩与导管架的连接。
2.1导管架基础灌浆管布设
导管架内设有灌浆管线，由上方的灌浆终端面板往水下的灌浆连接段内灌浆，在灌浆连接段底部设有灌浆入口，可自下往上填满灌浆连接段。灌浆终端面板设在标高5米多的位置。一个灌浆终端面板上设有两个灌浆连接段的灌浆管道，一个导管架共有两个灌浆终端面板，均设在导管架的一方向上，布置有平台，方便灌浆作业。
导管架灌浆连接段下方设有环形的灌浆密封圈。灌浆密封圈是一种用于封堵灌浆材料、防止灌浆施工中灌浆泄露的产品，安装在风机基础灌浆连接段的底部，设在灌浆料进入口的下方，沿钢管一圈进行螺栓固定，防止灌浆料下流浪费并保证灌浆饱满。
2.2.4灌浆
灌浆通过3寸高压灌浆软管灌入，在甲板上把软管从搅拌机到灌浆入口布置好。灌浆管连接到泵上，用搅拌机加水搅拌32.5复合硅酸盐水泥，通过灌浆管路泵送到灌浆空间中，湿润灌浆管道。灌浆前，对所有设备及灌浆管路检查。确认无问题后，开始进行泵送灌浆料。开始时，需用低速泵送，直至灌浆形成稳定流速时才能加速泵送。使用先进的水下声纳成像探测系统对钢管桩管口出浆情况进行监控，待观察到有浆冒出时，潜水员潜水下去配合观测，确定环形灌浆空间各个方向已灌浆饱满。停止泵送。泵停止15分钟，静置灌浆料，排出可能存在的气泡，使灌浆料稳定下来，再次观察确认灌浆料完全灌满；如果需要，再次泵送灌浆、灌满。比较理论用量和实际泵送的量。如果实际用量少了，则灌浆内可能存在空洞，需静置把空气排出；如果实际用量多了，则可能存在密封圈露浆的可能，持续观察至灌浆饱满度无变化才可停止灌浆，进行下一步操作。卸开灌浆软管并连接到下一个灌浆口，重复灌浆工序和停止工序直至4条桩腿全部灌好。清洗输料软管及设备。
3结论
针对海上风机基础灌浆的特殊需求和特殊施工方法，高强灌浆料需要具备大流动性、高早期强度、高最终强度、高抗疲劳性能等特点，用水量和温度是影响以上各项性能两个非常重要的因素。单桩基础与导管架基础的灌浆连接段是海上风电基础中两类典型的连接形式，单桩基础的灌浆连接段一般设计成带剪力键圆柱形或者无剪力键圆锥形，其中前者应用更普遍；而导管架基础的灌浆连接段一般根据导管架基础分类而不同。
参考文献
[1]林毅峰，陆忠民，黄俊，周旋.海上风电机组高承台群桩基础设计特点及关键力学问题[J].海洋技术学报，2016，35（05）：29-36.
[2]杨骏，舒雅，许蓉.海上风电机组安装装备与技术的发展[J].中外船舶科技，2016（02）：6-14.
论文作者:张海建
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/17
标签：导管论文; 剪力论文; 基础论文; 海上论文; 圆柱形论文; 荷载论文; 风机论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;