各种海上风电地基基础的比较及适用范围.doc

各种海上风电地基基础的适用范围
1 海上风电机组基础结构设计需考虑的因素
海上风电机组基础结构设计中，基础形式选择取决于水深、水位变动幅度、土层条件、海床坡率与稳定性、水流流速与冲刷、所在海域气候、风电机组运行要求、靠泊与防撞要求、施工安装设备能力、预加工场地与运输条件、工程造价和项目建设周期要求等。
当前阶段国内外海上风电机组基础常用类型包括单桩基础、重力式基础、桩基承台基础(潮间带风电机组)、高桩承台基础、三脚架或多脚架基础、导管架基础等。试验阶段的风电机组基础类型包括悬浮式、吸力桶式、张力腿式、三桩钢架式基础等形式，但仅处于研究或试验阶段。
基础型式
结构特征
优缺点
造价成本
适用范围
安装施工
重力式
有混凝土重力式基础和钢沉降基础
结构简单、抗风浪袭击性能好；施工周期长，安装不便
较低
浅水到中等水深（0～10m）
大型起重船等
单桩式
靠桩侧土压力传递风机荷载
安装简便，无需海床准备；对土体扰动大，不适于岩石海床
高
浅水到中等水深（0～30m）
液压打桩锤、钻
孔安装
多桩式
上部承台/三脚架/四脚架/导管架
适用于各种地质条件，施工方便；建造成本高，难移动
高
中等水深到深水（>20m）
蒸汽打桩锤、液
压打桩锤
浮式
直接漂浮在海中（筒型基础/鱼雷锚/平板锚）
安装灵活，可移动、易拆除；基础不稳定，只适合风浪小的海域
较高
深水（>50m）
与深水海洋平
台施工法一致
吸力锚
利用锚体内外压力差贯入海床
节省材料，施工快，可重复利用；“土塞”现象，倾斜校正
低
浅水到深水
（0～25m）
负压下沉就位
表1 当前常用风电基础形式的比较
2 中国各海域适用风电基础形式的分析
我国渤海水深较浅,辽东湾北部浅海区水深多小于10 m ,海底表层为淤泥、粉质粘土、淤泥质粉砂，粉土底部沉积物以细砂为主,承载力相对较大,可作持力层 。和粉砂层,承载力小,易液化,不适宜作持力层;而黄河口海域多为黄河泥沙冲淤海底,因此,渤海的大部分海域为淤泥质软基海底,冲刷现象也较为严重,且冬季有冰荷载的作用,不宜采用重力式基础和负压桶基础,可采用单桩结构。单桩结构在海床活动区域和海底冲刷区域是非常有利的,主要是缘于其对水深变化的灵活性。相比黄河口海域，长江口、杭州湾、珠江口受潮汐影响大，水流速度较快，近场区分布有多个岛屿，造成海底地层的岩面起伏大，且容易受到台风等气象因素影响，宜采用重力式或多桩式结构。
黄海辽东半岛及山东半岛近海、台湾海峡岩层埋藏较浅，海底存在岩层出露的情况，且水深多为中等水深到深水因此应采用多桩式，不宜采用单桩式。东海平均水深在5～15 m的海域多为淤泥质软基海底,不适宜采用重力式基础和浮压桶基础,只能采用桩基结构。南海北部湾和琼州海峡的海底表层沉积物主要为陆源碎屑堆积,颗粒较细,主要为淤泥质粉质粘土和粉砂,其次为粉土和中砂,以粘土、粉砂和细砂为主。在琼州海峡侵蚀洼地的边缘和潮流沙脊下部发育有大中型沙波。海底沙波的存在使海底坎坷不平,同时,沙波和大波痕都是迁移型海底微地貌,它们的存在表明海底泥沙运动较强,海底稳定性差,沙波活动伴随着海底强烈冲刷、淤积及泥沙群体运动 。因此,也不宜采用重力式基础和负压桶基础,桩基础是较好的选择。由于南海的水深较大,且海洋环境条件恶劣,应采用刚度较大的导管架结构。另外，在东海、台湾海峡、南海、北部湾等南方海区受台风影响较大，因而不适合采取浮式结构，在风电基础结构设计时要着重考虑极端海况（如极端浪高、极端风力）的因素。
3 案例分析
以东海大桥海上风电场为例，东海平均水深在5～15 m的海域多为淤泥质软基海底，加上受杭州湾潮汐水流的影响，因此,东海大桥风电场的备选基础结构为三角架基础、四角架基础、高桩承台群桩基础和单桩基础 。这四种基础结构中,单桩基础的经济性最优,但其施工机具和技术均要求较高,故东海大桥风电场最终选择了四角架结构。
又以珠海桂山海上风电场为例，桂山场址所在海域为南海北部沿岸珠江口，是西北太平洋和南海热带气旋活动和登陆的主要地区之一，场址的水位变化较大，波浪较高，水深介于6 ～ 12 m之间的海域，50 年重现期的波浪波高达到8. 4 m。海底地层自上而下依次为: 淤泥层、淤泥质土层、粉质粘土层、粉砂层、粗砂层、粉质粘土层、粉砂层、细砂层、砾砂层、砂质粘性土层、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩层。本海域由于近场区分布有大大小小多个岛屿，造成海底地层的岩面起伏大，对工程设计造成不利影响。因此选取水下三桩基础、水上三桩基础、高桩承台基础、四桩导管架基础方案作为桂山工程结构设计比较方案。
图1 东海大桥海上风电场