近海风电场大直径钢管桩基础设计及应用实例分析

大直径钢管桩基础为国外近海风电机组常用的基础结构型式,结构相对简单,海上作业量少,在各种型式的海上风机基础中最具技术经济优势。该文结合工程实例,分析大直径钢管桩基础在近海风电场可行性研究阶段的设计、施工难点和影响因素,供参考。     

海上风电机组高承台群桩基础整体协同作用下极限承载特性分析

高承台群桩基础是我国首次提出并获得广泛应用的新型海上风电机组基础结构型式。建立了高承台群桩基础数值模型,通过t-z、q-z和p-y曲线模拟桩土相互作用,以承台转角θ与力矩M关系曲线代表基础整体承载状态,采用基桩现场抗拔承载力测试数据对数值模型进行了验证。并基于上海东海大桥海上风电场示范工程风电机组基础结构,对不同加载方式、压拔承载力比值的基础进行了极限承载性能数值模拟,分析了基础的荷载传递、分配和整体协同作用,揭示了群桩中基桩极限承载性能与群桩基础整体极限承载性能的关系,提出了海上风电机组高桩混凝土承台群桩基础承载力控制标准的建议。     

福建省海上风电场示范性项目海上测风塔基础设计

福建省海上风电场示范性项目海上测风塔是国内建设较早,也是省内第一座建成并开展海上测风工作的海上测风塔。基础设计时,通过对场地建设条件、施工难易程度及建设工期和投资等多方面的比较,确定采用钢管桩和钢筋混凝土承台的联合基础型式。该文对此进行了总结,供类似工程参考。     

海上风机大直径钢管桩基础水平承载特性试验研究

东海大桥风电场二期工程进行了2根1.7 m直径钢管桩的现场水平试验,实测了桩顶荷载-位移关系、桩身变形和桩身弯矩。现场试验结果表明,API规范p-y曲线法计算偏保守,S?rensen修正的p-y曲线计算结果与实测推算结果吻合较好,建议海上风电基础设计应通过细致的地勘或试验,确定符合实际地质特征的p-y曲线或对规范p-y曲线进行修正。     

海上风电单桩筒组合基础承载性能有限元分析

为研究海上风电单桩筒组合基础的承载性能,以福建漳浦海上风电场项目为例,利用有限元软件ABAQUS建立了桩-筒-土三维模型,分析了不同模型尺寸对基础承载性能的影响,并根据分析结果对组合基础进行优化。结果表明：增加桩体直径、桩体入土深度、筒体直径、筒顶板厚度、分仓板数量均可增强结构的承载性能,但实际工程设计时,需要结合施工及造价条件合理选择尺寸参数;结构优化后的桩-筒组合基础比超大直径单桩基础更经济、可行。研究成果可为海上风电场设计提供参考。     

桩筒基础水平变形与基频特性研究

近年来随着海上风机的发展与应用越来越广泛,海上风电场的基础设计也越来越受到重视。由于海上风机的受力形式较为复杂,且往往基础土层的力学性质较差,传统的单桩基础并不能很好地应对各种海洋风险问题,寻求一种新的基础加固形式——桩筒复合基础。通过建立不同尺寸的单桩基础和桩-筒复合基础,分析基础的水平变形特性;经过数值模拟获得基础刚度后,利用有限元-解析法对结构的第一阶固有频率进行求解,分析了轴向力对基频的影响,并预测了桩筒基础的整机基频。研究结果表明：桩-筒复合基础能有效减小桩身侧向变形,提升基础刚度。单桩基础经过筒体加固后,基频有所提升,且改变桩径对结构第一阶固有频率的影响较大。     

双向流作用下海上风电单桩基础局部冲刷实验研究

海上风电场风机基础的局部冲刷,是涉及到风机全生命周期安全工作的最重要的因素之一.该文参照上海东海大桥海上风电场的潮流观测资料进行实验设计,利用双向造流系统和冲刷专用水池进行多种比尺的物理模型实验研究.结果 表明:双向流条件下基础周围冲刷坑以单桩为中心向外辐射延伸,冲刷坑深度沿着单桩四周逐渐减小,各个方向的冲刷范围和深度...     

