海上风电风机PHC群桩高桩承台基础施工技术研究.pdf

江西建材工程技术与应用1922023年7 月海上风电风机 PHC群桩高桩承台基础施工技术研究王秋慧中国电建集团江西省电力设计院有限公司，江西 南昌 330096摘 要：文中以 PHC群桩高桩承台基础的越南某海上风电工程项目为例，重点阐述了 PHC群桩高桩承台基础技术优势、结构布置和特点，详细描述了PHC群桩高桩承台的施工方法和要点。该基础型式具有承载力高，沉降量小，均匀、防腐耐久性能好等技术优点，该研究对 PHC群桩高桩承台基础在海上风电中的施工技术具有指导意义。关键词：海上风电；PHC群桩高桩承台基础；施工方法；承载力中图分类号：TU473 文献标识码：B 文章编号：1006-2890（2023）07-0192-02Research on Construction Technology of PHC Group Pile High Pile Cap Foundation for Offshore Wind TurbineWang Qiuhui Power China Jiangxi Electric Power Engineering Co.Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330096Abstract:This article takes a Vietnamese offshore wind power project that uses PHC group pile high pile foundation as an example,focusing on the technical advantages,structural layout and characteristics.In addition,the construction methods and key points of PHC group in the offshore wind power foundations has also been described in detail.This foundation type has technical advantages such as high bearing capacity,small and uniform settlement,and good corrosion resistance and durability.It aims to provide guidance and reference for the construction technology of PHC group pile high pile cap foundation for related projects.Key words:Offshore wind power;PHC group pile high pile cap foundation;Construction methods;Bearing capacity0 引言海上风能作为储量丰富、分布广泛的可再生能源，发电成本相对稳定，不会产生环境污染，是我国实现能源可持续发展的重要举措，对改善能源结构和保护环境有重要的意义1。随着风机单机容量逐年提升，海底土层多样化以及深海风能的开发，海上风电的基础型式也变得多样化2。目前，海上风电最常见的基础型式有单桩式、群桩基础等。单桩基础施工工艺简单，但是桩径较大，需要超大型打桩设备，施工成本高；群桩基础分为高桩基础和低桩基础，对施工设备配备要求低，施工技术成熟，适合15 km以内近海域施工3。海上风电风机的下部基础是海上风电场建设的重点，特别是基础的承载能力和建造成本。海上风机基础需要承担基础本身、上部结构的重量，还要抵抗海洋中的风载、波浪力、水流力等水平荷载，若基础承载力不足，将会引起不均匀沉降或风机整体结构的失稳4。此外，整体风机建造上、下部基础费用占据风机总成本25%左右。为确保基础承载力的稳定性，有效节约施工成本，海上风电项目应选择合适的基础型式。因此，为保证本项目海上风机在运营期内正常运行，根据现场条件和受力形式选择PHC群桩高桩承台基础型式，可同时兼顾海上风机安全性和经济性，为相应群桩高桩承台基础在海上风电中的应用提供技术支持。1 PHC群桩高桩承台基础技术优势该海上风电项目位于越南金瓯省。项目处于潮间带海域，该地区海床下伏层中风化岩层分布不规律，起伏变化较大。上部地层多为冲洪积和海积堆积层，土层物理力学性质较差，承载力低且厚度分布不均匀。通过借鉴跨海大桥桥墩的桩基础形式，结合项目地质特点，该海上风电项目采用 PHC群桩高桩承台基础。为此，将该基础设计成 PHC群桩和上部混凝土现浇的承台基础。相较于钢管桩基础，PHC群桩高桩承台基础具有以下优势：（1）整体承载力高。PHC群桩采用外圈倾斜、内圈竖直布置方式，基础结构整体承载力高，整体沉降量小且沉降均匀，可以有效解决该地区海床地质条件下基础侧、竖向承载力不足等问题。（2）防撞性能优异。该地区位于出海码头附近，通航条件较复杂。根据通航条件合理设计承台高程，确保通航船舶偶然撞击目标点仅是承台。随后，通过承台的整体协同受力，将撞击力分配给群桩共同承担，从而显著提高基础的防撞性能5。（3）防腐耐久性能优异。承台根据潮位条件设计于腐蚀环境最恶劣的浪溅区，充分发挥高性能混凝土优异的防腐耐久性，同时将 PHC群桩基础钢结构部分布置在水中，发挥阴极保护的作用。2 PHC群桩高桩承台基础布置与特点该海上风电风机 PHC群桩高桩承台基础主要由 PHC预制管桩（预应力高强混凝土管桩）、混凝土承台、基础预埋件锚栓笼和靠泊构件等组成6，如图1 所示。