海上风电单桩基础局部冲刷研究进展
海上风电单桩基础防冲刷抛石施工技术
海上风电单桩基础防冲刷抛石施工技术海上风电单桩基础防冲刷抛石施工技术，那可真是个大工程，咱们可得好好聊一聊。
听到“海上风电”几个字，大家第一反应肯定是：风车！对吧？不过这个风车不是普通的风车，不是那种你在田野里看到的，哗啦啦转着的玩意儿，这个是“巨无霸”，在海上耸立的那种，个头大得不行！不过不管多大的风车，咱们得先做好基础工作。
你说，是不是每个“大楼”都得有个结实的地基，风电平台也不例外。
问题就来了，海上水深，浪大，水流快，怎么让这些巨大的风车稳稳地屹立在大海中？这时候，单桩基础就成了关键。
说到“单桩”，大伙也许会有点迷糊。
单桩就是一个大铁柱子，打进海底，支撑起风电机组。
想象一下，它就像一根大大的柱子，立在海底，承受着风车的巨大重量。
嗯，光有这根柱子可不行，还得考虑到一个问题——冲刷。
你知道的，海浪不断地拍打，水流一冲，这基础不牢固，风车就有可能岿然不动，甚至有点“动摇”的危险。
那怎么办呢？防冲刷就成了施工中的大难题了。
这个防冲刷可不是儿戏，说起来有点像是在“给海底打个‘防晒霜’”。
海底的水流就像是一群顽皮的小孩子，不停地在周围打转。
如果不加以防范，时间一长，周围的泥土、沙子就会被冲走，桩基就可能露出来，甚至倒塌。
为了让桩基保持稳固，这时就需要一种叫做“抛石”的技术。
你别看“抛石”听着挺简单，实则里面学问大着呢。
抛石施工其实挺考验技术的。
操作工人得精准地把石头一块块抛到桩基周围，这些石头的目的就是“挡水”，形成一个天然的“防护层”，让海水不能轻易侵蚀桩基。
别看这些石头是“调皮捣蛋”，但它们可是构成了防冲刷的第一道防线！每块石头的大小、形状、投放位置都得严格控制，太小了不够坚固，太大了就会让水流绕过去，不管用。
说起来，抛石施工不光是抛几块石头就完事了。
可得讲究技巧，工人们得在海浪不断冲击的环境中精准操作，简直比打高尔夫还讲究。
海上风大浪急，风电平台本身的稳定性、施工船只的起伏，都让这项工作变得格外不容易。
海上风电单桩基础防冲刷固化土施工质量控制
海上风电单桩基础防冲刷固化土施工质量控制◎ 林善懿 中交三航局第六工程（厦门）有限公司摘 要：随着海上风电项目的大量投入使用，合理有效的地基防冲刷措施将直接关系到风机的安全性和稳定性。
本项目以淤泥质海洋风电场为对象，开展基于淤泥质海底风机桩基的抗冲防护研究。
最后，将该方法在山东半岛南海上风电V场址工程中进行了实际应用，取得了较好成果。
关键词：海上风电；桩基；冲刷；修复；固化土1.引言当前，我国已投入使用的海上风力发电工程多采用重力式、导管架、单桩、台阶式、三柱式等多种型式，而山东、江苏沿海地区的风机多为单桩基础，具有工期短、成本低等特点。
风电机组投入运行后，冲刷问题难以避免，由于其造成的桩周土体深度减小、风机振动频率下降、桩基变形等，严重影响整个风机的安全，也给风机带来了极大的安全隐患。
冲蚀结束后，要按照冲坑的深度，对桩周进行补强、修复，选择冲刷修补程序是很重要的，修补后要避免二次冲刷，通过对加固土的研究与应用，可以有效地避免二次冲刷。
2.工程概况某项目的风机基础采用单桩基础，风电机组基础设计等级为甲级，结构安全等级为一级，基础设计使用年限为25年。
风机单桩基础结构主要由单桩基础钢管桩主体结构和内外平台、爬梯、靠船构件及外加电流系统等附属构件组成，项目共有71个单桩基础，本标段承担23个单桩基础施工工作。
钢管桩桩顶直径7.0m，桩底7.4～8.4m，桩长为72m～87m，平均桩重约1100t。
详细的技术要求，请参阅技术章节及图纸。
以海底地形为基准进行扫描，每台机位泥表面高程与勘测图纸相差不大。
3.淤泥固化抗冲刷防护技术3.1固化技术原理本项目拟将淤泥固结在近海桩基础的防冲防护中，以海底淤泥为原料，经无机复合胶凝材料固化，然后通过便捷式管道泵送，将超高含水量的淤泥固结土体直接吹填到桩周海床上。
利用高含水量固化土浆的自流性，使其自动流动到需要保护的区域，从而实现对桩基础周围各种条件的冲刷。
超高含水量淤泥固结泥浆从液体逐渐过渡到耐冲的固体连续体，并随凝结时间的推移而不断生长，最后在桩周土体中形成整体式的固化土护底结构。
考虑冲刷情况下海上风电单桩基础优化设计研究
