浅谈海上风电机组基础灌浆技术应用与展望

浅谈海上风电机组基础灌浆技术应用与展望作者：孙永明
来源：《中国科技博览》2019年第06期
[摘要]海上风电机组基础灌浆是影响海上风力发电的一项重要的技术，由于风电机组设备长期载荷的作用，使得海上风电设备的灌浆在灌浆材料和连接类型，以及受力点等方面与普通的的常规海洋工程是不一样的。

海上风电机的基础灌浆技术具有抗疲劳、抗离析、高早强的优良特点，本文就是对于海上风电机组的灌浆材料进行论述，对其要求进行了详细的介绍，并对单桩基础和导管基础在海上发电的工程应用和发展进行了介绍，最后简单叙述了对灌浆的危害并进行检测和修复，也对海上风电的灌浆技术的未来进行展望。

[关键词]海上风电机组；基础灌浆技术；应用与展望
中图分类号：J62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0225-01
一、对于海上风电机组基础灌浆技术的概述
海上风电机组最早开始于欧洲，并在瑞典安装了世界上第一台单机容量的海上风电机组。

紧接着，在丹麦建立了世界上第一座商业海上风电场。

自从海上风电技术开始迅速发展，也是在对海上风电组的电机容量的不断提高，其基础类型也在不断改进，并涌现出一些新型的基础型和混合型。

海上风电机组的基础型是根据结构型进行安装的，它的类型有桩柱型，重力型，吸力型和悬浮型。

其中，桩柱型是最为基础和常用的，分别为：基础型，单桩型，多桩型，高桩型。

目前来说，欧洲的海上风电场的风电机组基础是与桩柱灌浆进行连接的，一方面是减少焊接带来劳作中的疲劳，另一方面就是可以起到调节平衡的作用。

对于海上灌浆连接来说，最早是应用于连接石油的平台和桩柱，其工艺有将近40多年的历史。

与现在的海洋石油灌浆平台进行对比，无论在材料上，还是受力机理上，海上风电机组都有着自身的特点，这也是因为基础的风机设备导致的[1]。

二、对于灌浆材料的总结
灌浆材料是根据灌浆连接和设计要求进行分析，其中，可以选择普通的水泥浆和高强度的水泥浆材料。

普通的水泥浆材料价格较为低廉，材料也容易得到，在海洋石油工程中也可以得到较为广泛的应用，但是普通的水泥浆的收缩性，抗压能力，粘结强度就会较差。

对于高强度的灌浆来说，就会比普通的水泥灌浆的收缩性，抗压能力，粘结强度较优良。

当材料与水进行混合时，就可以形成一种均匀、可流动且易于输送的灌浆材料。

海上风机的灌浆需要运用一些特殊的方法和特殊的施工方式，针对这些高强度的灌浆材料就需要具备流动性大，稳定性强，以及高体积稳定性的特点。

三、对于灌浆连接段的类型
灌浆连接段可以根据不同的标准来区分不同的类型，在对灌浆连接的形状进行划分时，可以分为：圆柱形灌浆连接段，圆锥形连接段，以及其他型连接段。

