目前已經(jīng)應(yīng)用的海上風(fēng)電基礎(chǔ)施工方案有單樁基礎(chǔ)、多樁基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)等，其中單樁基礎(chǔ)因其施工方便、造價相對較低等優(yōu)點(diǎn)，是目前海上風(fēng)電基礎(chǔ)的主要類型。相對于其他類型，風(fēng)電單樁基礎(chǔ)施工方便，但因單樁基礎(chǔ)的風(fēng)電結(jié)構(gòu)的垂直度控制相對難度更大，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中添加了過渡段，在鋼管樁基礎(chǔ)上部添加套筒，套筒與基礎(chǔ)以高強(qiáng)度灌漿料連接，上部連接塔筒，這樣的優(yōu)點(diǎn)是鋼管樁基礎(chǔ)的垂直度不需要特殊的裝置去控制，因垂直打樁出現(xiàn)的垂直度偏差可以通過調(diào)整過渡段來實(shí)現(xiàn)整體的垂直度嚴(yán)格控制。
圖1 單樁基礎(chǔ)（圖中剖面為過渡段）
由于國外企業(yè)對于某些材料和技術(shù)的壟斷，使得國內(nèi)的風(fēng)電領(lǐng)域廠家面臨高造價和受制于人的境地，所以有的廠家積極研發(fā)替代性材料和技術(shù)突破，有的廠家則通過繞過某些缺失技術(shù)和材料，使得風(fēng)電結(jié)構(gòu)施工和服役期內(nèi)的風(fēng)險加大。由于風(fēng)電行業(yè)在國家政策的大力支持下，新的嘗試和新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但也不能利用不成熟的技術(shù)在新建風(fēng)電場大面積推廣，而應(yīng)該有步驟、有比較的逐步推進(jìn)新技術(shù)的推廣，在時間的檢驗(yàn)下如果新技術(shù)確實(shí)更加優(yōu)異，再在風(fēng)電領(lǐng)域推廣也不會太遲，期間可以和原有的國外成熟技術(shù)工藝進(jìn)行對比，以確定其實(shí)用性和可行性。畢竟風(fēng)電領(lǐng)域的投資巨大，一旦因?yàn)椴怀墒斓募夹g(shù)出現(xiàn)損傷甚至報廢，其損失也是不可估量的。
在當(dāng)前國內(nèi)單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案有兩種，一種是沿襲了國外成熟的過渡段單樁基礎(chǔ)方案，一種是取消過渡段的法蘭直接剛性連接單樁基礎(chǔ)方案，后一種方案是在國外過渡段用高強(qiáng)度灌漿料壟斷的背景下提出的替代方案，我們在分析了過渡段單樁基礎(chǔ)方案提出的原因，也不難發(fā)現(xiàn)取消過渡段并以法蘭連接單樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)方案有其難以克服的缺陷，雖然打破了國外的技術(shù)壟斷，但并不能規(guī)避其存在的必然風(fēng)險性。
那去除其他方面的優(yōu)缺點(diǎn)，僅從過渡段提出的直接原因來分析兩種方案的利弊。
過渡段的方案優(yōu)點(diǎn)是不涉及樁基礎(chǔ)的垂直度調(diào)整，而是通過過渡段來調(diào)整垂直度，從而使整體的垂直度達(dá)到設(shè)計的要求，其限制是對于過渡段的結(jié)構(gòu)尤其是填充套筒與鋼管樁間隙的灌漿料有極高的要求。其優(yōu)勢在于不產(chǎn)生海床基礎(chǔ)土的擾動，整體結(jié)構(gòu)的垂直度精確控制容易，過渡段的緩沖使在振動載荷的作用下也不易產(chǎn)生應(yīng)力集中等優(yōu)點(diǎn)。
圖2 海床土層單樁基礎(chǔ)彎矩
圖3海床土層單樁基礎(chǔ)水平位移
在海洋環(huán)境中的風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)所受的循環(huán)載荷有三個影響因素：樁土的非線性、土體極限抗力退化以及樁土脫開效應(yīng)。法蘭直接連接的方案是取消了過渡段，基礎(chǔ)樁打入過程需要扶正裝置不斷的調(diào)整垂直度，不但其垂直度精確度難以控制，而且造成了海床基礎(chǔ)土的擾動，造成基礎(chǔ)土對打入其內(nèi)部的樁基礎(chǔ)的約束力損失，使水平承載力在初始階段就小于過渡段的方案，在多臺風(fēng)侵襲的中國東海和南海風(fēng)電場，風(fēng)電結(jié)構(gòu)更容易傾斜甚至傾覆。如果通過扶正裝置使垂直度控制達(dá)到了設(shè)計的要求，并且精確度很高，水平承載力的損失使整體結(jié)構(gòu)應(yīng)對臺風(fēng)等強(qiáng)力作用的能力降低，圖2為一定載荷下海床土層單樁基礎(chǔ)彎矩，圖3為對應(yīng)載荷下單樁基礎(chǔ)的水平位移，可以看出在土深度接近上部1/3處承載力最大，在扶正裝置不斷作用下樁土的承載力逐漸損失，造成能夠承受的極限載荷也就逐漸降低，從而抵抗強(qiáng)作用載荷的能力損失。但如果整體結(jié)構(gòu)的垂直度沒有達(dá)到設(shè)計要求，由于風(fēng)電結(jié)構(gòu)在海床以上的高度是打入海床基礎(chǔ)部分的2倍以上，所以在垂直度沒有達(dá)到要求的前提下，結(jié)構(gòu)的偏心荷載時非常大的，加上基礎(chǔ)土擾動造成的約束力損失，一旦有強(qiáng)力的風(fēng)載荷作用，其傾倒的風(fēng)險特別大。
所以，在現(xiàn)有的工程科學(xué)技術(shù)條件下，海上風(fēng)電場單樁基礎(chǔ)垂直度控制方法和力學(xué)理論應(yīng)參照歐洲國家成熟的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計與工程案例，一個好的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法應(yīng)該是經(jīng)過慎重考量的，而且遠(yuǎn)景壽命也是經(jīng)得住時間檢驗(yàn)的。
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