考虑冲刷情况下海上风电单桩基础优化设计研究杨少磊;马宏旺【摘要】冲刷是海上风电单桩基础设计中需要经常面对的问题,工程中一般采用冲刷保护装置或增加桩长来抵抗冲刷.但简单增加桩长是否经济合理,目前缺乏足够的研究分析.鉴于此,文中建立了考虑冲刷情况下海上风电单桩基础的优化设计模型,其中桩周土冲刷深度和范围以及桩-土相互作用根据DNV规范的公式进行计算.在优化过程中,以单桩基础最小重量为优化目标,以桩身强度和桩端转角为约束条件,以桩径、壁厚和桩长为优化参数,采用ANSYS APDL中OPTYPE的FIRST优化算法.并针对一实际工程案例,完成考虑冲刷和不考虑冲刷情况的优化设计.研究结果表明考虑冲刷发生情况下,适当增加桩径和壁厚比直接增加桩长更经济合理.【期刊名称】《海洋技术》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】7页(P74-80)【关键词】海上风电;单桩基础;结构优化;冲刷;P-Y曲线【作者】杨少磊;马宏旺【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系,上海200240【正文语种】中文【中图分类】P752风能是世界上最清洁环保的可再生能源之一，自20世纪末以来逐步受到各国重视，对其研究投入不断增长。
海上风能资源丰富、空间区域广阔，自1991年丹麦建成了世界上首座海上风电场以来，海上风电场逐渐成为风力发电的开发重点[1]。
相比于陆上电场，海上风电场工程投资中土建工程量所占比重更高。
统计资料表明，土建工程造价在较深海域时约占海上风电场总造价的30%[2],故怎样在保证海上风电基础设计安全的基础下，降低建造成本是海上风电发展的一个关键问题。
目前，国内外已建成的海上风电场主要采用了以下几种基础形式：单桩基础、重力式基础、三脚架基础、导管架基础和承台式基础，其中单桩基础是应用最广泛的基础形式。
在海上风电单桩基础设计中，往往要遇到冲刷问题，冲刷会减少桩的入土深度，降低海上风电结构自振频率、增加结构位移，严重影响整体结构的使用性和安全性。
海上风电场风机桩基局部冲刷计算
２ ２ 年 ２ 月 ０１
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道
港 口
Ｖ０ ．３ Ｎｏ １ １ ３ ．
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海 风电 风 桩 局 冲 计 上 场 机 基 部 刷 算
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第３ ３卷第 ｌ 期
２ 经 验公 式 及 其验 证
目前 ， 内用 于计算 波浪 、ห้องสมุดไป่ตู้国 潮流作 用 下桩 基局 部 冲刷 深
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ２ 修 回 日期 ：０ １０ — ５ ２ １－ ４ １ ； ２ １ － ８ １ 基 金 项 目 ： 东 院科 技 项 目（ Ｙ ０ ９ ０ — ６ 华 Ｋ ２０— ２０ ） 作 者 简 介 ： 卫 远 （９ ５ ）男 ， 苏 省 东 海 县 人 ， 程 师 ， 王 １８一 ， 江 工 主要 从 事 河 口海 岸 动 力 学 方 向研 究 。
计 算 拟建 工程 风 机桩 基 的局部 冲刷 深度 。
１ 工 程 场 区概 况
拟建 的某 风 电场 工程 位 于大 丰 港外 海 的 东沙 北 部 海域 ， 划 安 装 ８ 计 ０台单 机容 量 为 ２５ＭＷ 的风机 ， ． 总
装 机 容 量 ２０ＭＷ。 表 风 机 所 处水 深 约 为 一 ．０ｍ（ １ 。 据 设 计 资 料 ， ０ 代 ２３ 图 ）根 风机 桩 径 有 ２１ ． ｍ三 桩基 础 和 ０ ４３ ．０ｍ单桩 基 础 ２ 备 选方 案 ， 个 海洋 动力 环境 和底 质 中值 粒径 等参 数见 表 １ 。
复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展