（一）单桩柱基础灌浆连接段
单桩柱基础灌浆连接段是最为应用广泛的基础型式，研究者对单桩柱进行了诸多研究和创新。

并在传统的圆柱形上开发出了圆锥形连接段。

因此，对于单桩柱的灌浆连接段主要就两种形式，分别是圆柱形和圆锥形。

（二）圆柱形灌浆连接段
圆柱形灌浆连接段是现在世界上工艺最成熟的连接形式，也是目前海上石油平台灌浆连接常见的使用方式。

而对于圆柱形灌浆的研究可以最早追溯到上世纪70年代，所以经过那么长时间的实践，这项技术已经有了比较丰富的经验。

但是在单桩柱的圆柱形灌浆连接段中，仍然会在受力的形式下存在着许多的问题，还应该继续进行研究。

（三）圆锥形灌浆连接段
在对于圆柱形灌浆连接段改进时，就发明了圆锥形的灌浆连接段。

灌浆连接段最早是在海洋工程中应用的，在这个过程的应用中需要将两个直径不同的钢管进行衔接，然后形成锥形来滑移连接。

而所谓的滑移连接就是把圆锥形的连接段在进行安装后，利用重力钢管进行竖向连接[2]。

这种滑移可以增加两个钢管的压力，产生出摩擦力，从而提升承载力，也是为了防止进一步滑移的产生。

综上所述，锥形的连接段会比圆形的连接段有较大的优势。

（四）其他灌浆连接段
对于传统的高强度灌浆材料连接，在进行研究以外，还可以对其他的新型连接段进行探索。

最近发明了一种“三明治”的连接方式，这种方式就是把套管和桩柱之间增加了一种复合填充物或者材料。

四、海上风电机组基础灌浆技术应用
（一）单桩柱基础灌浆
单桩柱基础在过渡阶段进行灌浆，已经是大面积应用众多的海上风电场，这种模式也是世界上最早的，最成熟的基础连接方式，适合水深的范围。

现在，我国应用的是单桩柱但无过渡段的连接方式，所以在水深的地方会存在一定的风险。

因为单桩柱基础的灌浆连接段是唯一的路径，没有多余的长度，所以在灌浆连接段出现失效和缺陷时，就会影响整个风机的运行和使用寿命，所以对于单桩柱基础的灌浆设计，以及施工都需要很高的要求。

（二）其他基础灌浆
除以上的模式之外，还有水上三桩柱基础，水下三桩柱基础以及重力型的基础灌浆模式。

水下三桩柱基础模式，是与后桩柱导管架基础灌浆连接段相似的，对于这种灌浆连接段就需要注意在浆体达到规定强度的同时，保证基础的桩顶和桩套，不能发生较大的位移，同时也要保证基础连接段在与风机进行长期运行下的条件。

而水下三桩柱基础灌浆则与前桩柱导管架基础灌浆连接段相似，它的灌浆方式是在水面上的，这样就可以方便管理灌浆的施工和质量。

对于重力型就是要分为混凝土沉箱式和重力基座式两种方式，在其安装的过程时，都需要采用高强度灌浆材料进行灌浆，来保证基础结构能够在后期运行稳定和顺利。

五、灌浆的危害进行检测和修复
灌浆连接段的长期性能对于风电基础是至关重要的，灌浆连接段在长期的疲劳负荷以及海水等各种环境因素下，会产生各种损伤，以及性能的退化[3]。

从而影响风电结构的安全性。

随着海上风电机组的大规模建设，对于灌浆连接段的危害进行检测，并对健康诊断进行评价研究，是具有重要的理论价值和现实意义。

但是海上风电机组仍然处于信息发展阶段，对于技术带来的危害监测，仍然是匮乏的，需要进一步的研究。

总结：直接从海上石油平台管道的基础经验来进行分析，并针对海上风电机组的特点进行创新性研究，这些研究会促使海上风电机组的发展变得成熟化。

而本文就是总结了海上风电机组基础灌浆技术在材料上连接的类型上，以及工程应用上的病害检测修复，对这些方面进行总结。

运用这些宝贵的经验，能对今后的发展作出强大的支撑，海上风电机组基础灌浆技术能够得到更好的发展。

参考文献：
[1]元国凯，汤东升，刘晋超，陈涛，马兆荣.海上风电机组基础灌浆技术应用与发展[J].南方能源建设，2017，4（01）：10-17.
[2]张宏民. 海上桩式风机基础连接段低周循环荷载分析[D].大连理工大学，2014.
[3]姜鹏宾. 海上风电场风机基础设计若干问题研究[D].大连理工大学，2013.
作者简介：孙永明，出生年月：1987.11.05，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：山东省烟台市栖霞市，当前职务：招投标及物资管理，当前职称：助理工程师，学历：大学本科，研究方向：计算机科学与技术。