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海上风机桩基础与导管架的灌浆连接

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海上风电场工程基础结构灌浆连接技术规程_概述及解释说明

海上风电场工程基础结构灌浆连接技术规程_概述及解释说明

海上风电场工程基础结构灌浆连接技术规程概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在对海上风电场工程基础结构灌浆连接技术规程进行概述和解释说明。

随着可再生能源的迅速发展，海上风电场工程作为清洁能源的重要组成部分，得到了广泛关注。

而在海上风电场的建设中，基础结构的稳固连接是确保风机安全运行和延长寿命的关键环节。

1.2 文章结构本文分为五个主要部分。

首先在引言部分对文章内容进行简要介绍。

第二部分概述海上风电场基础结构，并对灌浆连接技术进行简单介绍。

接下来第三部分对海上风电场工程基础结构灌浆连接技术规程进行详细解释说明，包括灌浆材料选择与性能要求、连接方式和工艺流程以及施工质量控制与检验要求。

第四部分是总结和展望，总结文章的主要内容并展望未来该领域的发展趋势。

最后一个部分是参考文献，列出本文所引用的相关资料。

1.3 目的本文旨在提供一份清晰明确且全面的海上风电场工程基础结构灌浆连接技术规程概述，帮助读者更加深入了解这一重要领域的相关知识。

通过对灌浆连接技术规程进行详细解释说明，读者可以了解到灌浆材料选择与性能要求、连接方式和工艺流程以及施工质量控制与检验要求等方面的具体内容。

同时，通过总结和展望部分，读者可以对未来海上风电场工程基础结构灌浆连接技术的发展趋势有一定的了解。

通过本文的阅读，读者将能够更好地理解和应用海上风电场工程基础结构灌浆连接技术规程，并为相关领域的研究和实践提供参考。

2. 海上风电场工程基础结构灌浆连接技术规程概述2.1 海上风电场基础结构概述海上风电场是指将风力发电机组安装在海洋中的固定或浮动式平台上，利用海洋中的风能来发电。

为了确保海上风电场的稳定性和可靠性，需要建立合适的基础结构。

海上风电场的基础结构通常包括桩基和桩帽两个主要部分。

桩基是通过钢管桩或混凝土滨海墙将发电机组固定在海床上，而桩帽则与桩基相连，支撑起发电机组。

2.2 灌浆连接技术简介灌浆连接技术是在海上风电场工程中用于固定和加固桩帽与桩基之间连接的一种关键技术。

海上风电导管架结构与桩基灌浆连接施工探讨

海上风电导管架结构与桩基灌浆连接施工探讨

产业科技创新　Industrial Technology Innovation 56Vol.1　No.24产业科技创新　2019，1（24）：56~57Industrial Technology Innovation 海上风电导管架结构与桩基灌浆连接施工探讨黎富浩（中国能源建设集团广东火电工程有限公司，广东　广州　510000）摘要：灌浆技术属于导管架安装的重要技术之一，其主要作用为连接海床-钢管桩-导管架，灌浆质量会直接影响到风电机组的运行安全及发电效率。

在开展海上风电工程施工中，必须注重导管架灌浆操作。

灌浆施工质量，对风机基础结构服役寿命、环境载荷抵抗力的影响非常大。

此次研究主要是探讨分析导管架结构灌浆工艺，联合某工程项目，讨论导管架灌浆工艺与施工过程难点，希望能够对相关人员起到参考性价值。

关键词：海上风电；后桩法导管架结构；桩基灌浆连接施工中图分类号：U69　文献标识码：A　文章编号：2096-6164（2019）24-0056-02在我国风力发电行业发展过程中，海上风电发电发展速度快，出现了较多海上风电场项目。

目前海上风电导管架基础采用的多为先桩法导管架基础，即先进行沉桩后，再安装导管架，最后进行灌浆作业。

1　海上风电导管架灌浆程序灌浆设备准备注入润滑材料搅拌灌浆材料开始灌浆灌浆用量和灌浆时间控制压力“屏浆”灌浆结束，停泵连续灌浆管线管线压力测试检查管线受损位置，并进行修复或更换灌浆材料密度重新配置灌浆材料关闭阀门、拆除管线灌浆口溢浆重新配置灌浆材料不合格不合格不合格合格合格合格图1　海上风电导管架灌浆程序在灌浆施工前，应对灌浆管线进行水密性试验，同时在陆上对进行原型1∶1灌浆试验，以确保海上实施的顺利进行。

