海上风电机组基础结构-第三章
海上风电送出系统及工程技术
海上风电送出系统及工程技术本章概括性地介绍海上风电场的发电系统构成和主要设备，重点介绍了其送电系统构成、主要设备和功能特性，以及海上风电送出工程的系统并网技术、海上变电站、换流站技术和海底电缆线路技术。
2.1 海上风力发电系统简介2.1.1 系统构成目前，海上风力发电系统的典型接线图如图2-1所示。
图2-1 海上风力发电系统典型接线图从图2-1可以看出，风力发电机由风能驱动，发出电能，是海上风力发电系统最为重要的系统构件。
电能通过在机舱或基座内的变压器将电压抬升（如690V/35kV）之后汇入海底集电系统。
海底集电系统是连接各风电机组形成的电气系统，主要由连接各风电机组的海底电缆及开关设备构成，其作用是汇集各风电机组发出的电能，输送至陆上或海上升压站。
2.1.2 主要设备及功能特性据前文所述，海上风力发电系统包括海上风电机组及海底集电系统两个部分。
风电机组由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础、升压设备等组成，典型结构如图2-2所示。
海底集电系统由连接各风电机组的海底集电电缆、开关设备等组成。
（1）风轮。
由叶片和轮毂、滑环组成，是风电机组获取风能的关键部件，叶片是由复合材料制成的薄壳结构，分为根部、外壳、龙骨三个部分；轮毂固定在主轴上，内装有变桨系统，与机舱经滑环连接；滑环为旋转部件（叶片和轮毂）与固定部件（机舱）提供电气连接。
（2）传动系统。
由主轴、齿轮箱和联轴节组成（直驱式除外），主轴连接轮毂与齿轮箱，承受很大力矩和载荷；齿轮箱连接主轴与发电机，叶轮转速一般为15～25r/min，发电机（非直驱式）额定转速一般为1500～1800r/min，齿轮箱增速比通常为1∶100左右。
（3）偏航系统。
由风向标传感器、偏航电动机、偏航轴承和齿轮等组成。
偏航轴承连接机舱底架与塔筒齿轮环内齿，并与偏航电机啮合实现机舱偏航对风；偏航电动机驱动机舱转动对风，偏航速度一般为1°/s，通常有3～5台，通过减速箱或变频器降速。
风力发电机组结构
在相同风速条 件下，叶片数 越少，风轮最 佳转速越高. 多叶片风轮由 于功率系数很 低.
不同叶片数的风轮的功率系数随叶尖速比的变化曲线
3）叶片数（续）
因此用于衡量风轮转矩性能的另一个重要参数是转矩系数， 它定义为功率系数除以叶尖速比。
2.基本性能和主要参数
1）功率曲线（切入、额定、切出风速） 2）风轮直径和轮毂高度 3）叶片数 4）风轮转速、叶尖速比 5）风轮锥角和风轮仰角
表3-1 某型号1.5MW机组的主要技术规格
额定功率 / kW 转子直径 / m 塔架高度 / m 切入风速 / m/s 额定风速 / m/s 切出风速 / m/s 转子 叶片数 1500 77 65 3 12 20 上风向、顺时针转动 3
8）塔架与基础—桩基础
板状基础结构适用于岩床距离地表面比较近的场合。
板式基础四种形式
8）塔架与基础—板状基础
当地表条件较差时，采用桩基础比板层基础可以更有效地利 用材料。
几种桩基础的设计形式
8）塔架与基础—基础尺寸
基础的结构尺寸取决于机组容量的大小。影响因素首先是极端风速条件 下的载荷，另外机组运行状态下的最大载荷。影响基础的载荷主要是叶 片产生的推力。下图给出一个风电机组基础尺寸实例。
5）发电机
大型风电机组一般采用双馈异步电机和永磁同步电机作为 发电机。
双馈风电机组
永磁直驱风电机组
6）机舱
为了保护传动系统、发电机以及控制装置等部件，将它们用轻质外罩封 闭起来，称为机舱。机舱通常采用重量轻、强度高、耐腐蚀的玻璃钢制作。
机舱装配现场
wdm-第三章 风力发电机组的基础与施工
第一节础如图所示,采用标准的三腿支撑结构,由中
第一节 塔架的基础
1．我国风机地基基础设计的发展历程 随着我国电力体制的改革以及风电特许权项目的实
施，特别是2006年《可再生能源法》生效之后，国外风机
开始大规模进入中国，且由单机容量几百千瓦很快发展到 兆瓦级，国外厂商对风机地基的设计非常重视，而中国设 计能力较差。
