3.2 潮间带风力发电机组基础概况

国外海上风电起步较早，20世纪90年代起就开始研究和建设海上试验风电场，2000年以后，随着风力发电机组技术的发展，风力发电机组的单机容量迅速发展，机组可靠性也进一步提高，大型海上风电场开始出现。目前，在国内，随着近几年对海上风电的研究开发，江苏沿海已经有规模化的潮间带风电场建成，积累了宝贵的经验，可以为将来的潮间带风电场建设所借鉴。在潮间带风电场建设的研究中，应吸取国外海上风电场的建设经验以及国内外潮间带或近海的码头、桥梁、导管架平台等建筑物的设计和施工经验。本章仅对几种典型潮间带风力发电机组基础进行简要介绍。

3.2.1 单桩基础

单桩基础为国外近海风力发电机组基础的最常用结构型式，其结构相对简单，主要由一根钢管桩及连接段组成。在基础与塔筒之间的连接段钢管四周设置靠船设施、钢爬梯及平台等，连接段钢管顶面设有风力发电机组塔筒的预埋法兰系统。

单桩基础结构型式为：用单根直径4.0～6.0m钢管桩定位于海底，承受波浪、海流荷载及风力发电机组塔筒传递的风荷载，入土深度约30～50m （根据基础承受荷载和地基承载能力确定），桩顶与连接段钢管通过高强灌浆进行连接，连接钢管与上部塔筒通过法兰系统进行连接，连接长度约为（1.3～1.5）D （D为桩径）。连接段顶部需要同上部塔筒通过法兰连接，为方便连接，将连接段直径设计成与上部塔筒底直径一致，但此时与连接段相配套的桩径不一定能满足设计要求，故可设置一段变截面锥管。单桩基础示意如图3-1所示。

图3-1 单桩基础示意图

为防止桩周冲刷，沿单桩轴线约10～15m半径范围内进行抛石处理。

3.2.2 导管架基础

导管架基础在海上石油平台、海上灯塔建设中已得到广泛应用，据了解，我国在渤海、东海水深15～80m海域设立的海上石油导管架结构，均采用此类基础。在近海风电场基础设计领域，当单机容量较大、水深较深时，也有采用导管架基础型式的实例。桩数量一般采用三、四、五、六桩为宜，这里以三桩导管架基础为例进行介绍。

拟定的三桩导管架基础结构方案为：用3根钢管桩定位于海底，3根桩呈正三角形均匀布设，桩顶通过钢套管支撑上部三角架式结构，构成组合式基础。三桩导管架承受上部风力发电机组塔架荷载、波浪、水流等环境荷载及自重，并将所有荷载通过斜撑钢管传递给3根垂直打入海底的钢管桩，3根桩沿直径18～30m的圆周均匀分布，桩径1.8～3.0m，入土平均深度根据上部风力发电机组荷载和下部地质参数确定。钢管桩与钢套管的环形空间内通过高强灌浆材料连接。三桩导管架基础的概念图及实物图如图3-2所示。

3.2.3 低桩承台群桩基础

低桩承台群桩基础即群桩式低承台墩柱式基础，基础上部为现浇混凝土墩柱结构，墩柱直径为5.0～6.5m，其顶部为满足抗冲切要求及与风力发电机组塔筒基础环固端连接的需要，直径扩大至6.0～7.0m；墩柱以下为圆盘形现浇混凝土承台结构，承台底面直径为18.0～25.0m，承台边缘一般埋设于泥面以下1～2m深度，承台将墩柱传递的上部结构荷载及自重等荷载作用传递给底部的桩基。低桩承台基础概念如图3-3所示。

图3-2 三桩导管架基础

桩基均匀布置于承台底，与承台固端连接，形成承台、桩、土共同受力，按典型的3MW风力发电机组荷载、直径800mm的PHC桩初步计算，共采用约40～50根桩，桩长根据土层形状，按单桩承载力确定。

图3-3 低桩承台基础概念图

图3-4 高桩承台群桩基础概念图

为防止基础周边冲刷，自承台边沿往外约5.0m圆周范围内采用抛填块石和碎石防护。

3.2.4 高桩承台群桩基础

高桩承台基础即群桩式高承台基础，是海岸码头和桥墩基础的常见结构，由基桩和承台组成。承台一般为现浇高性能海工混凝土圆盘形结构，直径与风力发电机组塔筒一致的连接段钢管位于承台中心，底端通过基础环埋入承台混凝土中，以保证与承台的固端连接。

采用6～8根直径为1.4～2.2m的钢管桩，桩径、桩长根据上部风力发电机组荷载和地质参数计算确定。为提高结构的水平刚度，钢管桩一般拟采用8：1～5：1的斜桩。高桩承台群桩基础概念如图3-4所示。