2　海上风电导管架灌浆施工难点在风电基础结构施工中，导管架灌浆比较重要，当灌浆操作成功时，将会加强风机结构对于环境载荷的抵抗力，布设灌浆管线、灌浆量、封浆结构与性能，均会影响灌浆擦做的成功性。

海上风电机组基础设计方案选型及灌浆连接设计

海上风电机组基础设计方案选型及灌浆连接设计
连接 。
通过在 导管 架腿柱 （ 钢 套筒 ） 与桩 之间的环 形空间 内进 行灌浆 ， 可 以把平 台 荷载传 递给钢桩 。 此 荷载传递 时 由结构 经过水 泥至钢 桩 。 试 验工作 表明 ， 荷载 传 递机理 是水泥浆 与钢桩表 面之 间的粘合和 密闭摩 擦的综合 作用 ， 以及水 泥浆对 于诸 如剪 切键 一类机 械装 置 的承压 作用 。
桩机械打人海床， 上部用连接段与塔筒连接。 连接段与钢管桩之间采用灌浆连
接， 连接 段与 塔简之 间采用法 兰连 接 ， 连 接段 同时也起 到调平 的作用 。 单桩基 础
缩， 难 以满足 要求 。 环氧胶 泥在 国外海上 风电场导 管架与桩 基连接 中有 应用 ， 连
种 基础 类型 ， 靠 其 自身重量 来平衡 风荷 载、 浪荷 载等水 平荷 载。 这 种基础安 装
简便 ， 基 础投 资较省 ， 但对 水深有一 定要 求 ， 并对 海床 表面地质 条件 也有一定 限 制， 不 适合 淤泥 质 海床 。
在基 础 内预 留孔 并二次 灌浆 。 重力式基 础是适 用于浅海 且海 床表面地 质较好 的
一
接。 在钢 管桩与 导管 架的 连接面 设置剪 力键 ， 可 以增加 承 载能力 ， 因此， 采用 设
置剪力 键 的连接 。 １、 灌 浆料 的选 择
选用 高强灌 浆材料及 特性 ， 常用 的灌 浆材料包 括水泥 浆、 环 氧胶泥 、 高强 灌 浆料 等 。 普通水 泥浆 价格 低廉 、 施工 简单 ， 但其 结石 体抗压 及粘 接强 度低 、 易 收
一．背 景 Nhomakorabea用混凝 土搅 拌船 等施工 机械 ， 同时需要 在海上 架设 模板等 工作 ， 故 海上作 业周

一种海上风机导管架基础水下封堵式灌浆连接结构[实用新型专利]

一种海上风机导管架基础水下封堵式灌浆连接结构[实用新型专利]

专利名称：一种海上风机导管架基础水下封堵式灌浆连接结构专利类型：实用新型专利
发明人：田振亚,朱荣华,李凤
申请号：CN201520692035.6
申请日：20150908
公开号：CN205046588U
公开日：
20160224
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种海上风机导管架基础水下封堵式灌浆连接结构，所述导管架基础的桩腿分别插装入固定于海床上的钢管桩内，其插入的部位采用灌浆固定，进而在钢管桩内形成有一段灌浆段；且在安装导管架基础前，即将导管架基础的桩腿插入钢管桩前，所述钢管桩内填充有沙袋和砂石这些填充料，用于灌浆操作时对浆料进行封堵，并确保填充后的填充料面与钢管桩顶端位置的高度差不超过灌浆段长度；所述钢管桩的外侧固定安装有带灌浆软管的灌浆管，该灌浆管的灌浆头伸进钢管桩内，用于对灌浆段进行灌浆。

本专利结构不用安装价格高昂的封堵器，降低了基础建设成本，避免了导管架桩腿与钢管桩对中问题引起的灌浆漏浆问题。

申请人：广东明阳风电产业集团有限公司
地址：528437 广东省中山市火炬高新技术产业开发区火炬路22号明阳工业园
国籍：CN
代理机构：广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：梁莹
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某海上测风塔灌浆连接设计