第一节 塔架的基础
1．我国风机地基基础设计的发展历程
第一节 塔架的基础
二、 地基的类型及选用
（一）平板块
第一节 塔架的基础
二、 地基的类型及选用 （二）桩基础 按桩的性状和竖向受力情况可分为摩擦型 桩和端承型桩。 1、摩擦型桩的桩顶竖向荷载主要由桩侧阻 力承受; 2、端承型桩的桩顶竖向荷载主要由桩端阻 力承受。
第一节 塔架的基础
二、 地基的类型及选用 （二）桩基础
第三章 风力发电机组基础与施工
主讲教师：王殿明
第一节 塔架的基础
1．我国风机地基基础设计的发展历程 我国风机地基设计总体上可划分为三个阶段： 2003 年 以前小型风力发电机组地基的自主设计阶段； 2003 ～ 2007 年 MW 机 组 地 基 设 计 的 引 进 和 消 化 阶 段 ； 2007年以后MW机组地基的自主设计阶段。
第一节 塔架的基础
二、 地基的类型及选用 （三）桁架塔架基础
跨距较大。角钢框架提前进行组
装，角钢框架应设置好间隔和倾
斜角度。
第一节 塔架的基础
二、 地基的类型及选用 （三）桁架塔架基础
海上风力发电机PPT课件
适用情况:水深一般小于10m,任何地质条 件的海床。优点在于:结构简单,造价低;抗 风暴和风浪袭击性能好,其稳定性和可靠 性是所有基础中最好的。
4、吸力式基础
该基础分为单注及多注吸力式沉箱基础等。吸 力式基础通过施工手段将钢裙沉箱中的水抽出 形成吸力。想比前面介绍的单桩基础，该基础 利用负压方法进行，可大大节省钢材用量和海 上施工时间，具有较良好的应用前景。
2、多桩基础 （1）普通多桩基础 （2）三脚桩基础
（1）普通多桩基础
普通多桩基础,根据实 际的地质条件和施工 难易程度还可以做成5 根桩, 外围桩一般做成 一定角度的倾斜。这 种基础与单桩基础 没 有本质上的区别,其适 用范围、优缺点和单 桩基础都相差无几。
（2）三脚桩基础
三脚桩基础,采用标准的三腿 支撑结构,由中心柱、三根插 入海床一定深度的圆柱钢管 和斜撑结构构成,钢管桩通过 特殊灌浆或桩模与上部结构 相连,其中心柱提供风机塔架 的基本支撑。这种基础由单 塔架结构简化演变而来,同时 增强了周围结构的刚度和强 度。
（3）高产出。海上风电场允许单机容低,通过更高的转动速度及电压,可获取更高 的能量产出
三、海上风力发电机组三个主要部分
（1）塔头（风轮和机舱） （2）塔架 （3）基础（水下结构与地基）
四、海上风力发电基础的形式
1、单桩基础 2、多桩基础 （1）普通多桩基础 （2）三脚桩基础 3、重力式基础 4、吸力式基础 5、悬浮式基础
5、悬浮式基础
它是漂浮在海面上的盒式箱体,风电设备的支撑塔 柱固定在盒式箱体上。在水深大于50m时,采用其 它形式的基础形式不经济时,就考虑浮体结构,浮体 根据锚固系统的不同而采取不同的形状,一般为矩 形、三角形或圆形。目前,还没有海上风电场应用 这种基础,但待浅海海域开发完毕,风电场向深海发 展的时候,浮体支撑必然有其广阔的应用前景。
海上风电机组基础结构设计标准
海上风电机组基础结构设计标准《海上风电机组基础结构设计标准》一、适用范围本标准适用于海上风电机组基础结构的设计，包括海上桩基式塔座和浮式塔座。
二、基础结构（一）基础结构组成部分：1. 基础结构的组成部分，包括基础结构的顶部平台、基础结构的腹部、基础结构的桩体或者浮体壳体。
2. 基础结构安装的安全装置。
（二）基础结构的设计要求：1. 基础结构的设计使用年限应满足设备设施安装的要求，保护安装的设备设施不受损坏。
2. 基础结构的设计应符合国家有关规定，并考虑海洋环境的特殊要求，且考虑海洋环境中的气候、海浪强度、土质结构和岩石属性等进行设计。
3. 基础结构的设计应考虑与海洋环境的配合，使其能够抵抗海洋环境的冲击，如海浪冲击、风荷载、悬浮物等，并具备相应的生态保护功能。
4. 基础结构的设计应确保其结构平衡，结构完整，不变形。
5. 基础结构的设计应考虑机组的振动，采用合理的减振措施，控制振动的扩散，保证机组的正常运行。
