海上风机桩基础与导管架的灌浆连接

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。

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。

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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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。

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。

2018年S1海洋开发与管理27海上风电导管架灌浆料产品开发与工程应用研究汪冬冬,张悦然,孙烜,章廉虎,李成(中交港湾(上海)科技有限公司上海200032)摘要:导管架结构是海上风机重要基础结构形式之一㊂灌浆连接是导管架结构与桩基础连接的典型方法,由于灌浆连接受力复杂,对材料技术指标要求极高㊂本研究自主研发导管架灌浆料,并通过纳米超细矿物粉体改性㊁聚合物改性和双重膨胀组分改性等系统研究形成超高性能灌浆料,通过成果转化形成海上风电灌浆料专利产品,并实现产品系列化,在实际工程中大量应用㊂其中UH P G-120型产品打破国外技术垄断,填补国内空白,该产品具有大流动性㊁抗水分散性㊁高早强㊁超高强㊁无收缩㊁抗疲劳和高耐久性特点,适用于深水导管架水下灌浆㊂本研究形成的海上风电灌浆料产品及灌浆连接核心技术实现核心技术和产品国产化,促进我国海上风电施工技术进步,引领国内海上风电灌浆技术发展㊂关键词:导管架;灌浆料;高早强;超高强;水下灌浆0引言在海上风电场的建设过程中,为承受海上强风荷载㊁海水腐蚀㊁海浪冲击等,海上风力机组基础结构建设远比陆上复杂,技术难度高,耗费成本高达总成本的15%~25%[1]㊂海上风场的基础结构主要重力式㊁单桩式㊁吸力式㊁三桩(多桩)导管架式和浮体式等[2](图1)㊂灌浆连接是海上风机支撑结构与桩基础连接的典型方法,根据D N V-O S-J101[3]定义:灌浆连接是由两个同心管状部分组成的结构连接件,外部和内部管之间的环形区域被填充灌浆㊂在海上风电项目中,导管架灌浆连接通常采用泵送压浆的方式将灌浆料灌注到海平面以下的连接段(图2)㊂图1海上风电基础结构形式图2灌浆连接灌浆连接是海上风电基础施工的重点和难点,更是导管架基础安装施工的关键,灌浆连接受到业界的广泛关注㊂丹麦D e n s i t公司㊁德国巴斯夫公司和新加坡N A U T I C公司等国外少数公司有海上风电灌浆产品和技术,并在欧洲有大量工程案例[4],用于风电灌浆的进口产品抗压强度可达100~ 140M P a㊂过去国产材料[5-7]也有100M P a以上高28海洋开发与管理2018年强灌浆料产品,但产品特点不适合风电灌浆,更没有海上风电案例,装配式建筑如住宅产业化项目[5]钢筋套筒灌浆连接与风电灌浆连接类似,规范‘钢筋连接用套筒灌浆料“(J G/T408-2013)规定套筒灌浆料产品抗压强度85M P a以上,用在装配式桥梁的套筒灌浆料产品抗压强度100M P a以上㊂海上风电灌浆尤其是导管架灌浆的特殊性在于要求材料在泵送液相阶段具有高度流动黏稠性和高度稳定性,同时需要材料硬化后具有超高强度和超高耐久性和抗疲劳性能㊂除了外海恶劣施工条件对拌合物性能的特殊要求之外,就材料本身的可靠性㊁安全性和耐久性而言,极为复杂的海上环境给灌浆连接带来极为苛刻的技术要求㊂1原材料与试验方法1.1原材料本研究原料主要是特种水泥㊁纳米级超细矿物粉体和高性能膨胀剂等组成的胶材与优质天然高强石英砂㊁高性能减水剂㊁聚合物和其他数十种化学改性剂㊂①水泥:一种特种水泥;②超细矿物掺合料:A㊁B㊁C3种纳米级超细矿物掺合料;③膨胀剂:D㊁E分别为塑性和硬化膨胀剂;④聚合物:一种具有遇水可再分散聚合物粉体;⑤石英砂和天然砂骨料:采用多种不同细度石英砂与精选优质天然砂复配;⑥化学改性剂:十多种稳定剂㊁消泡剂㊁抗水分散组分㊁早强组分㊁缓凝组分以及黏度改性组分等㊂1.2主要指标与试验方法本研究中灌浆料主要关键指标与试验方法如下㊂①表观密度(容重)㊁流动度㊁含气量㊁泌水率㊁竖向膨胀率:试验参考‘水泥基灌浆材料应用技术规范“(G B/T50448)以及‘普通混凝土拌合物性能试验方法标准“(G B/T50080);②抗压强度㊁抗折强度和弹性模量:参考G B/T50448㊁‘活性粉末混凝土“(G B/T31387-2015)以及‘普通混凝土力学性能试验方法“(G B/T50081);③电通量㊁氯离子扩散系数㊁抗冻等级㊁疲劳试验:参照‘普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准“(G