某海上测风塔灌浆连接设计
第３ ９卷 第 ３ ５期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ ＴＵ ＲＥ
山 西 建 筑
Ｖｏ ｌ ＿ ３９ Ｎｏ． ３５
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
・４９ ・
文章编号 ： １ ０ ０ ９ － ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ３ ５ — ０ ０ ４ ９ ・ ０ ２
近年来海上风 电发展迅速 ， 而开发海 上风 电首要 的问题是风 ２ 灌 浆连 接设计 能资源的观测 ， 而采集 风能最 直接 的方 式就是 建立 海上 测风 塔 。 灌浆连接节点在石油或天然气工业 的海上平 台基础 、 导管架 海 上测风塔形式多样 ， 其基 础形式有单立柱 （ 单桩、 三桩） 、 管桩加 基础 以及 海 上 风机 单 桩 基础 中 已经 得 到 了广 泛 的应 用 。参 照 支撑、 导管架 等。 目前 国内最 常见 的是先 打桩 ， 而 后在 水上 焊接
图 １ 测风塔基础整体 模型 图 ２ 导管架平台连接示意 图
了节点的构造要求 ， 包 括灌浆 段长 度 ， 桩 径 与壁厚 ， 套 管与 壁厚 ， 抗剪键的尺寸及布置等 ， 本文列出对 比如表 ２所示 。
某 海 上 测 风 塔 灌 浆 连 接 设 计
武
摘
江
张略秋
刘福 来
５ １ ０ ６ ６ ３ ）
（ 中国能源建设集团广东省 电力设计研究院 ， 广东 广州
要： 以实际工程为例 ， 参考相关规范和资料 ， 对海上测风塔基础导管架与桩基 的灌浆连接设计进行详细阐述 ， 同时采 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ
且 由于海 上施工 条件差 ， 施 工质量 容易 受到 腿杆连接 的灌 浆节点长度为 １ ｍ， 钢桩直径 １ ． ４ ｍ， 灌浆段 钢管壁 连接节点受力复杂 ， 厚３ ０ ｍｍ， 上部钢平 台腿杆 直径 １ ． １ ｍ， 灌 浆段 钢管壁 厚 ３ ０ ｍ ｍ， 影响 ， 选用灌浆性能好 的材料才 能保 证节点不 被破坏 。但 考虑到 灌浆连接段 长度 ２ ｍ， 厚度 为 １ ２ ０ ｍ ｍ， 钢材 Ｑ ３ ４ ５ Ｂ， 灌浆料 采用高 测风塔使 用年限较短 ， 通常选用水泥基灌浆材料就能满足要求 。

海上风电机组基础灌浆技术应用与发展

海上风电机组基础灌浆技术应用与发展

海上风电机组基础灌浆技术应用与发展摘要：随着科技的不断发展，人们对于能源的需求也是越来越大。

在使用水力、燃煤和核能发电的同时，风力发电也相对应用而生。

我国的辽阔海域上风力资源充足，建立起海上发电机组，可以为沿海城市提供电能。

海上风力发电机组建立在海上，基础形式大多为桩式基础，桩式基础又可以分为单桩基础，多桩导管架基础等形式。

关键词：海上风电机组；基础灌浆技术；应用与发展1灌浆连接段类型1.1圆柱形灌浆连接段圆柱形单桩灌浆连接段是目前工艺最成熟的连接形式之一，是对海上石油平台导管架灌浆连接段的一种沿用，研究者对于圆柱形灌浆连接段的研究最早可以追溯到上世纪70年代，对该连接类型有着比较丰富的经验。

但是由于主要受力形式的改变，使得单桩基础圆柱形灌浆连接段受力性能的研究仍有许多方面值得发展。

圆柱形灌浆连接段可分为带剪力键型和无剪力键型，典型的带剪力键圆柱形单桩基础灌浆连接段。

剪力键能明显增加灌浆连接段的轴向承载能力，但由于剪力键附近明显的应力集中现象，对灌浆连接段的疲劳性能有不利影响。

在2009年以前，业界普遍认为轴向承载力可以由钢管与浆体间界面的摩擦作用承担，但是，由于单桩基础灌浆连接段受到反复弯矩荷载作用，荷载循环次数高达107～108次，反复弯矩作用下可能出现钢管与浆体界面失效的情况。