6. 基础结构的设计应考虑潮汐、海浪、风荷载等荷载和环境条件，以确保机组能够正常运行。
7. 基础结构的设计应考虑设备安装的方便性和机组维护的要求，使其能够满足机组的维护要求。
三、总体设计（一）总体设计的要求：1. 总体设计时应考虑到机组的布局，包括机组与港口的距离、机组之间的距离等，确保机组能够正常运行。
2. 总体设计时应考虑机组的布局与现有工程的叠放关系，使机组的安全运行不受影响。
3. 总体设计时应考虑到机组的安全性，能够满足机组的安全要求，并预留必要的维护空间和设备安装空间，以确保机组能够顺利运行。
4. 总体设计时应考虑海洋环境的影响，确保机组能够顺利运行，并考虑海岸线环境保护的要求，防止对海洋环境造成污染。
（二）总体设计的内容：1. 基础结构的设计，包括机组的布局，配套设施的设计，以及机组配置技术要求的考虑等。
2. 机组的抗海洋环境性能设计，包括抗海浪冲击性能、抗风荷载性能、抗潮汐性能等。
第三章 风力发电机组的基础与施工
第一种为均匀平板块，当岩床距地面较近时选用。 平板必须有足够的厚度和合理的钢筋网。 第二种平板块上面为锥形，可以节省材料。 第三种将平板块用岩石锚固装置固定在岩层上，可 以减小埋深及平板面积，但施工难度大。
（二）桩基础 在地质条件较差地方，柱状的桩基础比平板块基础 能更有效地利用材料。 从单个桩基受力特性看，又分为摩擦桩基和端承桩 基两种。
内的动迁项目和动迁量；施工水源、电源、通信可能的 供取方式、供给量及其质量状况；地方生活物资的供应 状况等。 3、类似工程的施工方案及工程总结资料。
（二）、质量措施
特殊工程及采取新结构、新工艺的工程，必须根据国家 施工及验收规范，针对工程特点编制保证质量的措施。在审 查工程图纸和编制施工方案时就应考虑保证工程质量的办法。 一般来说，保证质量技术措施的内容主要包括： 1、确保放线定位正确无误的措施。 2、确保地基基础，特别是软弱基础、坑穴上的基础及复 杂基础施工质量的技术措施。 3、确保主体结构中关键部位施工质量的措施。
（三）、施工组织设计的编制原则
1、严格执行基本建设程序和施工程序。 2、应进行多方案的技术经济比较，选择最佳方案。 3、应尽量利用永久性设施，减少临时设施。 4、重点研究和优化关键路径，合理安排施工计划，落实 季节性施工措施，确保工期。 5、积极采用新技术、新材料、新工艺、推动技术进步。
6、合理组织人力物力，降低工程成本。
3、三脚架气压沉箱
三脚架气压沉箱易于安装及移动，适合于更深的水
域。重力+钢筋基础可以说是上述两者的结合，该技术
用圆柱钢管代替钢筋混凝土，将其嵌入到海底的扁钢箱 里。由于该技术的优越性，现国际上的海上风力场多采
用该技术。
海上风电基础形式及关键技术综述
海上风电基础形式及关键技术综述海上风电是指将风力发电机组安装在海上平台上，利用海上的高风速和稳定的风能资源发电的一种新能源。
相比于陆上风电，海上风电具有风速更高、风能资源更为丰富、发电量更大等优点，因此被视为未来风能发电的重要发展方向之一、本文旨在综述海上风电的基础形式和关键技术。
一、基础形式1.海上浅水沉箱式基础：采用沉箱式基础是目前应用最广泛的海上风电基础形式之一、它采用钢质沉箱作为支撑结构，通过将沉箱沉入海底然后灌注混凝土的方式固定在海底。
它的优点是施工简单方便、成本较低，但仅适用于水深在30米以内的海区。
2.海上钢桩式基础：钢桩式基础是适用于水深较深的海区的一种海上风电基础形式。
它采用钢制桩或者预制混凝土桩作为主要支撑结构，通过将桩固定在海底的方式支撑风力发电机组。
它的优点是适用于水深在30米以上的海区，能够承受较大的浪涌和冲击力。
3.海上浮式基础：浮式基础是一种新型的海上风电基础形式，它采用浮式平台作为主要支撑结构，通过浮力来支撑风力发电机组。
浮式基础的优点是可以适用于任意水深的海区，同时可以进行动态调整和定位，适应更为复杂的海洋环境。
二、关键技术1.海洋环境适应性：海上风电基础需要能够承受较大的海浪冲击、潮汐流速以及海水腐蚀等海洋环境的影响。