46海洋开发与管理2018年 S 1复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展管大为1,2,张继生1,2,赵家林1,2,李嘉隆1,2(1.海岸灾害及防护教育部重点实验室河海大学 南京 210098;2.河海大学港口海岸与近海工程学院 南京 210098)基金项目:国家自然科学基金项目(51709082),中央高校基本科研业务费项目(2018B 13014)摘要:文章从桩基 土体相互作用与传统桩基冲刷两个方面对国内外复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷相关研究进行了系统的回顾与分析,总结了这两个方面研究中各自存在的不足㊂为了使研究成果更贴近工程实际,建议该领域未来的研究中应同时考虑传统冲刷研究中的水动力荷载与桩基在复杂荷载作用下的循环振动响应,深入探究冲刷过程对风机单桩基础结构动力特性的影响,揭示复杂荷载动力条件下风机单桩基础附近的冲刷机理,进一步优化现有冲刷防护设计㊂关键词:海上风机;单桩基础;冲刷;复杂动力环境0 前言当前,中国经济已发展成为高度依赖海洋的外向型经济,对海洋资源㊁空间的依赖程度大幅提高, 建设海洋强国 国家发展战略具有重要现实意义与战略意义,是中华民族永续发展㊁走向世界强国的必由之路㊂近海可再生能源工程建设的发展在中国的 建设海洋强国 战略任务中有着极其重要的支撑作用㊂海洋作为地球水资源中最为重要的组成部分,蕴涵着巨大可再生能源㊂随着全球海洋贸易的快速发展和人类对海洋资源的深度探索,我国对近海可再生新能源(包括波浪㊁潮流和风场)的开发与利用在不断升温,较大程度地带动了对海上建筑物抵御波浪㊁潮流冲刷能力的研究㊂作为可再生能源的代表,风能因其分布广,可持续性好,无污染等特点广受青睐㊂国家能源局于2016年11月最新发布的‘风电发展 十三五 规划“明确指出,到2020年,全国海上风电开工建设规模将达到1000万k W ,力争累计并网容量达到500万k W 以上,总投资超1600亿元㊂1 海上风机单桩基础动力环境及冲刷分析海上的环境比陆地上要恶劣得多,与陆地上的荷载相比,海上的荷载主要是动力荷载,除地震以外,还有风㊁波浪㊁流甚至冰等水平荷载,因此海上风机的建设较陆上风机需要更为先进的工程技术给予支撑㊂在过去的10年间,海上风机的尺寸变得越来越大,为了尽可能地降低成本,海上风机被建成了非常细长的柔性结构,不恰当的基础设计极有可能造成风机结构在风或波浪等作用下的共振破坏[1-2]㊂如何保障海上风机在风㊁浪㊁流及地震等频率迥异的动荷载作用下的安全稳定仍是目前研究的重点和难点㊂海上风机桩基础的安全设计中最重要且难度最大的一个环节便是预测复杂海洋动力条件下的桩基础最大冲刷深度,不足或过于保守的冲刷设计深度将分别导致建筑物的失稳破坏可能性的增加或施工成本的大幅上浮㊂据统计,目前世界范围内已建近海风机基础中75%都使用了大直径单桩基础[3],因此欧洲传统的风电强国积累的风机基础设计经验也主要集中在大直径单桩基础上,涌现出了一大批单桩基础在波流共同作用下的冲刷及防护设计方法㊂大直径单桩基础是一种极有潜力的新型近海风机基础型式,与一般的桩基础相比,它具有更大的直径,直径一般在3~8m ,壁厚一般在30~60mm ,长径比也较传统的桩基小很多,一般在10m 左右(图1)㊂S 1管大为,等:复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展47图1 超大直径单桩基础示意图[4]大直径单桩造价较低㊁施工方便,适用于黏土㊁粉土㊁沙土等各种土质海床中㊂正是鉴于这些优点,大直径单桩在欧洲国家近海风电开发中得到广泛应用,更被海上风电开发行业应用最广泛的D N V(D e tN o r s k eV e r i t a s 挪威船级社)规范推荐为近海风机在30m 以下水深中的最优基础形式[5-6]㊂尽管如此,关于海上风机单桩基础的冲刷设计仍然存在明显不足,如,现行设计方法中从未考虑桩体结构在动力荷载下的振动对桩基础周围沙土冲刷过程以及防护的影响㊂相关最新研究表明[6-8],桩基在水平循环动荷载作用下与土体的相互作用将更加复杂,根据不同的土体特性可能导致迥异的工程结果㊂图2 