B/T50082)㊂④材料自收缩㊁材料与钢管之间粘结强度参考类似文献研究资料方法㊂2超高性能灌浆料研发2.1超细粉体改性研究根据图3及表1中数据,粉体材料颗粒细度由大到小依次为:水泥颗粒㊁超细粉体B颗粒㊁超细粉体A颗粒㊁超细粉体C颗粒,3种超细粉体的粒径比水泥低一个数量级㊂水泥主要粒径分布10~ 100μm;超细粉体A主要粒径分布0.05~1μm和1~15μm两个区段;超细粉体B主要粒径分布0.3~12μm;超细粉体C主要粒径分布0.05~ 5μm㊂超细粉体A在1μm附近部分颗粒是部分间断的,为探讨不同超细粉体与水泥的密实填充效应,将不同超细粉体按照设计的比例混合,然后分析其粒径分布㊂由图4可知,掺超细粉体后胶凝粉体级配比纯水泥在3μm以下细颗粒大大增多,同时大于10μm的颗粒数量也有所减小,粉体材料的微级配比纯水泥有一定改善,微级配更趋于合理㊂图3水泥与3种超细粉体的粒度分布对比图4纯水泥与复合粉体粒度分布对比S1汪冬冬,等:海上风电导管架灌浆料产品开发与工程应用研究29表1粉体材料激光粒度分析结果μm 粉体材料名称平均值中位值索太尔平均径D 特种水泥42.93628.88312.86超细粉体A5.5832.690.414超细粉体B7.9056.4953.351超细粉体C1.4641.0050.647根据表2设计的试验方案,1#~3#分别采用纯水泥㊁掺超细粉体的复合胶凝材料1和掺超细粉体的复合胶凝材料2配制灌浆料,掺超细粉体后灌浆料的用水量有9.1%降低至8.5%和7.8%,浆体黏度和易性更利于泵送㊂根据表3和图5可知,掺入超细矿物粉体后灌浆料早期强度降低,后期强度较纯水泥灌浆料强度大大提高,耐久性指标优于高性能混凝土㊂3#配方力学性能指标和耐久性指标达到超高性能混凝土(UH P C)材料指标㊂表2纯水泥与超细粉体复合胶凝材料对比试验方案编号胶凝材料设计用水量/%含气量/%容重/(k g㊃m-3)流动度/mm初始0.5h1.0h状态描述1#纯水泥+膨胀剂+各类化学添加剂9.12.02349300260235黏稠2#掺超细粉体的复合胶凝材料1+膨胀剂+各类化学添加剂8.52.22349290260230和易性好3#掺超细粉体的复合胶凝材料2+膨胀剂+各类化学添加剂7.81.92374300270240和易性更好流态好表3纯水泥与超细粉体复合胶凝材料配制灌浆料性能指标编号抗压强度(G B/T31387-2015)/M P a电通量/CR C M法扩散系数/(10-12m2㊃s-1) 1d3d7d14d28d56d28d56d28d56d1#84.8102.3105.8110.5115.8119.56073020.500.38 2#58.384.6100.0108.5118.9125.82051540.250.10 3#68.996.4111.0120.0133.2142.53542030.280.142.2聚合物改性研究研究[8]表明聚合物可改善灌浆料工作性㊂本研究通过聚合物使灌浆料浆体黏度增大,黏聚性和抗水分散性增强,同时改善浆体与钢材界面黏结强度㊂聚合物使灌浆料浆体表面成膜,消除泌水㊂从图7可见聚合物使浆体含气量提高,聚合物与塑性膨胀剂复合使浆体在塑性阶段中引入大量微小㊁均匀稳定气泡,防止材料塑性收缩㊂浆体黏度变化抑制微小气泡移动和释放,对减少塑性收缩起到积极作用,但使硬化浆体强度下降㊂通过大量试验优化聚合物掺量确保其正效应大于负效应㊂2.3灌浆料微膨胀特性材料微膨胀性对灌浆连接至关重要[9],只有材图5超细矿物粉体改善灌浆料抗压强度料无收缩才能确保灌浆连接有效㊂研究使用D㊁E 两种不同类型膨胀剂,通过双重膨胀确保材料在塑30海洋开发与管理2018年性和硬化后无收缩并产生微膨胀㊂2.3.1竖向膨胀率根据膨胀剂D掺量对竖向膨胀率影响试验曲线(图6)优化掺量,使灌浆料3h竖向膨胀率0.10%~0.20%㊁24h竖向膨胀率0.20%~ 0.30%,24h与3h竖向膨胀率之差0~0.10%,满足G B/T50448 2008规范要求㊂实际上对于风电灌浆连接而言,竖向膨胀率满足规范‘钢筋连接用套筒灌浆料“(J G/T408 2013)的3h膨胀率大约0.02%即可㊂图6灌浆料竖向膨胀率试验2.3.2硬化浆体收缩/膨胀根据灌浆料收缩/膨胀试验曲线可见(图8),随膨胀剂E掺量增大硬化浆体由收缩转为膨胀,同时硬化浆体密度降低导致强度下降㊂综合考虑膨胀剂E对材料收缩/膨胀和力学性能指标的影响,优化掺量使其作用最佳㊂3超高性能灌浆料性能根据上述结果,本研究自主研发的海上风电灌浆料产品具有大流动性㊁高可泵性㊁高早强和超高强特性,并具备微膨胀特性㊁高抗疲劳和高耐久性㊂材料硬化后的力学指标和耐久性指标达到了超高性能混凝土(UH P C)的标准㊂3.1工作性能灌浆料具有大流动性㊁不泌水㊁抗离析性和抗水分散特性,材料可通过橡胶管线压力泵送(长度超过100m的直径不小于5c m管线)㊂初始流动度大于290mm㊁0.5h流动度大于260mm㊁1.0h 