因此，要保证海上风电基础的耐腐蚀性和结构强度，选择合适的材料和表面处理技术，同时进行充分的结构设计和计算分析。
2.抗风性能：风是驱动风力发电机组工作的关键因素，因此海上风电基础需要具备良好的抗风能力。
这涉及到基础的结构形式选择、基础的稳定性和刚度设计等方面。
同时，需要进行合理的排布和间距设置，以减小风力发电机组之间的相互影响。
3.施工与维护技术：海上风电基础的施工和维护需要考虑到海上工作环境的恶劣性。
因此，需要开发高效的施工技术和维护技术，采用合适的船舶和设备，使得基础的建设和维护能够在复杂的海洋环境中进行。
4.高效发电技术：海上风电的发电效率对于经济可行性和环境效益至关重要。
海上风电风机基础结构形式及安装技术
海上风电风机基础结构形式及安装技术摘要：海上风力发电是未来主要风能趋势，且海岸滩涂风力储量丰富，具有巨大开发潜力。
但是海上存在复杂区域条件和不稳定地形，直接开发很容易引起海底土壤侵蚀和液化，这直接影响到海上风力发电机基础安全性和稳定性。
针对现有风力发电机基础，本文分析现有海上风力发电机基础结构形成，探讨其施工安装技术。
关键词：风机基础；单桩基础；安装技术前言：随着传统热能发展停滞，新能源增长会成为全球趋势。
由于热力和煤炭资源不足，清洁能源成为全球能源领域的热门话题。
风力发电作为清洁、无污染的可再生能源，越来越受到人们关注，本文将对海上风电风机进行分析探讨。
1 现状风能具有可持续发展，是一种清洁无污染能源，是未来能源发展方向。
面对我国当前环境污染现实和环境保护以及节能减排的迫切需要，海上风电将进入发展黄金时代。
故此，近年来将是海上风电发展爆发阶段。
海上风电机组安装，现已建成许多套，在基础上对风力发电机进行综合提升[1]。
2 基础结构形式通常，海上风力发电机形态基础结构主要包括重力基础、单桩基础、高桩承台基础、多桩基础及导管架式基础、吸力锚基础，详见下表。
2.3 高桩承台基础高桩承台基础需要根据实际地质条件和施工难度施工，其外围桩通常从一定角度向内倾斜。
地基应用于风电设备建造前，它是由基桩和上部承载平台组成，是沿海码头常见结构。
优点是对水平位移受力和阻力有利；缺点是基底较长，整体结构较重，因此适合于深度小于20米浅海海域。
2.4 多桩基础多桩基础使用多个钢堆，管道方向上部连接在钢桁架基础部分，基础上部连接在塔筒上。
多桩基础主要用于大规模风力发电园区和水深海域，在许多国家都有使用。
适合水深300米内海洋地区，不适合海底岩石多发地区情况。
多桩基础在海上石油和生产平台建设上非常成熟，可以应用于大众化和海上风能。
其优点包括质量轻、基础强度高、安装技术成熟，适用于深海；缺点是需要大量钢材，生产时间长，成本相对高，安装易受到天气影响[3]。
海上风电机组结构
海上风电机组结构海上风力发电是一种在全球范围内广泛应用的可再生能源，而风电机组的结构是整个系统的核心部分。
本文将详细介绍海上风电机组结构的各个主要组成部分。
1.风轮风轮是风电机组的核心部件，它利用风力带动发电机工作。
一般来说，风轮包括叶片和轮毂两部分。
此外，根据不同的设计，风轮还可以包含刹车装置和测风设备等其他部件。
这些部件能够有效地吸收并利用风能，提高风电机组的效率。
2.塔筒塔筒是风电机组的另一重要部件，它负责将风轮吸收到的能量传输到发电机。
一般来说，塔筒包括底座、中间段和顶端三部分。
此外，塔筒还需具有防腐蚀和耐久性，并能承受很大的力量。
它不仅支撑着整个风电机组的结构，还将风能转化为电能的过程中的关键环节。
3.齿轮箱齿轮箱是连接风轮和发电机的关键部件，它可以将风轮的高速转动变为发电机的工作转速，从而将动能转化为电能。
此外，齿轮箱还需具有很高的准确性和稳定性，从而保证电力的质量。
齿轮箱的设计和制造需要经过精密的计算和实验验证，以确保其性能达到最优。
4.发电机发电机是风电机组的核心部件，它负责将动能转化为电能。
根据不同的设计，发电机包括的部件也不尽相同。
例如，水平轴风电机组通常使用的是三相异步发电机或双馈异步发电机，而垂直轴风电机组则可能使用的是直线发电机或旋转发电机。