在2009年之前的一系列设计规范都未明确规定是否需要使用剪力键，可由设计人员自行决定，但此举为2009年以来大量出现的已建成海上风机基础无剪力键灌浆连接段滑移沉降的病害埋下了隐患。

1.2先桩法导管架基础灌浆连接段先桩法导管架基础的灌浆连接段是钢管桩在外，导管架腿柱在内，一般在导管架腿柱上设置灌浆管线及灌浆孔，往内外管形成的环向空间中灌注灌浆料，对于导管架基础灌浆连接段设计，重要的是要避免往复循环荷载引起的开裂。

荷载只在一个方向，或轴向荷载主要沿着某一方向时，裂缝仍可以传递荷载。

在先桩法导管架基础的灌浆连接段中，从灌浆连接段最底部往上至一半弹性长度范围内，受弯矩影响不大，而从灌浆连接段最顶部往下至一半弹性长度范围内，受弯矩影响很大，为了避免由于剪力键在这部分区域引起初始裂纹，最好不要在此范围内布置剪力键。

海上风电机组导管架基础水下灌浆施工技术 卓豪海

海上风电机组导管架基础水下灌浆施工技术卓豪海摘要：文章以海上风电导管结构及桩基灌浆连接施工技术为研究对象，首先对海上风电导管架结构进行了阐述分析，随后分析探讨导管架基础灌浆连接段与导管架施工难点，最后结合实际案例对海上风电导管桩基灌浆连接施工技术进行了探讨，以供参考。

关键词：海上风电；导管架构；桩基灌浆连接施工技术前言我国沿海风能资源丰富，有着非常高的有效利用小时数，并且用电负荷中心也比较近，因此在海上风电发展上有着得天独厚的地利优势。

随着国家越来越重视绿色可持续能源开发利用，为海上风电发展带来了空前的机遇。

风机导管架基础是海上风电建设的重要组成部分，做好海上风电导管结构及桩基灌浆连接施工技术分析，对于促进我国海上风电产业发展具有重要的意义。

一、海上风电导管架结构分析导管架结构形式一般包括两种，一种是先桩法导管架，另一种是后桩法导管架。

两种导管架有着相同的主体结构，即都是框架对称结构，结构材料均为钢制材料。

但在结构细节部分有着明显的差异。

对于先打桩导管架而言，在自身支撑腿末端不需要进行桩靴设置，而后打桩导管架则需要设置桩靴。

导管架结构一般分为两部分，一部分是导管架结构基础，一部分是过渡段，过渡段主要包括平台甲板、主斜撑、主筒体等。

在实际开展灌浆施工作业时，一般地点会选择专业灌浆船上，并在完成打桩、下部导管架施工等工序后，正式开始进行桩基灌浆作业。

在具体进行灌浆施工时，需要遵循如下施工流程，首先稳步停靠灌浆船，保证船体在有灌浆终端面板的导管架一侧，方便灌浆管连接，然后连接好灌浆管，并向环形空间内进行淡水压注；接着在正式灌浆前，需要做好环形空间气密性检查，并向灌浆管进行润管料压注，使得灌浆管道处于湿润状态，随后将拌制好的灌浆料由灌浆泵灌入灌浆区域，一般完成单桩灌浆的标志是在溢浆口处有浓浆溢出，然后将灌浆管拔出，连接导管架同侧的另一根导管线，继续进行灌浆，在完成导管架同侧灌浆后，移动灌浆管到导管架另一侧，重复上述步骤，对另外两个单桩进行灌浆，全面完成灌浆工作。

