海上升壓站基礎(chǔ)設計方案選型分析

賈澤鑫

摘要：目前為止，我國海上升壓站基礎(chǔ)設計相關(guān)技術(shù)研究不夠成熟，其選擇眾多因素相關(guān)，例如，風電場裝機大小、海面所處的地理特征、受力特點、海上風浪大小及海流等。本文主要對海上升壓站基礎(chǔ)設計方案進行分析，從而選擇合適的結(jié)構(gòu)方案，希望給海上升壓站的設計及施工提供參考。

關(guān)鍵詞：海上升壓站;基礎(chǔ)設計;分析

前言：隨著海上空間逐漸被占用，風電場距離岸邊的距離已經(jīng)十分遙遠，在這種趨勢下，想要繼續(xù)運用陸上升壓站的方式，會給整體帶來巨大的損耗，并且投入成本不小。所以，在海上風電場旁安裝海上升壓站會避免很多麻煩?，F(xiàn)階段，國內(nèi)對于海上升壓站的研究不多，所以本文對此展開研究。

一、海上升壓站特點

海上風電場有三種升壓變電站，例如，陸上升壓站、海上陸地結(jié)合升壓站、海上一體化升壓站。目前我國的風電場建設位置已經(jīng)逐步靠近海邊，如果還采用傳統(tǒng)的陸上升壓站，在進行建設時不僅增加了電纜的長度，延長了施工時間、材料損耗過大，同時在海上占有很大比例，增加了投資成本。若以海上一體化平臺的形式可在一定程度上節(jié)省設備維修時間，提高工作效率。但海上住宿環(huán)境差，生活用水和食物供應不方便，所以在實際工作中一般不會安排人員看守。因此，海上陸地結(jié)合升壓站的形式比較理想。海上升壓站可根據(jù)需要為員工設置臨時休息和避難場所，有利于監(jiān)督人員實時監(jiān)督風電場的運行，同時也利于職工的生活、工作。從風能采集線的角度來看，升壓站應設置在風場中心。這樣會使整個區(qū)域的集電線路長度最短，線損最小。除考慮到線路和功率損耗，還應充分考慮水深、地質(zhì)條件、主體施工方便等因素[1]。

二、常見基礎(chǔ)形式分析及施工工藝

（一）單樁式海上升壓站

單樁式結(jié)構(gòu)由鋼結(jié)構(gòu)單樁基礎(chǔ)和上部組塊組成。單樁的基礎(chǔ)是用5米鋼管柱插入海底泥面，其中與上部組塊可采取栓接、焊接或灌漿等連接形式。從目前世界上已有的海上升壓站來看，單樁海上升壓站數(shù)量一般，尤其適合我國橋臺和海上風電場。單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，但在使用這種基礎(chǔ)時，應考慮上部結(jié)構(gòu)的大小情況及風載荷情況，避免上部組塊晃動。國內(nèi)風電場升壓站容量大、電壓等級高、上風群大，不宜采用一種海上升壓站。

（二）重力式海上升壓站

重力式海上升壓站由混凝土基礎(chǔ)和上部鋼結(jié)構(gòu)組成。重力式基礎(chǔ)主要是在岸上預選混凝土，然后通過運輸船運到海上，并利用大型浮吊船或自升式平臺將地基安裝在設計位置，在此之前可根據(jù)起重機的重力，首先將海床清理干凈，放置在其位置上，然后把石頭扔到地基內(nèi)部來進行地基自重。重力式基礎(chǔ)對海況要求相對較高，不適合泥沙較多的海域。該基礎(chǔ)依靠自身的重量抵抗風荷載和波浪荷載，具有經(jīng)濟性好，結(jié)構(gòu)簡單等特性。

（三）導管架式海上升壓站

重型管式海上升壓站包括導向支撐框架和鋼結(jié)構(gòu)上部塊的基礎(chǔ)。導模通常以四個管架為基礎(chǔ)，管架通過鋼管柱之間的管架連接，管架與結(jié)構(gòu)支撐平臺連接的海上升壓站上層，提高了導架的基本適用性，適用于各種水深和地質(zhì)條件。這個模式的海上升壓站類似于石油平臺，具有更多的工程經(jīng)驗。

（四）高樁承臺式海上升壓站

高樁承臺式海上升壓站包括鋼管樁、既有混凝土平臺和上部塊組成。高樁平臺結(jié)構(gòu)是港口設計中常用的結(jié)構(gòu)形式，打樁次數(shù)多，打樁長度與打樁次數(shù)也是不一樣的。由于施工工藝與高樁碼頭相似，船舶設備要求相對較低，但高樁支撐框架結(jié)構(gòu)柱之間沒有連接，八柱長度和構(gòu)造相對較低，所以高柱平臺構(gòu)造一般，近水較淺，地表地質(zhì)條件較好，適用于地震烈度較低的地區(qū)。對于海上升壓站等大面積、高度較高、高主體結(jié)構(gòu)的木樁承重結(jié)構(gòu)，在地震作用下，由于柱的內(nèi)力變形大，樁基承重結(jié)構(gòu)材料性能要求較高，基礎(chǔ)設計形式復雜，海上施工周期較長造價高。

三、海上升壓站基礎(chǔ)的選型和適用性分析

海上升壓站基礎(chǔ)對于風機的選型等要求上更加嚴格，所以如何選擇科學的升壓站基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，對于安全及施工資金都十分重要，我國已經(jīng)對海上風電進行規(guī)劃，但是各個地區(qū)的地理結(jié)構(gòu)不同。例如，我國渤海的水深不超過十米， 海底大多是淤泥與粉砂，其承載力不強，不能作為升壓站的持力層。海底最深處的沉積物為細砂，其承載力較大，可以作為持力層。黃海山脈常年被黃河泥沙侵蝕。較大的沖擊力使得海底泥沙承重力相對較小，并且冬季有冰荷載，重力式和吸力式基礎(chǔ)不適用于海區(qū)，單樁式結(jié)構(gòu)和導管架模式更為適合。例如，地基現(xiàn)在建在江蘇省沿海地區(qū)，風場是一個單柱基礎(chǔ)和一個導向基礎(chǔ)。東海的海底表面主要由泥組成，與黃海相似，不適合重力和吸力，單樁基礎(chǔ)和導向框架更適合海域。南部沿海北部灣和荊州海峽的海底主要由陸源礫石沉積物組成。青州海峽斜坡眾多，重力式和吸力式不適合該海域。在南海，由于山高浪深，強度較大的導管架式更適合該海域。在上述綜合分析的基礎(chǔ)上，分析了中國各海域的實際海況，可以看出國家海上升壓站最合適的基礎(chǔ)類別就是單樁基礎(chǔ)和導管架基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

綜上所述，海上升壓站所處地理位置十分特殊，跟陸地升壓站相比，需要注意的事項更加繁瑣，對于海上升壓站而言載荷特性十分復雜，海域風場的升壓結(jié)構(gòu)不同，所運用的工藝也不同，在實際工作中還有很多技術(shù)問題需要一一解決。本文對海上升壓站基礎(chǔ)設計方案進行分析，從而選擇合適的結(jié)構(gòu)方案，以供參考。

參考文獻

[1]湯群益，孫震洲，王永發(fā)，陳杰峰.兩種典型海上升壓站基礎(chǔ)的坐底穩(wěn)定性[J].中國海洋平臺，2019，34（06）：47-55.