流动度大于230mm,具有2h以上可工作时间,灌图7聚合物和膨胀剂D对灌浆料性能影响图8膨胀剂E与灌浆料收缩/膨胀关系浆料含气量小于2.5%㊂3.2力学性能3.2.1抗压强度灌浆料具备优异的力学性能,图9是灌浆料长龄期抗压强度曲线,图10是灌浆料0~72h强度曲线㊂在20ħ条件下,灌浆料1d强度不小于50M P a,3d强度不小于85M P a,7d强度不小于S 1汪冬冬,等:海上风电导管架灌浆料产品开发与工程应用研究31110M P a ,28d 强度不小于130M P a ,长期强度不小于140M P a㊂图9 灌浆料抗压强度发展(0~90d)图10 灌浆料早期抗压强度发展(0~24h)图11 灌浆材料疲劳试验结果3.2.2 与钢管之间粘结强度研究采用与文献[10-12]类似试验方法,自行设计大小钢管组成的环形空间形成灌浆连接构件测试灌浆料与钢管之间的黏结强度,测试剪切黏结强度大于8M P a,而文献中混凝土与钢管之间黏结强度小于1.0M P a ㊂可见灌浆料与钢管材料之间黏结强度高㊂3.2.3 抗疲劳性能疲劳试验方法参照‘普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准“(G B /T50082)进行,采用ʔ60ˑ120mm 小试块进行,试验荷载上限对应最大应力比,试验荷载下线对应0.10倍轴心抗压强度,加载频率8H z ㊂根据图12试验结果可见,灌浆料的疲劳试验点落在D N V 规范[13]规定的S N 曲线右上方,满足D N V 设计要求,B 试块在0.45应力比下200次疲劳试验试样未破坏,C 试块(掺钢纤维)在0.60应力比下200次疲劳试验试样未破坏,灌浆具极佳的抗疲劳荷载性能㊂3.3 耐久性能根据表3中优化配方3#的耐久性指标,56d电通量203C ,扩散系数0.14ˑ10-12m 2/s㊂根据‘混凝土耐久性检验评定标准“(J G J /T 193-2009),灌浆料抗氯离子渗透性等级为Q -Ⅴ,R C M -Ⅴ,抗冻等级大于F 800,耐久性指标优异,达到UH P C 材料标准㊂4 导管架水下灌浆原型试验为验证自主研发的超高性能灌浆材料工程特性,开展导管架水下灌浆原型试验㊂制作的灌浆模型按照珠海桂山海上风电示范项目导管架灌浆连接实体1ʒ1模型,试验采用水下灌浆工艺完全模型导管架灌浆施工工况条件㊂原型试验验证自主研发导管架灌浆料的优异特性,通过结构拉拔试验验证水下灌浆结构拉拔承载力满足并超出设计要求㊂结构加载试验后将灌浆连接模型外筒钢板切开,检查硬化灌浆料的状态(图12),硬化浆体均匀致密,没有明显大气孔㊂水下成型的硬化灌浆料结石体结构密实㊂图12 导管架水下灌浆原型试验与水下成型灌浆连接结构模型剖开后外观32海洋开发与管理2018年5海上风电灌浆材料系列产品在大量研究基础上,形成优固特 品牌海上风电灌浆料系列产品㊂其中UH P G-120导管架灌浆料产品替代进口,用于海上风电风机基础和海上升压站基础导管架水下灌浆;S K G系列产品广泛用于高桩承台防撞附属结构灌浆㊁单桩抗冰锥灌浆和海上测风塔灌浆;S P G系列产品用于海上风机植入型嵌岩单桩嵌岩段灌浆连接;K L G系列产品用于锚栓结构灌浆㊂几个系列产品具体性能指标见表4㊂表4优固特 海上风电灌浆料系列产品与性能指标指标参数UH P G系列S K G系列S P G系列K L G系列UH P G-100UH P G-120S K G-I I I S K G-I V S K G-V S P G-I K L G-I K L G-I I表观密度/(k g㊃m-3)ȡ2350ȡ2400ȡ2300ȡ2300ȡ2350ȡ2200ȡ2300ȡ2300流动度(初始)/mmȡ290ȡ290ȡ290ȡ290ȡ290ȡ290ȡ290ȡ290流动度(0.5h)/mmȡ260ȡ260ȡ260ȡ260ȡ260ȡ260ȡ260ȡ260流动度(1.0h)/mmȡ230ȡ230ȡ230ȡ230ȡ230ȡ230ȡ230ȡ230泌水率/%00000000抗压强度(1d)/M P aȡ40ȡ50ȡ30ȡ35ȡ50ȡ20ȡ20ȡ30抗压强度(3d)/M P aȡ70ȡ80ȡ60ȡ65ȡ70ȡ40ȡ50ȡ60抗压强度(7d)/M P aȡ90ȡ100ȡ70ȡ75ȡ90ȡ50//抗压强度(28d)/M P aȡ100ȡ120ȡ80ȡ90ȡ100ȡ60ȡ80ȡ90抗折强度(28d)/M P aȡ15ȡ18ȡ15ȡ15ȡ15/ȡ15ȡ15弹性模量(28d)/G P aȡ45ȡ50ȡ35ȡ40ȡ45///注:表中表观密度㊁泌水率指标参照G B/T50080,流动度指标参照G B/T50448,抗压强度指标参照G B/T31387-2015,抗折强度和弹性模量参照G B/T50081㊂6海上风电灌浆工程应用6.1优固特 U H P G系列产品优固特 UH P