岩基海床区高桩承台基础沉桩高程偏差对风机基础性能影响分析

针对岩基海床复杂的建设条件,基于福建省某在建海上风电项目现场沉桩资料,通过建立结构计算模型,分析实测沉桩高程偏差以及参数敏感性,研究高桩承台基础沉桩高程偏差对风机基础性能的影响.分析结果表明:桩端高程对摩擦桩基础的桩基承载力和整机频率以及对嵌岩桩基础的桩端裂纹和整机频率有较大影响,而对钢管桩应力、嵌岩桩基础桩基承载力影...     

海上风电导管架式基础钢管桩沉桩技术

以广东海域某海上风电场工程为例,分析了海上风电导管架式基础大直径、长钢管基础桩沉桩施工难点及关键技术,对基础桩沉桩施工流程进行了详述。通过应用特殊设计的负压式稳桩平台、夹持式起桩器及内插式送桩器等设备设施,并采取合理的施工工艺,有效地降低了恶劣海况对施工的影响,保障了沉桩精度,提高了沉桩施工工效及质量,可供类似工程借鉴。     

浅析深水复杂条件下海上风电场导管架基础设计

风机基础作为海上风电场设计的重要组成部分,基础结构设计是影响风电场建设成功的重要因素之一。结合福建某海上风电场深水复杂建设条件,开展桩式导管架基础设计与优化,可为类似海上风电场导管架基础设计提供一定的参考和借鉴。     

风力发电机无张力灌注桩基础数值分析

无张力灌注桩基础是一种新型的风机基础型式,特别适用于湿陷性黄土的地质条件,相对于传统基础,优化了结构型式、降低了造价。结合红寺堡风电场风机基础设计,通过有限元分析的方法,建立无张力灌注桩风机基础的有限元分析模型,对极端工况下基础的应力、位移、地基应力与沉降等进行了计算分析,为完善风机基础结构设计提供了依据,可供同类地质条件下风机基础结构的优化设计参考借鉴。     

海上风电桩基局部冲刷试验研究

风电桩基既承担风机自身荷载,又受到叶片转动的侧向压力,桩基稳定性至关重要。海上风电桩基不仅受潮汐双向水流和波浪共同作用的影响,而且桩基尺度介于通常的桥墩和码头桩基之间,局部冲刷具有一定特殊性。通过建立1∶60的正态模型,研究了洋口海域海上风电桩基在波浪、潮流及波流共同作用下的局部冲刷。结果表明:潮流是控制该海域桩基局部冲刷的主导因素;往复流作用下的冲刷坑形态呈椭圆形,最大冲刷深度约为恒定流的80%;当波流共同作用时,由于桩前波浪振荡水流的作用,泥沙较水流作用时更易起动,局部冲刷显著增强,最大冲刷深度为潮流和恒定流作用下的2.0与1.7倍;韩海骞公式计算值按照系数0.75折算后与波流作用下的桩基冲刷深度试验值较为吻合。根据试验结果,建议对桩基周边局部冲刷坑进行抛石防护,确保海上风机的安全稳定。     

海上风电场复合桩基础体型优化及承载力特性研究

基于弹性地基反力法,推导出复合桩基础水平承载力理论计算公式,并以承载力和结构强度满足设计要求为约束条件,根据SQP优化理论对基础进行体型优化。采用三维有限元分析的方法,系统地研究了复合桩基础水平承载力特性,分析了基础桩侧土体抗力的分布形式。研究结果可为复合桩基础的结构设计以及实际运行过程中安全性和稳定性的控制提供了参考依据。     

古学水电站厂房基础处理方案研究

介绍了古学水电站厂房基础处理的研究过程。结合厂房基础地质条件、厂房布置要求、施工条件、工程投资等因素提出了柔性基础处理方案和刚性基础处理方案,通过各方案的计算成果、技术经济比较,选取了刚性基础处理方案中的桩基础处理方式作为厂房基础处理方案,并依据相应的规范进行了桩基设计,确定了桩基布置方式和配筋方式,并已应用于工程施工。     

振冲系泊桩基础成桩试验研究

目前海上风电以单桩或群桩基础为主,基础依靠深插桩体满足风机结构竖向抗拔承载力要求,随着大功率海上风电机组的投产与安装,如何提高桩基础抗拔承载能力成为制约海上风电大规模发展的瓶颈。本文以改进的振冲器为施工器械,结合预应力锚杆关键技术,综合振冲加固与高压旋喷桩的施工工艺形成了振冲系泊桩成套施工技术,提出了振冲系泊桩新型桩基础;开展了现场成桩试验和现场载荷试验,结果显示:运用该成套技术形成的振冲系泊桩桩身完整性良好且具有较强的抗拔性能;进行了有限元模拟仿真,分析了振冲系泊桩承载机理和破坏模式,通过仿真计算知3.5 m桩长的振冲系泊桩在一般黏土地基中的单桩极限抗拔承载力可达450 kN,是相同桩长的圆柱桩的7.5倍。     