海上风机单桩结构和土体在复杂动力环境中的响应关系在海岸与近海工程中,单桩基础是最为常见的支撑结构之一,凭借其生产与施工的便捷性,在各类建筑结构上得到了广泛应用㊂在水流与波浪的作用下,桩基础的冲刷是威胁建筑物稳定与安全的主要因素㊂除此以外,单桩基础结构在海上风机建设应用时还存在着周期性的风㊁浪㊁流荷载以及风机叶片转动所引发的振动问题㊂桩体结构的这种振动响应不仅可能引起风机的疲劳损伤[9-10],也会传递至桩基并作用于桩基周围的土体,改变土体的密实度㊁孔隙水压力等物理特性,同时引发风机基础及风机整机产生永久的累积水平变形[11-12]㊂图2描述了海上风机单桩结构和土体在复杂动力环境中的响应关系㊂2 国内外研究现状及发展动态分析2.1 单桩基础与土体相互作用机理为保证风机正常运行期间的使用性能,必须严格限制风机基础的水平变形,中国规范要求高度在100m 以上的风机,基础转角不得大于0.17ʎ[13]㊂风机基础的累积变形受诸多因素影响,包括土体的初始特性㊁应力状态㊁极高循环次数下土的应力应变关系的非线性㊁基础与土接触面的接触非线性(脱开㊁滑移㊁破坏等)等㊂近年来随着科技和工程人员对现场风机环境的进一步熟悉,极高水平动荷载循环次数下风机桩体及土体的动力响应成为了国际上研究的热点㊂L o m b a r d i 等[2]在饱和黏性土基的条件下研究了单桩结构受水平循环动荷载作用的动力响应,发现振动周期次数的增加会使得桩体的固有频率降低和临界阻尼上升㊂而Y u [8]和N i k i t a s 等[11]在观测干性无黏性沙土条件下单桩结构受水平循环荷载的动力响应时,得到了相反的结论,他们发现随着振动周期次数的增加,桩体的固有频率得到了提升而临界阻尼不断下降㊂以上两种迥异的结果源于桩基周围土体初始特性的不同,对于饱和黏性土地基,桩身水平循环动荷载作用下向周围土体传递的水平循环挤压使土体的孔隙水压力增加,引起液化,导致桩基周围的土体刚性减弱,从而降低了桩体的固有频率和升高了阻尼;对于干性非黏性沙土地基,则不会出现孔隙水压上升的液化情况,桩身的高循环振动会使桩基周围的沙土变得更为密实,增加了基础的刚度,从而升高了桩体的固有频率降低了阻尼㊂以上研究增加了我们对水平动荷载循环作用下风机单桩基础和土体相互作用的认识,但均没有考虑海洋环境中单桩基础在波流共同作用下的冲刷过程㊂在真实环境中,单桩基础与土体的相互作用的同时还伴随着冲刷的发展,冲刷坑的形态变化对桩体的结构动力特性以及桩基承载力都会产生显著影响㊂近年来关于冲刷对桩体动力响应和土体结构48海洋开发与管理2018年影响的研究已经有了一些呈现,但还比较有限㊂L i n 等[14]开展了桩体受顶部水平静荷载下冲刷对桩体动力响应和桩基附近土层结构影响的研究,他们发现在非黏性沙土条件下,模拟的冲刷会大量带走桩基周围的土体从而降低沙土基础整体的水平阻力,并增加桩体上部的位移㊂M o s t a f a[15]采用数值模拟研究了冲刷对单桩结构在不同土体条件下的水平动力响应的影响,他得出的结论与L i n等类似,但更进一步地发现土体的初始密实度会改变冲刷对桩体水平动力响应的影响程度㊂P r e n d e r g a s t等[16]对现场大尺度单桩结构进行了试验研究,发现随着单桩基础局部冲刷深度的增加,桩体的固有频率大大降低,并提出可以通过实时监测桩体固有频率来预测单桩基础的局部冲刷深度[17]㊂这些研究虽然证明了单桩基础局部冲刷可以对单桩结构的动力特性和沙土地基产生影响,但其所研究对象均是水平静荷载作用下的单桩结构,且冲刷过程的模拟都是在无水条件下人工移除桩基周围的土层,忽略了真实环境下的波㊁流荷载作用㊂2.2传统单桩基础冲刷在过去的半个世纪中,关于非黏性沙床中的单桩基础结构仅在水流作用下的冲刷问题得到了较为透彻的研究[18]㊂主要的研究涉及桩基础附近的流场特性[19-20]㊁桩基础的清水冲刷过程[21-22]㊁动床冲刷过程[23-25]以及冲刷坑发展的规律[26-27]及最终平衡状态下的冲刷深度预测等[18,28]㊂在水流单独荷载作用下,引起桩基础冲刷的主要原因是在桩基周围所产生的下潜漩涡㊁马蹄形漩涡和尾迹漩涡结构㊂考虑海洋工程中的波浪荷载环境,单桩基础的冲刷过程将变的更为复杂㊂关于单桩基础在波浪单独荷载与波流共同作用下的冲刷研究在20世纪80年代开始得到发展,并得出了大量的研究成果㊂S u m e r等[29-33]的研究发现影响波浪荷载作用下冲刷尺度发展的主要控制变量是K e u l e g a n-C a r p e n t e r 数(K C),K C=U w m T/D,其中U