G系列产品已在多个海上升压站导管架灌浆工程中应用,江苏响水海上升压站上部组块灌浆,江苏东台海上升压站导管架灌浆连接,大唐滨海海上升压站导管架灌浆连接,浙江舟山普陀6号海上风电场海上升压站灌浆等均使用UH P G-120海上风电导管架灌浆材料,性能指标满足设计要求㊂优固特 UH P G-120产品可替代D e n s i t公司的S5产品和巴斯夫公司的M a s t e r F l o w 9500产品㊂6.2优固特 S K G系列产品优固特 S K G系列产品在多个海上风电项目的高桩承台防撞装置灌浆连接㊁测风塔结构灌浆连接和北方风机单桩基础抗冰锥灌浆连接等多个工程应用㊂S K G-I I I型产品在华能如东高桩承台靠泊防撞结构灌浆连接工程应用,优固特 S K G-I V型产品在山东昌邑海上测风塔等多个项目应用;优固特 S K G-V型产品在大连庄河海上风电项目大量应用㊂S K G系列产品性能优异,施工效果良好㊂6.3优固特 S P G系列和K L G系列产品针对海上风电大直径嵌岩单桩嵌岩段灌浆,研究开发S P G嵌岩桩专用灌浆材料产品,该产品具有较强的抗水分散性能和较长凝结时间,具备优异的抗离析性能,尤其适合超深水㊁高落差㊁大方量灌浆㊂针对海上风电高桩承台锚栓结构和陆上风机塔筒底部少量灌浆,研究开发K L G系列灌浆产品,产品可分别替代巴斯夫M a s t e r F l o w9200和M a s-t e r F l o w872产品㊂7结论本研究采用纳米超细矿物粉体改性技术㊁聚合物改性技术和高性能膨胀剂双重膨胀设计,基于超高性能混凝土(UH P C)配制技术,成功研发超高性能海上风电灌浆料㊂研究形成优固特 品牌海上风S1汪冬冬,等:海上风电导管架灌浆料产品开发与工程应用研究33电灌浆料系列产品,广泛用于海上风电导管架灌浆,海上风电附属结构㊁测风塔㊁大直径嵌岩桩嵌岩灌浆,工程应用效果好㊂本研究通过专利技术成果转化形成国产品牌优固特 产品系列化和灌浆连接核心技术国产化,其中UH P G-120导管架灌浆料产品打破国外垄断,填补国内空白㊂该产品具有低用水量(每吨灌浆料用水量仅75~85k g)㊁大流动性(灌浆料初始流动度大于290mm)㊁早强高强(1d 抗压强度大于50M P a)㊁高最终强度(28d抗压强度大于120M P a)㊁微膨胀性㊁抗腐蚀性㊁高抗氯离子渗透性㊁高抗冻性㊁高抗疲劳性能等特点㊂本研究形成的海上风电灌浆料产品及灌浆连接核心技术促进我国海上风电施工技术进步,引领国内海上风电灌浆技术发展㊂参考文献[1] G a e t a n o G a u d i o s i.O f f s h o r e w i n d e n e r g y p r o s p e c t s[J].R e n e w a b l eE n e r g y,1999,16(1/2/3/4):828-834. [2]林鹤云,郭玉敬,孙蓓蓓,等.海上风电的若干灌浆技术综述[J].东南大学学报,2011,(7):882-888.[3] D e tN o r s k eV e r i t a s:D N V-O S-J101-D e s i g no f o f f s h o r ew i n dt u r b i n e s t r u c t u r e s.D e tN o r s k eV e r i t a s,2011.[4]鲁进亮.,张羿,任敏.海上风电重力式基础结构灌浆工艺[J].电力建设.,2012,(7):95-98.[5]高安庆,朱清华,化子龙.超高强钢筋接头灌浆料的试验研究[J].混凝土与水泥制品,2013,(1):16-19.[6]黄政宇,钱峰.D S P早强高强灌浆料综合性能研究[J].湖南大学学报(自然科学版),2009,(8):18-22.[7]管品武,邵平,陈萌.新型预应力混凝土孔道高强灌浆料应用技术研究[J].河南科学,2012,(11):1620-1623.[8]钟世云,刘应刁,王培铭.聚合物改性特种水泥灌浆料的性能.建筑材料学报,2004,(3):102-108.[9]贺奎,王万金等.A N G-Ⅱ新型高强无收缩灌浆料的研究及应用[J].建筑技术,2008(6):462-464.[10]刘永健,池建军.钢管混凝土界面抗剪粘结强度的推出试验[J].工业建筑,2006(4):78-80.[11]薛立红,蔡绍怀.钢管混凝土柱组合界面的粘结强度(上)[J].建筑科学,1996(3):22-28.[12]薛立红,蔡绍怀.钢管混凝土柱组合界面的粘结强度(下)[J].建筑科学,1996(4):19-23.[13] D e tN o r s k eV e r i t a sD N V-O S-C502.o f f s h o r e s t a n d a r d:O f f-s h o r e c o n c r e t e s t r u c t u r e2009.。

