科创中国
海上风电胶结碎石桩强化软土地基的重力基础的施工方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-12-05 15:51:02
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”水电绿色建造技术专业科技服务团| 董娇 | 2023-05-24 15:20:32
海上风电具有清洁高效的优势，是新能源领域的重要发展方向。随着海上风电场逐渐从水深小于30m的浅海走向水深30至60m的深海，常规重力式基础不再具有适用性，超大直径单桩和三桩/四桩导管架将成为最重要的基础形式。对于超大直径单桩基础，随着水深的增加，单桩基础的振动频率接近于波浪频率，单桩基础的共振问题是结构设计尚未完全解决的技术难题。此外，我们部分海域海床表层为深厚软土且软土层下方的持力层相对较薄，若采用单桩基础，地基土体无法提供满足设计要求的水平承载力；若采用三桩/四桩导管架基础形式，一方面使得基础成本大幅提升，另一方面显著延长施工周期。因此，研发适用深水软土地基的新型重力式基础具有重要的工程应用价值。本发明所要解决的技术问题是提供一种海上风电胶结碎石桩强化软土地基的重力基础及施工方法，通过胶结碎石桩强化地基软土层，增强海床软土地基的承载能力，保障重力基础在软土地基上的施工可行性。同时，重力基础无需打桩，依靠自身重量保持上部结构稳定性，使之能够适用于浅覆盖层海床地基。此外，重力基础对水深敏感性较低，使之能够适用于水深30至60m海域。
本发明通过胶结碎石桩强化海床地基上覆软土层，将软土层变成具有较高承载能力的持力层，同时降低软土层的非均匀沉降，有效增强重力基础在浅覆盖层海床中的适用性，避免采用三桩/四桩导管架、嵌岩桩、高桩承台等造价更高、施工难度更大的基础形式，降低海上风电基础制造和施工总成本；相对于海上风电单桩基础和三桩/四桩导管架基础，重力基础的塔筒过渡段、支撑架、混凝土底座均可在工厂预先加工，易于制造，现场模块化组装，一体式沉放，海上作业时间短，同时重力基础具有25至100年的全生命周期。
海上风电具有清洁高效的优势，是新能源领域的重要发展方向，海上风电场也逐渐从水深小于30m的浅海走向水深30~60m的深海，本施工方法具有施工简单、成本低、侧向承载力高等优点，克服了原深海单桩基础共振无法解决，地基土体水平承载力无法满足，施工周期长成本高的问题。
清华大学金峰教授团队发明的堆石混凝土筑坝技术，是近20年来中国以至全世界发展最迅猛的大坝设计与施工技术之一，该技术充分利用原材料，环境友好，通过一系列的室内和现场试验研究表明，堆石混凝土具有良好的综合性能，并在简化工艺、取消温控和提升材料抗裂性能等方面有突破性进展，成功解决了温控防裂这个混凝土坝领域百年来的核心难题。截至目前，在金峰团队的技术支持下，在祖国20余个省、市、自治区推广应用了200余个堆石混凝土工程，建成了超过150与座堆石混凝土大坝。
海上风电胶结碎石桩强化软土地基的重力基础的施工方法本施工简单、施工成本低、侧向承载力高。本项技术研发过程中累计投入200余万元，直接产生经济效益1000余万元。在当前基础上，未来将在相关工艺方面加大研发力度，计划后期将投入300万元助力海上风电施工方法的改善与提升。
本技术基于国家发明专利——一种海上风电胶结碎石桩强化软土地基的重力基础的施工方法，通过大量的工程实践，证明了胶结碎石桩在软土地基上的施工可行性。在当前基础上，将持续技术优化和向着智能化方向发展。
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