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吸力筒基础
吸力筒基础型式:也称负压筒基础,可为单筒和多筒结构型式。由筒体和外伸段两部分组成,筒体为底部开口、顶部密封的筒型,外伸段可采用钢筋混凝土预应力结构或钢结构。
发展历史:近海吸力锚的概念是20世纪60年代提出的,80年代初才开始在工程中实现,并得到迅速发展。由此自然引伸、提出了吸力式基础平台,即筒型基础平台,并于20世纪90年代在挪威海上油田得到首次工程应用。借鉴海洋工程经验,2014年,世界首个吸力筒结构基础样机应用于BKR01海上风电场,基础高57m,重约850吨,安装4MW风电机组。
适用条件:适用于水深30-60m的海域,软粘土和松散砂土地质。
应用现状:吸力筒基础在海洋工程领域已有近40年的使用历史。自20世纪90年代陆续在国内应用。2010年6月29日,国内道达海上风电研究院采用复合筒型基础作为海上测风塔的基础,成功进行了整体海上安装作业。
技术特点:筒型基础的基本特点之一是它既不像桩式基础需要深土的承载能力,也不像重力式基础那样对表层土的承载能力提出很高的要求。筒型基础的设计和安装是在常见的土质条件下主要依靠对土和筒型基础之间相互作用机理的掌握。
施工及安装工艺:陆地预制,抽气下沉,注水移除。可事先在陆上预制好基础,再拖到安装海域。由于吸力式基础负压下沉深度相对较浅,重点勘察海床浅部地质。当基础寿命超过设计使用寿命时,该基础方便拆除,若通过评估则可进行二次利用。
优势:该基础不需要进行打桩,施工速度快,可有效利用海上作业窗口期,尽可能安装更多的基础。针对深远海域的风电场开发,其在未来还有降低成本的潜力。该基础安装时噪音小,拆除简便。
劣势:对筒体下沉控制要求较高。在负压作用下,筒内外将产生水压差,引进土体渗流,虽然渗流能大大降低下阻力,但是过大的渗流将导致筒内土体产生大变形,形成土塞,甚至有可能使筒内土体液化而发生流动等,从而发生结构倾斜。
难点:综合来看,筒型基础作为海上风电机组基础应用前景很大,但是设计体系还需进一步完善,施工风险还需要进一步把控。
代表工程:丹麦的Frederikshavn海上风电场,中国三峡江苏响水海上风电场。
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