海淤土地基挡潮闸基础设计

某挡潮闸为在深厚海淤土地基上建闸筑堤,需采取合理基础及地基处理措施解决承载力、变形量及地基变形协调问题。通过方案比较,确定闸室采用半封底沉井基础,岸翼墙采用灌注柱基础。通过现场桩基试验,研究了海淤土中采用粉喷桩复合地基对灌注桩水平承载能力的提高效果。结果表明,提出的基础方案成功解决了工程存在的地质问题,节约了工程投资。     

近海风机基础-塔架结构体系振动监测与动力响应分析

我国东部近海区域目前建设的风电场基本均采用桩基结构,桩基一塔架结构体系是典型的细长高耸结构,在复杂海洋环境载荷作用下具有明显的动力性质、随机性质和非线性性质。本文结合江苏响水近海试验风机长期的桩基础一塔架结构体系振动监测数据,分析了结构体系振动与风、浪等环境荷载的相关性,结果表明：振动加速度与风速均方差存在明显的相关关系,塔架顶部的振动加速度随均方差的增大而增加;建立模型进行了动力有限元计算分析,计算结果较好反映了响水近海试验风机不同工况的动力响应。研究成果具有一定的工程应用价值,可为海上风机基础设计提供参考。     

基于桩筒复合基础海上风机振动特性分析

海上风机所处环境复杂,在风、波浪等随机动载作用下易发生共振破坏。为研究采用桩筒复合基础海上风机的振动特性,选择合理的基础设计参数,利用有限元软件ABAQUS进行海上风机整体建模,采用Block Lanczos方法进行模态分析,同时将所得自振频率与外荷载频率进行对比研究,并分析不同基础形式与不同基础约束条件下的风机整体振动特性。研究发现:前2阶水平弯曲频率与第3阶扭转频率为判断风机整体共振的主要频率;与单桩基础相比,桩筒复合基础能够有效增加风机抵抗水平荷载的能力,且在该设计参数条件下风机能够避免共振的发生;在基础设计时,应考虑桩土相互作用(PSI)的影响。     

溜桩后桩基承载力的评估

打桩过程中溜桩容易引发安全事故。溜桩的产生,往往造成打桩锤击数的预测值与实测值之间偏差较大,此时准确评价溜桩后桩基承载力就成为实际工程中非常关注的问题。以某工程实例为基础,根据现场高应变动测试验和打桩记录,研究了溜桩对桩基的影响。打桩记录显示,溜桩的产生会导致打桩总能量的降低;现场动测试验结果表明,溜桩导致打桩结束时的承载力明显减小。采用现有对打入桩进行桩基承载力评估方法得到的结果无法满足设计要求。为此,在评估打入桩最终承载力时将桩基分为溜桩段和非溜桩段,对不同区域采用不同方法进行承载力评估,所得结果满足设计要求。     

山地建筑结构桩基受力特性研究

我国地形以山地为主 ,占全国陆地面积2/3以上 ,为尽可能利用有限的土地资源 ,较多的建筑往往依山就势 ,使得我国山地建筑越来越多.我国现行抗震设计规范主要是针对水平场地提供建筑结构设计依据 ,对非水平场地上的建筑结构没有明确规定 ,相应的说明也比较模糊.基于山地建筑结构桩基的受力特点 ,通过ANSYS有限元分析方法将桩和土体视为一个整体 ,同时还考虑了桩-土间的相互作用问题 ,对桩静动力作用下 ,桩侧土体的推力、抗力以及桩内力分布进行对比研究 ,同时分析了桩顶质量大小对桩顶水平位移的影响.分析结果表明 ,山地建筑结构桩基受力较为复杂 ,同水平场地条件下桩基的受力差别较大.在动力作用下 ,水平场地条件下的桩基剪力和弯矩呈抛物线分布,但山地建筑结构桩基剪力和弯矩在中部位置存在反弯点.在山地建筑结构桩基设计中 ,应适当提高桩基的抗剪和抗弯能力.