浅谈海上风机桩基础与导管架水下灌浆连接施工质量控制

四 、应 急 灌 浆 工 艺
通过 灌浆管路泵送至 环形空 间。在高 流量前提下 ，通过灌 浆 管线对 环空 内进行清洗 ，总 的冲洗 时间必须 达到 ３ ０ ｍｉ ｎ 以 上 。此时环形空间冲洗用水量达到 ２倍灌浆体积 ，密切监控
灌浆 泵出 口处压力表 数据 ，压力表一直显示 低压 时，说 明灌 浆管 路没有堵塞 。当管路 压力不正常 ，且 无法立 即修复 时 ，
６ ． 停 止 工序
压力 出现 巨大变化 ， 先检 查是否是软管发生堵塞 ， 若证 实发 生
堵塞 ，采取 以下方法进行处理 ：先把软管从导管架上拆 下来 ， 施工人 员一边用锤子 或其他类 似东西敲打软管 ，一边 继续泵 送 ，找出堵塞位置 ，此时应采 用最小流量保持泵送 ， 并派专人
开始溢浆节点 的确 定 。灌浆材料 的用量大于溢浆前 的理 论材 料用量 ，环形 空间顶部有溢浆 发生 ，同时满足 以上两点 即可确 定溢浆 开始 。 溢浆 量 的确定 。根 据工艺要求及本 项 目完全在水 下灌 浆
５ ． 泵 送 工 序
灌浆泵 出现停机 故障 ，专业工程师应立 即修理 ，并保持 搅拌机持续搅拌 ；如发现灌浆料不符合施 工要求 ，应倒掉 ，
待灌浆泵修复 后 ，重新开始搅拌和泵送 。必须配备两 台或以 上搅拌机 。发 生搅 拌机停止工作情 况时 ，由专业工程师确认
正式泵 送前 ，再次确认管 路上所有 的阀门均 处于打开状
第 ３期
梁迎宾 ：浅谈海上风机桩基础与导管架水 下灌浆连接施 工质 量控制 ７ 、拆 卸清洗
２ ８ ９
变化 。 观察灌浆料 已搅拌均匀 ， 并做 灌浆料流动度 、 密度检测 ，
灌浆料流动度应大于 ２ ９ ０ ｍｍ ，密度 ２ ， ２ ５ ０ ￣ ２ ， ４ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ。 。

海上风电单桩基础的桩套管与桩基连接段的计算分析

海上风电单桩基础的桩套管与桩基连接段的计算分析海上风电单桩基础的上部风机通过桩套管连接到下部桩基上，然后在两者中间进行灌浆。

在风、波浪、水流的联合作用下，桩套管和桩基连接段将受到较大荷载，其强度和稳定性对整个结构至关重要。

文章分别对外套管、桩基和中间的水泥灌浆的强度进行了计算，结果表明单桩结构的各个部分都满足强度要求。

标签：海上风机；桩套管；桩基础；等效应力1 概述我国有着丰富的海上风能资源。

我国东部沿海水深3m～15m的海域面积辽阔，可利用风能资源是陆上的三倍，即750GW，而且距离电力负荷中心很近，随着海上风力发电技术的成熟，经济上可行，将来必成为重要的可持续发展资源。

对于海上风电基础的研究，大多数集中在風、浪、流作用下整体稳定性和局部稳定的研究[1][2]，而对于桩套管和桩基连接段，由于内外层由钢管和水泥浆组成，在水中受到波浪力、水流力的作用，对其稳定性和强度提出了更高的要求。

采用双圆夹层钢管及水泥浆的组合结构型式隔水套管，基本结构是在两层钢管之间灌注一定高度的固定用的水泥浆，其水泥浆高度可以根据计算而优化确定，如图1所示。

文章主要研究了单桩形式海上风电基础的桩套管和桩基连接段，通过整体分析得到的各个部分的节点位移作为已知条件，使用大型有限元分析软件ANSYS[3]分别对桩套管、桩基础和中间的水泥浆的强度进行了研究，为今后该问题的研究提供了一种方法。

2 桩套管与桩基连接段的应力分析单桩结构作为海上风机基础的基本形式之一，在欧洲近海领域有广泛应用[4]。

现结合某项目工程实例，研究单桩结构的桩套管和桩基连接段处的强度和稳定性，其基本形状和内部剖面图如图2所示，基本参数如下。

（1）桩套管、桩尺寸套管：外径4.5米，壁厚0.03米，长度6米；桩：外径4.3米，壁厚0.06米。

（2）材料参数水泥浆：弹性模量：3.0×1010pa，泊松比：0.2，极限抗压强度：27Mpa；钢管：弹性模量：2.1×1110pa，泊松比：0.3；外管屈服强度：325Mpa，内管屈服强度：275Mpa。

