大海深不可测，建设海上风电项目时，如何使风机基础实现海底“扎马步”？

　　近日，由中国能建广东院（以下简称“广东院”）勘察设计的广东阳江沙扒海上风电一期项目（以下简称“沙扒项目”），15号机位三桶吸力桶导管架风机基础安装到位，这是三桶吸力桶导管架基础在国内海上风电项目的首次应用。

　　目前，海上风电基础形式主要有重力式、桩式、吸力式及漂浮式4种，其中，吸力式是近年在国外发展起来、适用于浅覆盖层海床地质的一种非打入式基础形式，在国内常用于各类海洋平台的建设。

　　吸力桶在海底“扎马步”的原理与“拔火罐”类似。吸力桶是风机基础最核心的部位，其顶端封闭、底端敞开，形状仿佛倒置的水桶，接触海床后，在自重的作用下嵌入海地土壤，形成初始密封状态。然后，随着桶顶的吸力泵向外抽水，桶内压力降低，桶内外的压力差产生了作用在桶盖上垂直向下的压力。当压力与平台自重之和超过土壤对桶体端与桶壁侧的摩阻合力时，桶体就会被不断压入海底土壤，直至桶盖底面与海底完全接触。沙扒项目15号风机基础，就是由3个这样直径13米、高10.6米的“水桶”和52米的上部导管架通过刚性连接组成，总重1560吨。

　　“吸力桶导管架风机基础对于不同水深与土壤类型具有更好的适用性，大大增加了可利用风能的区域性体量。同时，采用的更高效的负压沉贯安装技术无需打桩，不会产生噪声，既缩短了施工周期，减少了海上风电项目对大型海工装备的依赖，降低了施工风险，节约了嵌岩打桩等费用，又减少了对海洋环境的污染。服役完成后，还可通过在桶顶施加正压将吸力桶顶出，以重复利用，是清洁能源行业的重要突破。”广东院副总工程师汤东升表示。

　　据项目设总冯奕敏介绍，与海洋平台的设计不同，海上风电基础需要克服来自风电机组和环境荷载25年的循环载荷作用，而且，海上风电基础的平整度要求更高，因此，吸力桶式在海上风电基础领域的应用存在更多难题和挑战。

　　沙扒项目地处南海海域，水深深，涌浪大，海床表面土层厚度分布不均，岩面较浅，地质差异大，设计、施工难度很大。“如果采用常规打入式桩基设计，需要进行嵌岩施工，不仅工期长，而且造价高。于是，我们与挪威相关研究机构开展合作，深入开展了吸力桶式基础的核心技术攻关，设计成果达到了国内领先水平，并逐步形成了具有我院特色的吸力桶导管架基础的设计体系。”冯奕敏说。

　　“我们攻克了风机载荷处理、桶土间循环弱化设计、吸力桶基础各工况设计、吸力桶贯入施工计算等多项关键技术难题，尤其是桶土间循环弱化计算，能准确考虑吸力桶长期服役条件下的承载力和变形，从而实现精准设计，是吸力桶设计中的重要突破。”广东院水工结构专业博士刘博表示。此外，广东院还开发了许多集成式的设计程序，提高了吸力桶基础的设计效率。

　　沙扒项目装机容量为300兆瓦，建成后，年上网电量将达到8亿千瓦时，可满足约30万户家庭1年的用电需求。通过在项目中不断开展设计优化论证，广东院已先后完成了国内同容量最轻海上升压站、国内作业水深最大的四桩导管架基础、国内最大最重单桩基础等多项国内首创设计，为探索更适合南海海域海上风电项目建设的技术方案积累了宝贵经验。