w m是波浪边界层处波浪引起的最大近底振荡流速,T是波周期,D是桩基的直径㊂K C数对冲刷的过程的影响主要体现在对桩后尾迹漩涡和桩前的马蹄形漩涡的控制上,当K Cɤ6时,由波浪荷载引起的冲刷可以忽略,K C数增大时,桩基周围的马蹄形漩涡的影响范围增大,尾迹漩涡减小,导致冲刷坑的尺度增大,当K C数增大到100以上数量级时桩基础由波浪引起的冲刷趋近一个固定值㊂在波流共同荷载作用下,单桩基础的冲刷同时受K C数与无量纲波流强度参数U c w=U c/(U c+U w m)控制,其中U c为无扰动近底流速(一般取距离床面D/2处),波浪的传播方向对冲刷深度无明显影响,当U c w>0.7时,单桩基础附近的冲刷深度接近单独稳定流作用下的冲刷深度㊂近年来,Q i和G a o[34,35]对波流共同作用下单桩基础冲刷开展了进一步的研究,主要阐明了小K C数条件下(0.04ɤK Cɤ10)的冲刷机理与对应冲刷深度的计算方法㊂以上研究对单桩基础冲刷的机理与冲刷深度的预测方法进行了较为清晰的阐述,成果也已经在欧洲海上风电场实体工程中有很多应用,但目前国内外关于风机单桩基础在水平循环动荷载作用下的冲刷及防护研究还比较匮乏,对于桩体振动条件下单桩基础局部冲刷发展及防护的影响机理及结果还是未知㊂随着近几年国际海上新能源技术的发展,单桩基础仅在波㊁流作用下冲刷防护设计已经不能满足新时期的海洋工业发展,急需新的研究予以补救,以合理控制海上风机建设成本及保证结构安全㊂3结语本研究对国内外复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷相关研究进行了系统地回顾与分析,发现以往对桩基冲刷安全设计的研究主要包括桩基 土体相互作用与传统桩基冲刷两个方面,前者研究重点多集中于干土环境下的模拟冲刷对桩体结构动力响应的影响,后者则重点考虑在波流耦合环境下的冲刷机理与预测㊂虽然国内外学者在这两个方面开展了较多的研究,但两方面之间的交叉研究却比较匮乏㊂而在实际工程中,海上风电单桩基础在承受传统波㊁流荷载冲刷的同时还遭受周期性的风㊁浪㊁流以及风机叶片转动所引发的振动荷载,着实存在两个方面研究点复杂耦合的情况㊂因此,未来该领域的研究应加强对这一复杂耦合现象的研究,深入探究冲刷过程对风机单桩基础结构动S1管大为,等:复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展49力特性的影响,揭示复杂荷载动力条件下风机单桩基础附近的冲刷机理,精细预测最大冲刷深度,进一步优化现有冲刷防护设计,为近海风电工程桩基创新设计㊁管理和维护提供可靠科学依据㊂参考文献[1] P E D E R H Y L D A LSR E N S E NS,B OI B S E NL.A s s e s s m e n t o ff o u n d a t i o nd e s ig nf o ro f f sh o r e m o n o pi l e su n p r o t e c t e da g a i n s ts c o u r[J].O c e a nE n g i n e e r i n g,2013.63:17-25.[2] L OM B A R D ID,B H A T T A C H A R Y AS,MU I R WO O D D.D y-n a m i cs o i l-s t r u c t u r ei n 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华能海上风力发电机组基础冲刷机理及防冲刷
华能海上风力发电机组基础冲刷机理及防冲刷概述随着可再生能源的快速发展，海上风力发电成为当今世界上最重要的清洁能源之一。
华能作为中国领先的能源公司，积极投入海上风力发电领域的研发和建设。
然而，在海上风电发展过程中，机组基础冲刷问题成为了一个亟待解决的关键问题。
本文将详细介绍华能海上风力发电机组基础冲刷机理，并提出相应的防冲刷措施。
机组基础冲刷机理机组基础冲刷是指海上风力发电机组基础受到海洋波浪、潮流等力的冲击，导致基础结构的损坏和破坏。
机组基础冲刷主要由以下几个方面的因素引起：1. 波浪力的作用海洋波浪是机组基础冲刷的主要力量来源之一。