5.控制系统控制系统是保证风电机组正常工作的关键，它负责监测风电机组的运作状态，并对其进行及时维护和修复。
控制系统一般由各种传感器、控制器和执行器等组成，能够实时监测和控制风电机组的各个部件。
6.变压器变压器是将电压转换成用户所需电压的重要设备，它可以将高压电变为低压电，保证用电的安全性和稳定性。
对于海上风电机组来说，变压器也是必不可少的设备之一，因为它需要将海上与陆地电网连接起来，实现电能的传输和分配。
7.支撑结构支撑结构包括机座、横梁等部件，它们负责支撑整个机组的工作，并保证其稳定的运转。
这些部件的设计和制造也需要经过精密的计算和实验验证，以确保其能够承受住各种恶劣环境和载荷条件下的运行。
3-第3章-《风力发电机组整体结构》
第3章风力发电机组整体结构填空题1、并网型风力发电机的功能是将风轮获取的【空气动能】转换成【机械能】，再将【机械能】转化为【电能】。
2、风力发电机组的基本要求是能在风电场所处的【气候】和【环境】条件下长期安全运行，以较低的成本获取【最大的年发电量】。
3、风电机组对其零部件要求极其严格，对【结构设计】、【材料选用】、【加工工艺】和【质量控制】都提出了远高于普通设备的要求。
4、并网型风力发电机组的整体结构分为【风轮】（包括叶片、轮毂和变桨距系统）、【机舱】（包括传动系统、发电机系统、辅助系统、控制系统等）、【塔架】和【基础】等几大部分。
5、用钢筋混凝土制成的塔架基础必须保证机组在极端恶略的气象条件下能够保持塔筒【垂直】，使机组稳定运行。
6、风电机组的主要部分布置要使得机组在运行时，机头（机舱与风轮）重心与【塔架】和【基础】中心相一致，整个机舱底部与塔架的连接应能抵御风轮对塔架造成的【动力负载】和【疲劳负荷】作用。
7、机舱外壳是【玻璃纤维】和【环氧树脂】制成的机舱罩，具有成本低、重量轻、强度高的特点，能有效的防雨、防潮、和抵御盐雾、风沙的侵蚀。
8、风电机组如果不使用齿轮增速箱，在很低的风轮转速下只能用一个极数较多的发电机，例如对应30r/min的风轮转速需要使用【200】极的发电机，而发电机转子的【质量】与转矩大小成比例，这样的发电机将会非常庞大和笨重。
9、风电机组使用齿轮箱，是为了将风轮上的【低转速高转矩】能量，转换为用于发电机上的【高转速低转矩】能量，这样就可以使用结构较小的普通发电机发电。
10、直驱式风力发电机没有【齿轮箱】，由风轮直接驱动发电机，亦称无齿轮箱风力发电机。
11、直驱式发电机应用于风电机上还是有一些问题需要研究解决，如【减轻发电机的体积和重量】，【方便运输】；【最适合的机型】（同步、永磁、可变磁阻等）选择；电流和电压的波动的影响；变流器的选择；【设计低损耗的发电机】；永磁发电机导致过量的铁损耗；磁性材料的选择；在运行或失效的情况下如何【防止消磁状况】等。
海上风电机组基础
米的深海； 2、风机重量 138吨； 3. 纤绳 100米； 4. 排水量 5300立方米； 5. 水线直径 6米； 6.钢制塔和钢质水下结构;
海上风电机组基础类型
机组基础中，88%的 欧洲海上风电机组采 用单桩基础，8.5%的 机组选择重力桩，3% 的机组选择三桩基础， 还有两个漂浮机组， 两台样机基础。
序号
1 2 3 4 5 6 Байду номын сангаас 8 9 10 10 合计
项目名称
建设容量（万kW）
江苏如东30MW潮间带试验风电场 江苏如东150MW潮间带示范风电场 江苏如东30MW潮间带试验风电场扩容 江苏如东150MW潮间带示范风电场扩容
江苏响水海上试验项目 上海东海大桥海上风电示范项目
天津龙源滨海风电场 福建福清湘电5MW试验机组 山东潍坊联合动力3MW和6MW试验机组 上海东海大桥华锐5MW和上海电气3.6MW试验机组
三、福建近海风电基础勘测设计特点
福建海域极端的海洋水文气象条件
➢ 复杂的海洋水文气象条件：受台湾海峡地形的影响福建省中部海域最 大潮差高达8米；近海海域波浪类型是混合浪，涌浪的波高波长强度 强；每年影响我省的台风5～7个，台风除了带来狂风巨浪、降水、雷 电等恶劣气候影响之外，每个台风来临前后的影响使得我省每年海上 风电可施工的窗口时间短。