海上风机桩基础与上部结构灌浆连接段优化分析康海贵;孙道明;莫仁杰;麻晔;李炜【期刊名称】《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(029)001【摘要】目的研究海上风机基础与上部灌浆连接段在轴压、弯矩、剪力及扭转共同作用下,连接段受力特性以及应力分布规律,对结构进行优化设计,探求最优结构形式.方法在理论分析的基础上,借助有限元ANSYS分析软件建立了2D和3D模型对结构进行仿真分析,通过改变连接段灌浆环形空间厚度、剪力键空间布置及连接长度对结构强度进行敏感性分析.结果连接段应力集中程度随剪力键空间布置、灌浆环形空间厚度以及连接段长度呈规律性变化.经优化得单机3MW单桩基础结构灌浆连接合理环形空间厚度tg为95 mm,剪力键间距s为500 mm,剪力键宽高比w/h为2,连接长度Lg为6500 mm.结论实际工程中,给定风机基础结构外形型尺寸后,可以优化求得连接段的最优构造形式.【总页数】9页(P77-85)【作者】康海贵;孙道明;莫仁杰;麻晔;李炜【作者单位】大连理工大学港口、海岸及近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学港口、海岸及近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连市测绘院,辽宁大连116024;大连理工大学港口、海岸及近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学港口、海岸及近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TK83【相关文献】1.海上风机桩基础与导管架的灌浆连接 [J], 林晓强2.海上风机三桩基础与上部结构动力响应分析 [J], 何叶;赵明阶;胡丹妮3.海上风机单桩基础灌浆连接段受弯疲劳性能试验 [J], 王衔;陈涛;元国凯;刘晋超4.海上风机单桩基础灌浆连接段受弯疲劳性能试验 [J], 王衔;陈涛;元国凯;刘晋超;;;;5.风、浪荷载作用下海上风机单桩结构灌浆连接段疲劳性能评价 [J], 黎亚舟;王衔;陈涛;顾祥林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