波浪通过对机组基础的冲击，使得基础受到动态载荷的作用，从而导致基础结构的疲劳损伤和破坏。
2. 潮流力的作用海洋潮流也是机组基础冲刷的重要力量来源之一。
潮流通过对机组基础的冲击，对基础结构施加静态和动态载荷，从而引起基础结构的疲劳破坏。
3. 水下岩石的冲刷作用海洋中的水下岩石是机组基础冲刷的另一个重要因素。
水下岩石对机组基础产生冲击力，容易引起基础结构的损坏。
防冲刷措施为了解决机组基础冲刷问题，华能采取了一系列的防冲刷措施，以确保机组基础的稳定和安全运行。
1. 基础结构设计优化通过优化机组基础的结构设计，减小基础受力面积，降低冲击力的作用。
同时，采用适当的材料和加固措施，提高基础的抗冲刷能力。
2. 基础防护层的加固在机组基础表面涂覆一层防护材料，增加基础的抗冲刷能力。
防护层可以使用耐腐蚀、耐磨损的材料，如聚氨酯涂层等。
3. 水下岩石的处理对机组基础周围的水下岩石进行处理，如清理、移除或加固。
通过减少水下岩石与基础的接触，降低冲击力的作用，从而减小基础冲刷的风险。
4. 海上风电场布局优化通过合理规划海上风电场的布局，避免机组基础暴露在波浪和潮流的冲击区域。
合理的布局可以减小基础受到的冲击力，降低基础冲刷的风险。
结论华能海上风力发电机组基础冲刷是海上风电发展过程中的一个重要问题。
海上风电场单桩基础防冲刷施工技术
海上风电场单桩基础防冲刷施工技术发布时间：2023-02-21T01:38:48.754Z 来源：《科技新时代》2022年10月19期作者：漆召兵[导读] 结合某海上风电场单桩基础局部冲刷问题表现及成因，针对单桩基础防冲刷施工技术实施问题进行了重点研究与分析。
分析过程中，通过掌握工程项目地质条件以及环境特征，明确单桩基础防冲刷施工技术实施面临的重难点问题。
漆召兵三峡新能源海上风电运维江苏有限公司江苏盐城 224000摘要：结合某海上风电场单桩基础局部冲刷问题表现及成因，针对单桩基础防冲刷施工技术实施问题进行了重点研究与分析。
分析过程中，通过掌握工程项目地质条件以及环境特征，明确单桩基础防冲刷施工技术实施面临的重难点问题。
结合实际情况，从多个方面阐明单桩基础防冲刷施工技术应用要点及质量控制措施问题，以期可以达到预期的防冲刷施工效果。
关键词：海上风电场；单桩基础；防冲刷施工；技术分析引言：海上风能作为海洋资源中最具商业价值发展潜力的清洁能源类型，是十四五阶段国家政府部门予以重点开发与利用的能源类型。
目前，为持续加强对海上风能资源的开发利用，国家政府部门明确要求适合开发利用海上风能的省市地区应该大力开展海上风电项目建设工作。
结合建设情况来看，大直径单桩基础所具备的桩基承载性能相对优越且施工灵活，已然成为海上风电工程常用的结构方式[1]。
然而，海上风电单桩基础所面临的工程地质条件以及环境条件相对恶劣，很容易受到波浪流的影响引发桩基周围形成涡流的现象。
一旦出现此类现象，会对桩基周围的土体造成冲刷影响，不利于保障土体力学特性以及桩基结构的稳定性能。
可以说，如何利用切实可行的措施消除桩基土体局部冲刷带来的负面影响，基本上可以视为海上风电工程项目施工建设予以重点关注与解决的问题。
1 工程概况分析某海上风电场工程项目位于城市近海海域，场区中心离岸距离约32km。
其中，场区主要呈现长方形结构特征，南北长约8km、东西宽约5km，总体规划面积约为40k㎡。
固化土在海上风电单桩基础冲刷修复中的应用
参考内容三
基本内容
随着全球对可再生能源需求的不断增长，海上风电成为了一种极具潜力的能 源开发方式。然而，海上风电工程在面临复杂多变的海流环境时，其单桩基础会 受到不同程度的冲刷和侵蚀，严重影响了风电设备的稳定性和使用寿命。因此， 针对海上风电单桩基础海流局部冲刷及防护问题的研究具有重要意义。
为了深入探讨海上风电单桩基础在海流作用下的冲刷和防护问题，本次演示 采用实验研究的方法，对不同工况下的单桩基础进行海流局部冲刷实验和防护措 施实验。实验中使用了高清摄像机、水流测量仪、土工试验等设备，详细记录和 测量了冲刷过程中的各种数据。同时，为了更准确地分析实验数据，还采用了数 值模拟方法对实验过程进行模拟和优化。
三、方法
本次演示采用实验研究与理论分析相结合的方法，首先通过物理模型实验， 模拟不同海洋环境条件下的单桩基础局部冲刷过程，并采集相关数据。随后，利 用数值模拟方法，对固化土防护措施进行模拟分析，进一步探讨其有效性。同时， 结合实际工程案例，对研究成果进行验证与优化。