海上风电机组导管架基础水下灌浆技术应用分析

海上风电机组导管架基础水下灌浆技术应用分析作者：冯勇来源：《山东工业技术》2017年第17期摘要：我国是一个资源消耗大国，对于电力资源需求极为庞大。

在资源需求和环境保护的压力下，寻找电力资源的目光瞄向了风力发电。

我国的海上风力资源充足，建立起了海上风电机组，进行风力发电已是一种必然趋势。

在海上建立发电机组需要用到导管架基础水下灌浆技术，导管架基础需要能够承受风电机组设备的长期动力荷载，这就要求导管架基础灌浆具备高强度、高抗疲劳、高抗离析等性能。

面对不同的海域情况，又要进行区别对待，我们因此对海上风电机组导管架基础水下灌浆技术进行研究分析。

关键词：海上风电机组；导管架基础；水下灌浆技术DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.17.1520 引言随着科技的不断发展，人们对于能源的需求也是越来越大。

在使用水力、燃煤和核能发电的同时，风力发电也相对应用而生。

我国的辽阔海域上风力资源充足，建立起海上发电机组，可以为沿海城市提供电能。

海上风力发电机组建立在海上，基础形式大多为桩式基础，桩式基础又可以分为单桩基础，多桩导管架基础等形式。

这些基础都建立在海水中，我们使用的是先进的水下灌浆技术，然而不同的海域条件还会对技术有不同的要求。

一些复杂的海域条件，会导致水下灌浆难度提升，对海上风电机组基础的支撑结构安装起到不良影响。

在这里我们对导管架基础水下灌浆技术进行研究。

1 导管架基础结构导管架基础是一种应用较为广泛的海上风电机组，具有重量轻、地理条件适应性好和稳定性极佳等优点，在较深海域也可以广泛应用。

导管架结构是一种钢制框架结构，主要分为过渡段和导管架基础。

导管架基础一般分为先打桩导管架和后打桩导管架两种结构形式。

先打桩导管架是在海底先做出固定模架，然后打入四根呈正方形分布的钢管桩，然后再进行整体吊装，之后进行水下灌浆，连接并固定钢管桩和导管架基础。

另外的后打桩导管架则是在导管架的支腿底部安置桩靴，在导管架吊装结束后，钢管桩通过桩靴打入海底，在进行水下灌浆连接起来。

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计算结果表明, 双面设置剪切键连接的整体效果 要优于单面设置剪切键情况; 同时考虑到单面设置剪 切键的连接在竖向荷载作用下一般在不设剪切键的接 触面首先发生较大位移, 单面设置剪切键连接能力受 限制, 所以在工程上应用, 优先考虑选用双面设置剪 切键。
单面设置剪切键的连接型式以在钢管桩外壁设置 剪切键的效果为好, 并且焊制剪切键方便。工程应用 上, 受导管架腿柱内径设计的影响, 在腿柱内壁设置 剪切键存在难度时, 可以考虑在钢管桩外壁单面设置 剪切键, 其连接效果较普通的管连接有一定程度的增 强。 213 环形空间宽度
设置形式可分单面设置与双面设置, 采用有限元 分析对环形空间内剪切键不同形式的连接效果进行了 比较分析。计算模型如图 2~ 图 4所示。
图 1 连接段试验模型设计图 (单位: mm)
试验时将模型下部放入水 中以模拟水下 灌注环 境, 采用 015 B1的浆液灌注。
试验发现: 采用顶部灌浆结石体内部有大量的蜂 窝状孔隙, 与管壁粘结不紧密, 灌浆效果较差; 采用 底部灌浆结石体与管壁粘结比较密实, 结石体内部的 蜂窝状孔隙很小, 且较少, 灌浆效果较好。建议连接 段灌浆采用底部灌注的施工工艺, 在浆液充满环形空 间后, 进行一段时间的压力闭浆。
文献标识码: B
文章编号: 100020860( 2009) 0920039205
G rout ing conn ect ion betw een p ile founda tion and ja cket for offshor e w ind turb ine HUANG L i2we i1, 2, YANG Feng1, 2, ZHANG Jin2jie1, 2
结果进行分 析。建 立有 限元 计算 模 型 ( 1 / 4 试验 模 型 ), 计算分析时两个模型的灌浆连接段长度及材料 参数相同, 模型的几何及材料参数如表 1所列。
表 1 计算模型几何及材料参数
模型及 灌浆段 腿柱内 钢管外 钢泊 结石体 钢弹模 结石体 材料 长 /mm 径 /mm 径 /mm 松比 泊松比 /M Pa 弹模 /M Pa
海上风机导管架基础的连接段一般完全或部分处 于水下, 可采用上部灌注和底部灌注两种施工工艺, 分别进行了模型灌浆对比试验。