海上风机导管架支撑结构灌浆连接段数值分析赵淇;陈涛;王衔;李筑轩;元国凯;刘晋超【摘要】采用有限元数值模拟对海上风机导管架支撑结构灌浆连接段进行几何参数分析,研究压弯设计荷载作用下几何参数对连接段力学性能的影响.参数分析表明,在位移方面,灌浆连接段的长度,套管厚度和桩管厚度通过改变连接段线刚度影响最大横向位移以及最大竖向位移.在应力方面,钢管厚度显著影响钢管的最大Mises应力,灌浆长度不直接影响钢管最大Mises应力;灌浆长度、钢管厚度不显著影响浆体的Tresca应力,浆体厚度影响浆体最大Tresca应力,且浆体厚度有最优值.该研究成果为海上风机导管架支撑结构灌浆连接段的设计提供一定的技术参考.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2016(032)005【总页数】6页(P59-64)【关键词】海上风机导管架基础;灌浆连接段;压弯荷载;有限元分析;几何参数分析【作者】赵淇;陈涛;王衔;李筑轩;元国凯;刘晋超【作者单位】同济大学建筑工程系,上海200092;同济大学建筑工程系,上海200092;同济大学建筑工程系,上海200092;同济大学建筑工程系,上海200092;中国能源建设集团广东省电力设计研究院,广州510663;中国能源建设集团广东省电力设计研究院,广州510663【正文语种】中文灌浆连接段广泛运用在各类海上风电支撑结构中,连接上部支撑结构和下部钢管桩基础。

灌浆连接段由两根对中的钢管组成,内钢管外壁和外钢管内壁通常焊接有钢筋或钢条制作的剪力键。

两钢管之间的空隙由高强度的水泥基灌浆料填充。

待浆体硬化后,荷载就可以通过浆体与钢管之间的摩擦,挤压等作用从上部结构传递到桩基础上。

先桩法导管架基础灌浆连接段的形式如图1所示。

现行的灌浆连接段设计规范设计时通常将轴力和弯矩分开考虑,并不考虑两者的耦合。

例如,在DNV-OS-J101(2014)规范[1]中,先桩法导管架基础灌浆连接段假设轴力由剪力键承担,而弯矩和剪力则由灌浆连接段端部钢管与浆体的接触承担。