广州华申建设工程管理有限公司
【摘 要】目前，国内海上风电基础型式常用的有砼承台、单桩、导管架等结构，导管架与桩基需要通过灌浆连接。本文重点论述了海上风电导管架基础采用水下灌浆连接的缺点，并提出了一种新型干法灌浆的施工方法。
【关键词】海上风电；导管架；灌浆连接
自2008年开始，欧洲国家已在大力发展海上风电，英国、德国、丹麦等风力发电先进国家已经把风力发电发展中心由陆地转移到了海上。据欧洲风能协会预测，预计到2020年欧洲海上风电总装机容量将达到7000万千瓦。
中国沿海岸线长，有广阔的海洋空间和丰富的海上风能资源，海上可开发风能资源约7.5亿千瓦，具有开发利用风电的良好市场条件和巨大资源潜力。我国自2009年开始起步海上风电的建设，截止目前，我国风电装机累计完成100余万千瓦，远远没有完成国家“十二五”规划的500万千瓦。其主要原因，由于海上风电投资巨大，上网电价不足，使得投资开发企业积极性不高。例如一个200MW的风电场，投资约40亿元，后期维修运行费用也居高不下。
海上风电目前定义为离岸10km，水深10m的外海，需在海上立起塔架结构，在上部安装运行风机。海上风机塔架结构基础具有重心高、承受水平力和弯矩较大等受力特点，且与海床地质结构情况、海上风和浪的荷载以及海流等诸多因素有关，同时海上施工条件复杂，受安装、施工设备能力的影响很大，设备的使用和调遣费用也非常昂贵。因此，海上风电机组的基础被认为是造成海上风电成本较高的主要因素之一。合理选择基础结构型式对结构安全、施工难以程度及工程造价具有重要影响。
目前国内海上风电基础结构型式，大多采用高桩承台、单桩结构（如下图所示）。
图2单桩基础结构
高桩承台结构类似港口墩式码头结构，设计施工技术相对比较成熟；单桩结构采用直径5-7m钢管桩一次性打入，施工比较快，节省工期，但对打桩船机设备要求高。但当地质条件复杂，水深超过20m的区域，单桩和高桩承台结构由于整体刚度不够，风机运行时结构受水平力作用变形较大，将会破坏风机的正常运行。
而风机导管架基础结构采用钢管相互连接形成的空间三边或多边形棱柱结构，基础结构的主导管架下设套筒，与桩基础相连接（如下图所示），连接处采用灌浆材料采用高压灌浆连接。由于导管架整体刚度强，受波浪力小，结构变形小，适用于各种水深的海域，目前也开始被国内设计单位采用。
图3导管架基础结构
虽然导管架结构的适应性强，而且大部分工作可以工厂化生产，大大节省海上作业时间，相对可以减少基础建设成本。但由于导管架与桩基的连接处（连接方式：有内插式和外套式）需采用灌浆连接，风机运行过程中需要承受疲劳荷载。因此，灌浆要求保证导管架与钢管桩之间要有极高的连接性能、部位受力高、抗破坏的能力强。目前灌浆通常是在水下狭小的缝隙进行，对施工的连续性要求高，如果打桩以后放置太长时间，桩内就会有微生物附着，影响灌浆质量。如何保证灌浆质量，国内缺少实例经验借鉴，而且灌浆质量难于检测，这是目前钢桁架结构存在的不足之处，导致许多设计院、专家及业主目前不愿意去实施导管架结构。
为了解决水下灌浆的不足之处，经过不断的论证摸索，开发了一种用于水下调平与干法灌浆连接构件及其实施方法，该方法可解决水下桁架调平，并形成局部密封的水下干法施工条件，能避免水上桁架结构与基桩的水下灌浆施工，便于检测，更能保证灌浆连接的质量。如下图所示：
图4干法灌浆导管架基础结构
具体实施步骤如下：
1、在工厂制作基桩（11）及附设于其上部的牛腿（15）；制造带有支腿管（16）及环形趾板（17）的导管架（12）；
2、利用水上打桩设备在预定水域实施基桩（11）的沉桩施工，准确测量各根基桩（11）的桩顶标高及坐标，并在各桩顶安装临时导向锥（19）；
3、利用S2反馈数据精确制造各种高度的调节支座（14）；
4、分桩位安装调节支座（14），使其下喇叭口套扣在牛腿（15）上，并在其上喇叭口底端将止水胶囊（13）固定；
5、与利用水上起重设备安装导管架（12），使其各支腿管（16）套置在基桩（11）的外侧，环形趾板（17）搁置于调节支座（14）的止水胶囊（13）之上，使导管架（12）保持水平和稳定；
6、抽干导管架（12）的各支腿管（16）与基桩（11）的环形空间之间的海水，在环形空间干法灌砂浆（18），使基桩（11）与导管架（12）固定连接；
7、检查上述已灌砂浆（18）的质量是否合格；
其中，在步骤6之后，若遇浅基岩面地质，可通过在竖直支腿管（16）中在基桩（11）中加设嵌岩桩。
该施工方法可解决导管架调平，避免水下灌浆施工，提高灌浆连接质量，便于质量检测与补救，较好地解决了导管架与基桩的水下连接的问题，在海上工程中具有广泛的应用前景。为保护公司的知识产权，我公司已将该施工方法申请了专利。
参考文献：
[1]《近海工程结构物：导管架平台》2009年8月1日大连理工大学出版社出版。
论文作者:潘晓亮
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/8/30
标签：导管论文; 结构论文; 海上论文; 风电论文; 水下论文; 基础论文; 风机论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;