选用直径 50 mm钢管 (模拟钢管桩 )、直径 130 mm 钢管 (模拟导管架腿柱 ) 构成环形空间试验模 型, 在 其内部进行灌浆试验; 在钢管桩模型外壁和腿柱模型 内壁均匀设置环向剪切键, 键高 5 mm, 键宽 10 mm, 间距 150 mm。试验模型设计见图 1。
水利水电技术 第 40 卷 2009 年第 9期
海上风机桩基础与导管架的灌浆连接
黄立维1, 2, 杨 锋 1, 2, 张金接 1, 2
( 11 中国水利水电科学研究院, 北京 100038; 21北京中水科水电科技开发有限公司, 北京 100038)
摘 要: 对海上风机桩基础与导管架的灌浆连接技术进行了总结, 并通过室内试验和有限元计算分
( 11China Institute ofW a ter R esources and H ydropower R esearch, Be ijing 100038, Ch ina;
21 Be ijing IWHR Technology Co1, Ltd1, Be ijing 100038, Ch ina)
1 灌浆材料和工艺比选
111 灌浆材料 可选用的连接灌浆材料 有普通水泥浆、环氧 胶
泥及高强灌浆料等。普通水泥浆灌浆价格 低廉、 材
收稿日期: 20092072 06 基金项目: / 十一五 0国家科技支撑计 划课题 / 近海 风电场选 址及风电
机组运行、维护技 术开 发 0 ( 2006BAA01A24 ); / 十 一五 0 国家科技支撑计划课题 /近 海风电 机组施 工、测试 专用设 备的研制 0 ( 2006BAA01A27)。 作者简介: 黄立维 ( 1982) ), 男, 硕士。
灌浆连接段长度为 500 mm, 环形空间内环向布 置剪切键, 环形空间宽度为 40 mm, 剪切键宽度分别 为 3 mm、 5 mm、 10 mm、 15 mm、 20 mm、 25 mm、 50 mm、 100 mm、 200 mm, 模型其他 参数同上。剪 切键宽度变化对连接效果的影响如图 6所示。
近年来我国风电发展迅速, 但海上风电开发仍处 于起步阶段。风机基础是海上风电建设的重要环节, 鉴于我国东部近海区域海底以淤泥质软土为主、施工 装备能力有限, 海上风机基础的建设与已有海上风电 开发经验的欧洲国家相比会有较大的不同, 近阶段我 国海上风机基础将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。
根据计算结果, 环形空间宽度变化对连接效果的 影响综合成果如图 5所示。
图 3 钢管桩外壁设置剪切键 (单位: mm) 图 4 双面 设置剪切键 (单位: mm )
图 5 灌浆结石体最大节点应力及竖向位 移 随环形空间宽度变化曲线
环形空间宽度在 40 ~ 50 mm 范围内, 出现的最 大节点应力相对较小, 应力分布比较均匀, 且没有出 现较大的位移分布, 整体效果比较好, 因此, 环形空 间的设计宽度以 40~ 50 mm为宜。 214 剪切键宽度
海上风机桩基础与导管架腿柱的灌浆连接在欧洲 一些海上风电技术较发达的国家已有应用, 如 F INO 海上风电 场。 5DESIGN OF OFFSHORE W IND TUR2 BINE STRUCTURES( DNV2OS2J101) 6提出了海上风机 桩基础与上部结构的灌浆连接的 方案 [ 1] 。我 国导管
建立有限元计算模型时, 灌浆连接段长度为 500 mm, 保持钢管桩模型的外径 50 mm 不变, 通过改变腿柱 模型的内径来改变环形空间宽度, 环形空间依次选用
水利水电技术 第 40 卷 2009 年第 9期
图 6 灌浆结石体最大节点应力随剪切键宽度变化曲线
由图 6可知, 在相等的竖向荷载作用下, 剪切键 宽度在 5~ 25 mm 时, 灌浆结石体的节点应力 较小; 当剪切键键宽大于 25 mm 时, 随着剪切键宽度的增 大, 其最大节点应力不断增大, 连接段剪切键作用效 果减弱。剪切键宽度小于 10 mm, 加工制作不方便, 剪切键宽度大于 15 mm 时, 影响焊接质量, 建议在 环形空间设置剪 切键时, 其 宽度选择在 10 ~ 15 mm 为宜。 215 剪切键高度
2 灌浆连接设计
211 普通管连接与设置剪切键的连接 按照试验模型尺寸, 对设置剪切键的连接和普通
管连接的作用效果进行有限元计算, 并结合力学试验
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图 2 腿柱内 壁设置剪切键 (单位: mm )
采用连接段 轴向四分之一 模型, 划分六 面体网 格, 对钢管桩施加固定约束, 对腿柱的上部截面施加 011MP a的竖向均布荷载, 有限元分析计算结果如表 2 所 列。
