海上升壓站基礎設計方案選型分析

賈澤鑫

摘要：目前為止，我國海上升壓站基礎設計相關技術研究不夠成熟，其選擇眾多因素相關，例如，風電場裝機大小、海面所處的地理特征、受力特點、海上風浪大小及海流等。本文主要對海上升壓站基礎設計方案進行分析，從而選擇合適的結構方案，希望給海上升壓站的設計及施工提供參考。

關鍵詞：海上升壓站;基礎設計;分析

前言：隨著海上空間逐漸被占用，風電場距離岸邊的距離已經十分遙遠，在這種趨勢下，想要繼續運用陸上升壓站的方式，會給整體帶來巨大的損耗，并且投入成本不小。所以，在海上風電場旁安裝海上升壓站會避免很多麻煩。現階段，國內對于海上升壓站的研究不多，所以本文對此展開研究。

一、海上升壓站特點

海上風電場有三種升壓變電站，例如，陸上升壓站、海上陸地結合升壓站、海上一體化升壓站。目前我國的風電場建設位置已經逐步靠近海邊，如果還采用傳統的陸上升壓站，在進行建設時不僅增加了電纜的長度，延長了施工時間、材料損耗過大，同時在海上占有很大比例，增加了投資成本。若以海上一體化平臺的形式可在一定程度上節省設備維修時間，提高工作效率。但海上住宿環境差，生活用水和食物供應不方便，所以在實際工作中一般不會安排人員看守。因此，海上陸地結合升壓站的形式比較理想。海上升壓站可根據需要為員工設置臨時休息和避難場所，有利于監督人員實時監督風電場的運行，同時也利于職工的生活、工作。從風能采集線的角度來看，升壓站應設置在風場中心。這樣會使整個區域的集電線路長度最短，線損最小。除考慮到線路和功率損耗，還應充分考慮水深、地質條件、主體施工方便等因素[1]。

二、常見基礎形式分析及施工工藝

（一）單樁式海上升壓站

單樁式結構由鋼結構單樁基礎和上部組塊組成。單樁的基礎是用5米鋼管柱插入海底泥面，其中與上部組塊可采取栓接、焊接或灌漿等連接形式。從目前世界上已有的海上升壓站來看，單樁海上升壓站數量一般，尤其適合我國橋臺和海上風電場。單樁基礎結構簡單，造價低，但在使用這種基礎時，應考慮上部結構的大小情況及風載荷情況，避免上部組塊晃動。國內風電場升壓站容量大、電壓等級高、上風群大，不宜采用一種海上升壓站。

（二）重力式海上升壓站

重力式海上升壓站由混凝土基礎和上部鋼結構組成。重力式基礎主要是在岸上預選混凝土，然后通過運輸船運到海上，并利用大型浮吊船或自升式平臺將地基安裝在設計位置，在此之前可根據起重機的重力，首先將海床清理干凈，放置在其位置上，然后把石頭扔到地基內部來進行地基自重。重力式基礎對海況要求相對較高，不適合泥沙較多的海域。該基礎依靠自身的重量抵抗風荷載和波浪荷載，具有經濟性好，結構簡單等特性。

（三）導管架式海上升壓站

重型管式海上升壓站包括導向支撐框架和鋼結構上部塊的基礎。導模通常以四個管架為基礎，管架通過鋼管柱之間的管架連接，管架與結構支撐平臺連接的海上升壓站上層，提高了導架的基本適用性，適用于各種水深和地質條件。這個模式的海上升壓站類似于石油平臺，具有更多的工程經驗。

（四）高樁承臺式海上升壓站

高樁承臺式海上升壓站包括鋼管樁、既有混凝土平臺和上部塊組成。高樁平臺結構是港口設計中常用的結構形式，打樁次數多，打樁長度與打樁次數也是不一樣的。由于施工工藝與高樁碼頭相似，船舶設備要求相對較低，但高樁支撐框架結構柱之間沒有連接，八柱長度和構造相對較低，所以高柱平臺構造一般，近水較淺，地表地質條件較好，適用于地震烈度較低的地區。對于海上升壓站等大面積、高度較高、高主體結構的木樁承重結構，在地震作用下，由于柱的內力變形大，樁基承重結構材料性能要求較高，基礎設計形式復雜，海上施工周期較長造價高。

三、海上升壓站基礎的選型和適用性分析

海上升壓站基礎對于風機的選型等要求上更加嚴格，所以如何選擇科學的升壓站基礎結構，對于安全及施工資金都十分重要，我國已經對海上風電進行規劃，但是各個地區的地理結構不同。例如，我國渤海的水深不超過十米， 海底大多是淤泥與粉砂，其承載力不強，不能作為升壓站的持力層。海底最深處的沉積物為細砂，其承載力較大，可以作為持力層。黃海山脈常年被黃河泥沙侵蝕。較大的沖擊力使得海底泥沙承重力相對較小，并且冬季有冰荷載，重力式和吸力式基礎不適用于海區，單樁式結構和導管架模式更為適合。例如，地基現在建在江蘇省沿海地區，風場是一個單柱基礎和一個導向基礎。東海的海底表面主要由泥組成，與黃海相似，不適合重力和吸力，單樁基礎和導向框架更適合海域。南部沿海北部灣和荊州海峽的海底主要由陸源礫石沉積物組成。青州海峽斜坡眾多，重力式和吸力式不適合該海域。在南海，由于山高浪深，強度較大的導管架式更適合該海域。在上述綜合分析的基礎上，分析了中國各海域的實際海況，可以看出國家海上升壓站最合適的基礎類別就是單樁基礎和導管架基礎。

四、結論

綜上所述，海上升壓站所處地理位置十分特殊，跟陸地升壓站相比，需要注意的事項更加繁瑣，對于海上升壓站而言載荷特性十分復雜，海域風場的升壓結構不同，所運用的工藝也不同，在實際工作中還有很多技術問題需要一一解決。本文對海上升壓站基礎設計方案進行分析，從而選擇合適的結構方案，以供參考。

參考文獻

[1]湯群益，孫震洲，王永發，陳杰峰.兩種典型海上升壓站基礎的坐底穩定性[J].中國海洋平臺，2019，34（06）：47-55.