基础设计为环形群桩基础，PHC预制管桩进行软地基处理，每台风机设置40+1 根外径为 800 mm、壁厚120 mm的 PHC桩，根据现场条件和受力特作者简介：王秋慧（1986-），男，江西吉安人，硕士，高级工程师，主要研究方向为风电项目中的土木工程技术。江西建材工程技术与应用1932023年7 月点分两圈布置，外圈20 根为斜桩，内圈20 根为垂直桩，根据海床地质层的不同，设计桩长为5664 m。承台支撑体系采用 H型钢搭设支撑平台，先在40 根桩头位置安装稳固抱箍，然后使用 H型钢（I500）焊接在抱箍上作为主要承载骨架，使用 H型钢（I300、I200）搭设焊接在 I500 上作为次要承载骨架，再采用檩条（100 mm50 mm）分布铺散在 H型钢上使施工荷载均匀分布，最后在檩条上铺设复合模板作为承台底模。在支撑平台上采用混凝土现场分层分次整体浇筑承台，通过承台将 PHC桩基群连成整体。承台高程根据结构整体受力、潮位和防撞等因素确定。在承台中心位置预埋设一个锚栓笼，上部风电机组塔架通过法兰与预埋件中预应力螺栓组合件连接。桩基和预埋件、钢筋通过现浇混凝土浇筑成整体，预埋件锚栓笼和承台钢筋混凝土的联合承载提高基础荷载传递和承载性能7-8。图1 PHC群桩高桩承台基础构造图3 PHC群桩高桩承台基础施工3.1 PHC管桩施工（1）桩基运输。本项目采用 PHC800 桩，且部分桩身长度超过30 m，在越南当地仅有2 家工厂可制作。本项目1A1C区选择潘武桩厂，该厂位于越南中部，运输相对较方便；1B1D区选择明德桩厂，该厂位于北部，运输至现场需要57 d。最后在港口由运输船运输至施工现场。（2）锤击沉桩。对预制管桩进行定位，桩机设备就位后进行吊桩，喂桩后进行校正，锤击沉桩，接桩后再锤击沉桩。锤桩锤头根据地质状况选择，地质较软或者第一节管桩使用10 t锤，地质较硬使用12.8 t锤进行施工，按重锤轻击的原则，严格控制单根桩第一节与第二节的施工间隔时间，一根桩原则上一次性打入，避免土壤强度恢复造成沉桩困难。收锤转移桩机后，根据设计图的两圈布置，外圈20 根为斜桩，内圈20 根为垂直桩，由内而外，先内圈后外圈、根据桩编号错位继续锤桩施工，直至 PHC预制管桩全部沉桩完毕。（3）记录与检测。开始前专业检测人员检查 PHC群桩桩位是否存在偏差，待满足设计要求后进行沉桩，锤击过程中施工人员依据沉桩系统记录各项数据，直至沉桩完成后再用 RTK进行桩位的平面与高程复核并做好相关的测量数据记录。在沉桩完成后，将所有正式桩沉桩报告整理发送至相关部门，通过对贯入度、停锤标高选择35 根桩进行 PDA（大应变试验，纵向承载力）与 PIT（小应变试验，桩身完整性），MT试验（焊口检测）。3.2 承台基础施工（1）搭设支撑平台。根据图纸设计，先在 PHC桩桩头位置安装稳固抱箍，再使用 H型钢 I500 焊接在抱箍上作为主要承载骨架，使用 H型钢 I300、I200 搭设焊接在 I500 上作为次要承载骨架，再采用檩条分布铺散在 H型钢上使施工荷载均匀分布，最后在檩条上铺设复合模板作为承台底模。模板整体刚度达到预期的设计要求，避免浇筑混凝土时，模板出现变形现象，而导致混凝土浇筑成型尺寸表现出变形与偏差。（2）安装预埋件。预应力螺栓组合件作为风机设备基础的主要预埋件，安装工艺的精度要求高，是整个风电风机基础预埋件安装最关键的一步。预应力螺栓组合件采用整体安装工艺，其锚板拼接处拼接间隙应5 mm，锚板平整度应控制在2 mm内。此外，在平台中心位置处预埋锚栓笼，最后完成钢筋工程。（3）浇筑混凝土。受海上施工环境限制，该海上风电基础的混凝土施工由商混船从距现场20 km外的港口运输物料至现场。在承台施工位置附近抛锚固定后，进行混凝土材料的混合搅拌。承台基础分层分次进行浇筑，相较于陆地风电一次性整体浇筑，分层浇筑时时，底模荷载减小，同时，较小体积的混凝土浇筑时温度也更容易控制。基础混凝土浇筑完毕后，应及时保温养护且持续时间不少于14 d。4 结语本文中工程项目使用的海上风电风机 PHC群桩高桩承台基础型式在海上风电场建设中得到了广泛应用，已成为海上风电场主要基础型式之一。PHC群桩高桩承台基础型具有结构承载力高、安全性高，沉降量小，均匀、防腐耐久性能好等优点，适合软土海床和复杂通航条件的海上风电建设工程。对比装机容量相同的风机基础，PHC群桩高桩承台基础工程造价约为钢管桩基础的60%，但由于 PHC群桩高桩承台基础是管桩群受力，PHC管桩布置数量还有待进一步优化。此外，本文还重点介绍了该基础沉桩施工、承台施工技术，通过实际项目的顺利施工，表明 PHC群桩高桩承台基础施工安全可靠、合理有效、经济适用，为相关海上风电工程提供了参考。参考文献 1 祁雷，梅嵩，陈诗高，等.海上风电在海上石油领域的应用及海上风电项目开发风险因素应对研究J.当代化工研究，2023（5）：122-124.2 徐荣彬.海上风电场风机基础结构形式探讨J.建材技术与应用，2011（7）：7-9.3 袁汝华，黄海龙，孙道青，等.海上风电风机基础结构形式及安装技术研究J.能源与节能，2018（12）：59-61.4 郭俊科，方伟定.三向复杂荷载作用下近海风机群桩基础参数分析与优化J.电力建设，2013，34（5）：66-70.5 郭杰锋，朱斌，陈海君，等.高桩防撞墩动力大变形分析及防撞设计新方法J.海洋工程，2010，28（1）：9-17.6 罗翔，闫琛，王雨.砂土夹层条件下风机基础 PHC 桩打桩控制分析J.江西建材，2022（12）：239-241.7 林毅峰，陆忠民，黄俊.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（5）：29-36.8 朱斌，姜英伟，陈仁朋.海上风电机组群桩基础关键问题的初步研究J.岩土工程学报，2011，33（S1）：98-103.