四、结果
实验结果表明，海洋环境因素如水流速度、水深、海床地质条件等对海上风 电单桩基础局部冲刷特性具有显著影响。其中，水流速度和海床地质条件对冲刷 深度和范围的影响最为显著。此外，实验结果还显示，固化土防护措施在减缓冲 刷、提高基础稳定性方面具有显著效果。与现有研究相比，本次演示提出的固化 土防护措施具有更好的适应性、有效性和经济性。
实验结果表明，海流速度、水质条件、单桩基础形状等因素对海流局部冲刷 具有显著影响。在相同海流速度下，水质条件越好，冲刷程度越轻；在相同水质 条件下，海流速度越快，冲刷程度越严重。此外，单桩基础的形状也会影响冲刷 效果，柱形基础比梯形基础更易受到冲刷。
针对实验结果，本次演示提出以下建议和防护措施：首先，应加强对海流环 境的监测和预报，为海上风电工程提供更为准确的设计和防护依据；其次，优化 单桩基础设计，提高其抗冲刷能力，如采用梯形或其他适宜的形状；最后，加强 对风电设备的维护和管理，定期进行巡检和维修，确保其稳定性和安全性。
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海上风电单桩基础局部冲刷研究进展
摘要：现如今，我国的经济在快速发展的过程中，我国是新能源快速发展的新
时期，风能作为一种绿色环保的可再生能源具有重要的应用前景，海上风力发电
的研究受到广泛关注。
在波浪和潮流荷载作用下，会导致风电桩基周围土体发生
局部冲刷，影响桩基的性能。
阐述了海上风电单桩基础局部冲刷的研究进展，综
述了桩基局部冲刷的机理，总结了不同的平衡冲刷深度计算方法，对不同学者的
模型试验、数值计算以及现场观测进行对比分析，探讨其中的不足并提出若干展
望和思考。
相关研究成果显示结合现场观测数据和冲刷预测模型的海上风机单桩
基础防冲刷设计是有效的。
关键词：局部冲刷;单桩基础;冲刷深度;耦合作用;海床
引言
近海波浪和水流两种海洋动力对海洋工程影响很大，更是海上风电基础局部
冲刷的主要影响因素。
波流共同作用下局部冲刷研究认为，波浪与水流共同作用
和水流单独作用建筑物冲刷形态大致相同，波浪作用非冲刷主要动力，其冲深比
单独水流的冲深值略大。
潮流波浪造成风电桩基底床局部冲刷，进而影响风电桩
基结构的稳定。
因此，对风电桩基进行冲刷及防护研究具有重要意义。
在海洋工
程实践及国内、外研究中，最为常见的海底结构物防冲刷措施有消能减冲和护底
抗冲两种。
消能减冲的措施之一是在基础上、下游设置防护桩群，折减流速，将
冲刷坑位置前移，从而减小基础范围内的冲刷深度。
护底抗冲措施是利用抛石、
沙枕、沙袋、软体排等结构对桥墩基础及周围进行防护。
本次设计防护措施即为
护底抗冲措施。
通过正态物理模型对海上风电桩基局部冲刷情况及防护问题进行
研究，在风电桩基局部冲刷的基础上进行防冲方案验证，为风电桩基冲刷防护提
供技术支撑。
1海上风机单桩基础动力环境及冲刷分析
海上的环境比陆地上要恶劣得多，与陆地上的荷载相比，海上的荷载主要是
动力荷载，除地震以外，还有风、波浪、流甚至冰等水平荷载，因此海上风机的
建设较陆上风机需要更为先进的工程技术给予支撑。
在过去的１０年间，海上风
机的尺寸变得越来越大，为了尽可能地降低成本，海上风机被建成了非常细长的
柔性结构，不恰当的基础设计极有可能造成风机结构在风或波浪等作用下的共振
破坏。
如何保障海上风机在风、浪、流及地震等频率迥异的动荷载作用下的安全
稳定仍是目前研究的重点和难点。
海上风机桩基础的安全设计中最重要且难度最
大的一个环节便是预测复杂海洋动力条件下的桩基础最大冲刷深度，不足或过于
保守的冲刷设计深度将分别导致建筑物的失稳破坏可能性的增加或施工成本的大
幅上浮。
据统计，目前世界范围内已建近海风机基础中７５％都使用了大直径单
桩基础，因此欧洲传统的风电强国积累的风机基础设计经验也主要集中在大直径
单桩基础上，涌现出了一大批单桩基础在波流共同作用下的冲刷及防护设计方法。
大直径单桩基础是一种极有潜力的新型近海风机基础型式，与一般的桩基础相比，它具有更大的直径，直径一般在３～８ｍ，壁厚一般在３０～６０ｍｍ，长径比
也较传统的桩基小很多，一般在１０ｍ左右。
2数值计算与数值模拟