海上风电基础
海上风电基础
• 一、海上风电的发展现状 • 二、海上风电基础类型 • 三、福建近海风电基础勘测设计特点 • 四、工程实例
一、海上风电的发展现状
海上风电的优势：
• 海上风场 风力强劲，发电量大 • 海上风电场不占用土地，不扰民 • 海上风电场视觉、噪音影响较小 • 海上便于较大型风电设备，有利于提高风电场效益 • 我国海上风电场距电力负荷中心较近，限电少
海上风电机组基础结构-第三章
3.1.4 群桩承台基础
群桩承台基础组成
群桩承台基础主要由桩和承台组成， 承台采用钢筋混凝土结构。
群桩承台基础特点
结构刚度大、整体性好，但施工工序 较多、自重大、需桩多，承台现浇工 作量大。
群桩承台基础适用条件
主要适用水深为0~25m，适合离岸距离 不远的海域施工。
3.2 桩承式基础的一般构造
3.2.1 桩
3.4.1 桩的承载力计算 3.4.2 桩的承载力验算 3.4.3 抗裂与裂缝宽度验算
3.4.1 桩的承载计算
桩的承载主要包括 抗压承载力、水平承载力和抗拔承载力。
摩擦桩：由桩侧摩阻力和桩端阻力组成 抗压承载力 端承桩：桩端阻力起主要作用 抗拔承载力：仅有桩侧摩阻力
3.2.2 靠船防撞设施
3）警示装置设计
① 警示装置设计是防撞设计的重要内容。所有处在外围的风塔基础均 需设置夜间和雾天警示灯，警示灯布置在基础醒目位置。为防止个 别警示灯意外损害，每个基础需布置多套警示灯。
② 若海上风电场与海上航线接近，航道边应设置浮标。同时靠近航线 侧的风塔基础应设置雷达应答器，以便装有雷达装置的较大型船舶 能及早发现障碍物，避免越过浮标位置碰撞风塔基础。
（a）立面示意图 图 3-3 （b）平面布置示意图 三桩门架式基础
3.1.2 三脚架基础
门架式基础施工
采用先打桩后放导管架的施工方式，要求严格控制桩 的打桩精度，对打桩设备的能力及打桩精度要求提高， 确保上部门架准确定位。为将灌浆提高至水面以上， 桩顶标高需高出水平面；为防止波浪荷载作用，方形 梁底高程大于极端高潮位+2/3H1%，上部门架可采用空 间梁板结构。上部门架与钢管桩之间采用高强灌浆料 连接。
3.1.2 三脚架基础
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3.3.2 群桩承台基础的结构布置
桩基平面布置要求
① ② ③ ④ ⑤ 应安排好斜桩的倾斜方向，要避免桩与桩在泥面下相碰。 考虑到打桩偏差，两根桩交叉时的净距不宜小于50cm。 保证每根桩都能打，且施工方便； 不妨碍打桩船的抛锚和带缆； 尽量减少调船和变动打桩架斜度。
减小基础的沉降措施
①同一桩台下的基桩，宜打至同一土层，且桩端标高不宜相差太大；
整体性好，承载能力较高，对打桩设备要求较 低。并且导管架是在陆地上预制而成，施工相 对简便。但现场作业时间相对较长，其造价随 着水深的增加呈指数增长。
3.1.3 导管架基础
导管架基础应用条件
海上风电场中，考虑到建设成本，导 管架基础的适用水深为 0~50m ，最适 用于水深为20~50m的海域，因为当水 深超过 20m 时，相对于单桩基础和三 角架基础，导管架基础的用钢量更少。
3.1.1 单桩基础
单桩基础特征
单桩基础施工工艺较为简单，无需做任何海床准备，利用打桩、 钻孔或喷冲的方法将桩基安装在海底泥面以下一定的深度。
单桩基础施工
① 对于软土地基可采用锤击沉桩法，如丹 麦的Horns Rev项目，瑞典的Utgrunden项 目，爱尔兰的Arklow Bank项目和英国的 Kentish Flats项目。 ② 对于岩石地基，可采用钻孔的方法，边形 成钻孔边下沉钢桩，如瑞典的 Bockstigen 项目和英国的North Hoyle项目。
②当桩端进入不同的土层时，各桩沉桩贯入度不宜相差过大； ③同一桩台基桩桩端不应打入软硬不同土层。
3.3.2 群桩承台基础的结构布置
