浅析海上风机基础导管架的夹桩器结构分析和导管架的安装研究

摘 要：海上风力发电是目前最经济高效的方式，如何开发好海上风力发电，成为全球不断研究努力的方向，本文将讨论海上风机基础导管架的夹桩器结构，以及导管架的安装研究。

关键词：海上风机基础 导管架 夹桩器结构分析 导管架安装研究

近年来随着全球不可再生能源如煤炭、石油的日益减少，利用可再生能源呈现方兴未艾之势，风力发电在我国发展迅速，我国的海岸及沙漠边缘的风力发电规模也是越来越大，但海上风电开发还处于起步阶段，海上风力发电比陆上风力发电更具有不占用陆地面积、风速比陆地大、风的方向较稳定等优点。风机基础是海上风电建设的重要环节。海上风电场风机基础是将风机稳固在海上的重要建筑物，风机基础处在海洋环境， 不仅要承受结构、风荷载， 还要承受波浪、水流力等；同时风机自重本身对基础刚度、基础倾角和振动频率等均有非常严格的要求。由于我国海上风力发电发展还在起步阶段，海上风机基础将会是以多桩承台型式为主。桩基、导管架组合结构作为海上风机基础的一种型式，通过对桩基础与导管架腿柱之间的环形空间进行灌浆，将导管架与桩基础连接成一个有机整体。本文将对海上风机基础导管架的夹桩器结构分析和导管架的安装探讨。

一、风机基础结构认识

海上风电场风机基础是将风机稳固在海上的重要建筑物，风机基础结构有单桩基础、多桩基础、三脚桩基础、导管架基础等，单桩基础是最简单的基础结构，它由焊接钢管组成， 桩与塔筒之间的连接可以是焊接法兰连接，也可以是套管法兰连接。单桩基础通过侧面土壤的压力传输风机荷载，插入深度取决于海床地质类型，一般深至海床下 40 ～ 60 m，直径根据负荷的大小而定，一般在 3 ～ 5 m， 壁厚约为桩直径的 1 % 。多桩基础形式是根据实际的地质条件和施工难易程度，做成不同根数的桩，桩一般呈正多边形分布。本文主要针对导管架基础认识。导管架基础如图所示，它是一个钢质锥台形空间框架，以钢管为骨棱，桩基础为六腿或五腿结构，由圆柱钢管构成。

二、海上风机基础导管架的夹桩器结构分析

调平装置中的夹桩器在导管架基础的调平过程和调平结束后导管架基础的固定都起到非常重要，导管架基础与钢管桩之间通过高强度灌浆材料连接后固定于海底，风机塔筒法兰与导管架基础法兰用螺栓连接。为了保证风机整体的垂直度，根据工程要求，导管架基础法兰面水平度应控制在0.025°以内，因此在风机导管架基础安装过程中需采用专用调平装置对其进行调平。调平装置安装于导管架基础上，通过调平装置上的调平油缸和夹桩器，使导管架基础与固定于海底的钢管桩之间能产生相对运动，从而达到调节导管架基础法兰面水平度的目的。风机基础调节到允许误差范围内后，再利用夹桩器夹住钢管桩，使风机导管架基础保持水平与稳定，以保证在海浪或者风暴条件下风机基础与钢管桩之间不发生相对运动，也可保证灌浆结束后风机基础与钢管桩两者之间初凝结的高强度化学浆不受剪切力的损坏。

夹桩器由导向袖筒、夹桩圈、夹持油缸三部分组成，夹持油缸的夹桩圈与导向袖筒焊接在一起，导向袖筒能保证插桩过程比较方便，夹桩圈用于安装夹持油缸。夹桩器工作时，在周向均布的夹持油缸的作用下，与活塞连接的压块压入钢管桩从而把钢管桩与调平装置连接，由于夹桩圈与导管架基础的钢桩套筒通过调平油缸连接，因此调平油缸的动作可实现钢管桩与导管架基础之间的相对运动。夹桩器周向均布6个夹持油缸，油缸活塞上安装齿状压块，压块在活塞推动下嵌入管桩，提高了夹桩器的夹持力，夹持油缸的结构及其在夹桩圈上的安装方式是由于夹桩圈需承受钢管桩对油缸较大的反作用力，而根据工程要求，夹桩圈最大变形应小于1mm，因此需设计结构合理的夹桩圈与油缸的连接方式，并对其进行强度和刚度校核。

三、导管架的安装研究

目前大型风机导管架常用的海上安装方法有两种：一是吊装，采用大型的浮吊船作业；二是滑移下水，下水驳船压载倾斜一定角度，导管架在自身重力作用下克服摩擦力沿滑道运动入水。下水之后浮正方法也有两种：一是通过浮吊钩头吊起，导管架底部注水浮正，二是由导管架顶部浮筒提供浮力自浮正的方法。

目前，国内近海风机基础安装大多采用第一种方案。首先将桩基制作好运到现场，按方位和要求打入海床并测量好数据；其次，按测量数据定位组装制作导管架，焊接、防腐好后采用浮吊船吊装到海运船上，并固定好后运到安装现场；最后按桩位安装吊装好，调平导管架上法兰面水平度，并焊接固定、灌浆时效。这种方案实施方便、快捷，安装所需浮吊船等设备国内也较多，故应用较广。

参考文献

[1] 黄立维，邢占清，张金接. 海上测风塔基础与承台灌浆连接技术[J]. 水利水电技术. 2009（09）

[2] 张崧，谭家华. 海上风电场风机安装概述[J]. 中国海洋平台. 2009（03）

[3] 刘建楠，孟繁家. 浅谈大型基础设计中的桩基础和后浇带设计[J]. 林业科技情报. 2010（01）

[4] 吴启仁，郑主平. 风机基础环水平度纠偏方法探讨[J]. 水利水电技术. 2009（09）

[5] 赵卫全，杨锋，符平，邢占清. 灌浆技术在风机基础加固工程中的应用[J]. 水利水电技术. 2009（09）