建立的模型包括波浪场、流场、剪应力模型和冲淤形态模型。
计算结果与试
验符合较好，最大冲刷深度均在圆柱的侧前方±(45°～90°)，与李林普、但计算淤
积范围和高度与实验值有一定差异。
基于水气、水土界面捕获，分别选择
Eulerian方法(VOF)和Lagrangian方法(动态网格法)，建立了一种新型数值模型Foamscour。
试验结果对比发现单桩地基最大冲刷深度比试验结果偏大，但冲刷
形态和性质大致与实验结果吻合。
三维有限元冲刷模型揭示了桩基侧向变形和旋
转角的累积速率随着荷载的循环次数增加而增大，冲刷深度越大，侧向变形和旋
转角越大。
研究了不同类型接触单元和土体单元下冲刷后的桩基承载性能的变化
规律，结果表明土体冲刷过后具有卸载回弹效应，采用高承台计算得出的结果与
实际偏差较大。
基于冲刷深度随时间变化的理论基础，提出了一种新型的STEP
时间－冲刷深度模型，对于清水和活床冲刷均适用，经过对比发现采用S/D=1.25
更接近试验结果。
利用ANSYS建立了不同冲刷深度下风机集中质量的支撑系统三
维模型，随着冲刷深度的增加，风机支撑系统的3～6阶频率显著降低，振型存
在多样性。
利用FLOW－3D，采用(ＲNG)k－ε涡流模型，开展了数值模拟。
通过
模型试验和数值模拟的结果对比发现两者的流体速度分布、剪应力分布以及防冲
刷层沉降比较吻合，而在防冲刷层表面和自由流体界面处有明显差异。
基于有限
元分析，进而模拟CBG701井场桩周土的冲刷过程。
研究表明随着冲刷深度的增加，对土的承载力影响越显著，提出了采用沙袋填充桩基底部未入泥部分，起到
防止和减小冲刷的目的。
基于Openfoam开源程序和动网格技术，通过海床面剪
应力平衡法建立了冲刷数学模型，得到了海床面冲刷速率和冲刷量E，剪应力τ
的关系，以此作为判断是否发生冲刷的条件。
31:20比尺模型试验
从冲刷坑的个数来看，在筒型基础的前后两侧出现了两个形状不对称的冲刷
坑剖面形态。
造成两个特征剖面冲刷坑形态不一样的原因可能在于:待试验结束，
将水槽中的水放掉之后，发现特征剖面1侧的两个冲刷体积较大，特征剖面1测
量的断面基本横穿此侧两个冲刷坑的中间位置，所以特征剖面1中两个冲刷坑的
演化过程较为明显;而特征剖面2一侧的两个冲刷坑体积较小，此侧两个冲刷坑的
大小也不完全一致，特征剖面2中显示的冲刷坑是此侧较大的冲刷坑的发展变化
过程，另一个冲刷坑因为体积较小，紧贴模型的表面，还没有发展到特征剖面2
的位置，因此在特征剖面2的历时曲线中并没有体现出这个小冲刷坑的发展过程，造成筒型基础前后两侧冲刷坑不对称的根本原因是由于试验中双向泵反向运动形
成反向水流时流速小于正向水流造成，类似于涨潮流速大于落潮流速情况。
4设计方案冲刷验证试验
防冲刷试验是在冲刷坑形成条件下进行的，模型防护范围根据前面冲刷试验
情况采用最远?1.00m冲刷范围，即单桩外围12.50m，模型中范围为0.25m。
模
型试验中土工布厚约2.0mm，袋装沙按装满46%左右重的沙，块石选用0.48g、1.30g、2.65g、21.2g、169.6g五种重量，前四种碎石厚度均为20.0mm，169.6g碎石厚度约为40.0mm。
结语
本研究对国内外复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷相关研究进行了系统
地回顾与分析，发现以往对桩基冲刷安全设计的研究主要包括桩基—土体相互作
用与传统桩基冲刷两个方面，前者研究重点多集中于干土环境下的模拟冲刷对桩
体结构动力响应的影响，后者则重点考虑在波流耦合环境下的冲刷机理与预测。
虽然国内外学者在这两个方面开展了较多的研究，但两方面之间的交叉研究却比
较匮乏。
而在实际工程中，海上风电单桩基础在承受传统波、流荷载冲刷的同时
还遭受周期性的风、浪、流以及风机叶片转动所引发的振动荷载，着实存在两个
方面研究点复杂耦合的情况。
因此，未来该领域的研究应加强对这一复杂耦合现
象的研究，深入探究冲刷过程对风机单桩基础结构动力特性的影响，揭示复杂荷载动力条件下风机单桩基础附近的冲刷机理，精细预测最大冲刷深度，进一步优化现有冲刷防护设计，为近海风电工程桩基创新设计、管理和维护提供可靠科学依据。
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