2）承台高程
承台的底部高程：应考虑使用要求、施工水位、波浪对结构的影响、 靠船检修、低潮时防止船舶直接撞击下部基桩的需要等因素。 承台顶高程：应从设计水位、设计波高、结构受到的波浪力综合考 虑。一般情况下，需保证基础上方塔筒与基础结合面不受海水浸泡 和波浪打击。
（2）布置基桩时，宜使桩群承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合 ，并使基桩受水平力和力矩较大方向有较大抗弯截面模量。 （3）尽量采用对称布置，其位置、坡度及桩端嵌固情况均宜对称，这种布 置结构简单，计算容易，施工方便。 （4）应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层的深度，对 于黏性土、粉土不宜小于2D，砂土不宜小于1.5D，碎石类土，不宜小于1D。 当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3D。
绑扎承台钢筋
钢管桩
钢管桩
施打钢管桩
钢管桩
3.2.2 靠船防撞设施
1）靠船构件
靠船构件一般采用钢桁架焊接于桩身，钢桁架最外侧可用橡胶材料包 裹以缓冲船体对基础的撞击。 靠船构件的底高程和顶高程需结合海域的低水位、高水位以及检修船 的吃水深度等因素综合确定。
2）防撞设计
① 防撞设计标准：暂无标准，风险评估将首先绘制该区域的船只等 级以及其航迹线运用国际通用的模型来评估船只与风力发电场发 生碰撞的风险。 ② 常见防撞设施设计：
3.1.2 三脚架基础
三角架基础定义
采用标准的三腿支撑结构，由中心柱、三根插入 海床一定深度的圆柱钢管和斜撑结构组成。
三脚架基础的构建
中心柱即三角架的中心钢管提供风机塔架的基本 支撑，类似单桩结构。三根等直径的钢管桩一般 呈等边三角形均匀布设。三角架可以采用垂直或 倾斜套管，支撑在钢管桩上。斜撑结构为预制钢 构件，承受上部塔架荷载，并将荷载传递给三根 钢管桩。预制的三角桁架设数根水平和斜向钢连 杆，其分别连接 3 根钢套管以及位于中心的竖向 钢管，竖向钢管顶端与风机塔架相接。
群桩墩式防护系统
该系统采用独立的钢管桩基础防撞墩，基桩由承受压力的斜桩和承受拉力 的竖直桩组成。群桩墩式结构刚度大，一旦发生碰撞事故，船只的损伤比 较大，因而该防护系统仅适用于碰撞概率较低，且采用其他防护措施达不 到防护效果的情况。
单排桩防护系统
该系统采用间隔布置的钢管桩作为防撞设施，钢管桩采用锚链或水平钢管 相连，计算防撞能力时不考虑桩间联系刚度，即按单桩计算防撞能力。单 排桩防护系统仅能抵抗小型船舶的撞击，对于中大型的船舶仅起到警示和 缓冲作用。
群桩基础中桩的布置宜符合下列条件 （1）充分发挥基桩的承载力，基桩的最小中心距应符合表3-1的规定。
土类与成桩工艺 非挤土灌注桩 部分挤土桩 挤土桩 饱和黏性土 排数不少于3排且桩数不 少于9根的摩擦型桩桩基 3.0D 3.5D 4.5D 其他情况 3.0D 3.0D 4.0D
注：1.D—圆桩直径或方桩边长。2.当纵横向桩距不相等时，其最小中心距应满足“其他情况”一栏的规定
混凝土预制桩
PHC管桩预制
混凝土预制桩
PHC管桩预应力拉伸
混凝土预制桩
PHC管桩拆模
混凝土预制桩
大直径管桩预制养护
混凝土预制桩
拼接好的大直径管桩
混凝土预制桩
钢桩靴
混凝土预制桩
PHC管桩起吊
Hale Waihona Puke 混凝土预制桩PHC管桩沉桩
混凝土预制桩
桩抱箍
混凝土预制桩
桩承重结构
混凝土预制桩
承台底板
混凝土预制桩
2） 桩与三脚架（导管架）的连接
三脚架（导管架）基础中的桩顶部通过特殊灌浆或桩模的 方式与三脚架（导管架）相连，其中以灌浆方式居多。海上风 电机组基础承受较大的水平荷载，连接段承受弯矩较大，对灌 浆连接的质量和作用效果提出了更高的要求。
海上风电机组三脚架（导管架）基础的连接一般完全或部 分处于水下，宜采用底部灌注方式。灌浆过程中在浆液充满环 形空间后，应进行一段时间的压力闭浆。采用底部灌浆，结石 体与管壁粘接比较密实，结石体内部的蜂窝状孔隙很小且较少， 灌浆效果较好。