01 282 01 135 01 118
01 395 01 122 01 124
水利水电技术 第 40 卷 2009 年第 9期
黄立维, 等 M海上风机桩基础与导管架的灌浆连接
30 mm、 35 mm、 40 mm、 45 mm、 50 mm、 55 mm、 60 mm、 80 mm进行计算。模型其他参数同上。
表 2 不同剪切键设置模型计算结果
模型类型
结石体最大 节点竖向 位移 /m
结石体最大 结石体最大 节点竖向压 节点 Von M ises 应力 /MPa 应力 /M Pa
腿柱内壁设置剪切键 钢管桩外壁设置剪切键 双面设置剪切键
61 180 @10- 3 31 166 @10- 3
21 4 @10- 3
剪切键高度优化计算时, 灌浆连接段长度为 500 mm,
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黄立维, 等 M海上风机桩基础与导管架的灌浆连接
环形空间宽度为 40 mm, 剪切键宽度为 10 m 8 mm、 9 mm、 10 mm 和 12 mm, 模型其他参数同上。剪切键高度变化对连 接效果的影响如图 7所示。
架腿柱与桩基础的灌浆连接在海洋平台的建设中应用 较多, 积累了一定的设计与施工经验, 并对桩基础和
导管架腿 柱的灌 浆连接 提出了 相关 技术要 求 [ 1, 2, 4] , 但将导管架腿柱与桩基础的灌浆连接应用在海上风电 场建设中, 需要充分考虑海上风机承受较大的水平荷 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。
W ater R esources and H ydropower Engineering Vol140 N o19
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黄立维, 等 M海上风机桩基础与导管架的灌浆连接
料易得, 在海洋工程中得到广泛应用, 但水泥浆结 石体易收缩, 抗压强度和粘结强度较低; 环氧胶 泥 物理力学性能良好, 但其价格昂贵; 高强灌浆料 具 有大流动度、无收缩、早强及高 强等特点, 28 d 抗 压强度可达 90 MP a以 上, 与 钢材的 粘结 强度可 达 6 MP a以上, 且配制简 单, 价 格适中 [ 5] , 满足海 上 风机导管架灌浆对材料指标的要求, 推荐海上风 机 桩基础与导管架腿柱的灌浆连接材料采用高强灌浆 料。 112 灌浆工艺
析, 从灌浆材料、施工工艺、设剪切键的作用和环形空间内部结构设计等方面, 对桩基础与导管架的
灌浆连接技术进行探讨。根据某海上风电场的地质及荷载条件, 对所取得的研究成果进行了计算验
证, 可为海上风电建设或海上类似工程提供参考。
关键词: 海上风机; 灌浆连接; 剪切键; 风力发电; 设计
中图分类号: TK8
Abstr ac t: The technology of the grouting connection between the p ile founda tion and the jacket for the offshore wind turbine is summ ar ized he re in, and then the technology is discussed from the aspects of the groutingm ate ria,l construction process; function of the shear key, design of the internal structure of the annular space, etc1 through the laboratory test and fin ite elem en t analysis1 In accordance with the geologica l and load cond itions of an offshore w ind farm, the result of the study is verified with the relevant ca lcu la tion; wh ich can provide a reference for the construction of the offshore w ind farm and the othe r s im ila r projects1 K ey word s: offshore wind turb ine; grouting connection; shear key; wind power gene ra tion; design