3.3.2 群桩承台基础的结构布置
1）群桩承台基础中桩的布置
桩的布置直接关系到整个基础结构的受力， 其布置原则是： ① 能充分发挥桩的承载力，且使同一承台 下的各桩的受力尽量均匀，使桩的沉降 和不均匀沉降较小； ② 使整个群桩承台基础的建设比较经济； ③ 考虑桩施工的可能性和方便性。
3.3.2 群桩承台基础的结构布置
海上风电机组基础有钢管桩和混凝土预制桩两大类，绝大多 数采用钢管桩。 钢管桩优点 钢管桩的穿透能力强、自重轻、锤 击沉桩的效果好，无论起吊、运输 或是沉桩、接桩都很方便。
钢管桩不足 钢管桩的耗钢量大，成本高，容易 产生锈蚀，影响使用年限，必须对 钢管桩采取有效的防腐措施。
钢管桩的注意事项： 钢管桩的外径与壁厚之比不宜大于70，以 免打桩时由于壁厚较薄而导致部分钢桩屈曲破坏。
3.1.2 三脚架基础
三角架基础的特征
① 具有单桩基础的优点（施工工艺较为简单，无需做任何海床准备）；
② 不需要冲刷防护；
③ 三角架基础的刚度较大。
三脚架基础的适用条件
适用水深范围及地质条件也比较广泛。挪威船级社（DNV-OS-J101-2013）
标准推荐三角架基础适用水深为0~30m。
3.1.2 三脚架基础
3.2.2 靠船防撞设施
3）警示装置设计
① 警示装置设计是防撞设计的重要内容。所有处在外围的风塔基础均 需设置夜间和雾天警示灯，警示灯布置在基础醒目位置。为防止个 别警示灯意外损害，每个基础需布置多套警示灯。
② 若海上风电场与海上航线接近，航道边应设置浮标。同时靠近航线 侧的风塔基础应设置雷达应答器，以便装有雷达装置的较大型船舶 能及早发现障碍物，避免越过浮标位置碰撞风塔基础。
三脚架基础的施工
三角架基础施工时，先沉放三角架， 然后进行3根钢管桩的施打（通过导管 施打基桩）。导管与基桩连接在水下 进行，可采用灌注高强化学浆液或充 填环氧胶泥（一般每根桩需要配专用 水下液压卡桩器）、水下焊接等措施 进行连接。
3.1.2 三脚架基础
三脚架基础的改进—门架式基础：
三脚架基础需要进行水下打 桩和水下灌浆，德国的 BARDOffshore1 风场推出了 高三桩门架式基础。用 3 根 大直径钢管桩定位于海底， 3 根桩呈正三角形布设，桩 顶通过内插钢套管支撑上部 钢结构体系，构成门架式基 础。
3.2.3 平台、栏杆和爬梯
平台、栏杆和爬梯
海上风机需设置检修平台，位置一般在高
于海平面的适当位置，需保证平台底高程高于
海平面以及平台不受波浪的影响。为了保障检
修人员的安全，需在平台四周设置栏杆。为了
方便检修人员上下检修平台，在靠船处与平台
之间需设置爬梯。
3.3 桩承式基础结构设计
3.3.1 三脚架（导管架）基础的结构布置
3.1.4 群桩承台基础
群桩承台基础组成
群桩承台基础主要由桩和承台组成， 承台采用钢筋混凝土结构。
群桩承台基础特点
结构刚度大、整体性好，但施工工序 较多、自重大、需桩多，承台现浇工 作量大。
群桩承台基础适用条件
主要适用水深为0~25m，适合离岸距离 不远的海域施工。
3.2 桩承式基础的一般构造
3.2.1 桩
海上风电机组基础结构 陈达
第三章：桩承式基础
主要内容
3.1 桩承式基础的结构型式及其特点 3.2 桩承式基础的一般构造
3.3 桩承式基础的结构布置 3.4 桩承式基础的计算 3.5 风电机组桩基础的变形控制标准 3.6 钢管桩结构设计
第三章：桩承式基础
桩承式基础定义
桩所承受的轴向荷载是通过作用于 桩周土层的桩侧摩阻力和桩端土层 的桩端阻力来支承；水平荷载是依 靠桩侧土层的侧向阻力来支承。
桩承式基础适用条件
桩承式基础结构较轻，对波浪和海 流的阻力较小，适用于可以沉桩的 各种地基，特别适用于软土地基。 在岩基上，如有适当厚度的覆盖层， 也可采用桩基础；覆盖层较薄时可 采用嵌岩桩
3.1 桩承式基础的结构型式及其特点
桩承式基础的分类
单桩基础、群桩承台基础、三角架基础和导管架基础。
单桩基础
3）承台尺寸