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日前，中國電建華東院海上風(fēng)電“新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)研發(fā)及其工程應(yīng)用”入選2021年度中國十大海洋科技進(jìn)展。這項由華東院發(fā)明并創(chuàng)新設(shè)計的核心技術(shù)，不僅大幅提高了海上施工作業(yè)效率，也為破解海上風(fēng)電走向深遠(yuǎn)海、大機(jī)組過程中常規(guī)單樁基礎(chǔ)承載力不足等難題，提供可復(fù)制、可推廣、可借鑒的經(jīng)驗與思路，為國家海洋技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展、助力“3060雙碳目標(biāo)”，發(fā)揮積極作用。
華東院成果入選中國十大海洋科技進(jìn)展
常規(guī)單樁基礎(chǔ)面臨哪些瓶頸？
海上風(fēng)電工程建設(shè)中，風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)相關(guān)的勘察、設(shè)計、施工等成本占總投資的25%以上，是控制海上風(fēng)電項目經(jīng)濟(jì)可行性的決定性因素之一。與多樁基礎(chǔ)相比，大直徑單樁基礎(chǔ)構(gòu)造簡單、施工效率高等特點，成為目前國內(nèi)外海上風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)型式。然而，常規(guī)單樁基礎(chǔ)在工程應(yīng)用中經(jīng)常面對以下瓶頸：
1、淺覆蓋層巖基海床應(yīng)用困難
常規(guī)單樁基礎(chǔ)在深厚風(fēng)化巖層、中等埋深基巖海床條件下，因上部覆蓋層土體無法為其提供足夠的承載力，需要嵌入下部“基巖”，而嵌巖施工需要大型鉆機(jī)和相關(guān)輔助裝備，海上施工作業(yè)周期長，且面臨鉆孔塌孔等伴生安全風(fēng)險，對項目開發(fā)建設(shè)影響很大。
嵌巖單樁示意
2、難滿足深水域、大單機(jī)容量機(jī)組需要
在海上風(fēng)電向深水域和大單機(jī)容量機(jī)組發(fā)展的趨勢下，風(fēng)電機(jī)組荷載數(shù)量級增加。常規(guī)基礎(chǔ)如果要滿足承載能力要求，則可能因變得“超大”“超重”，超出現(xiàn)有加工和施工能力，失去可行性，或因加工和施工裝備稀缺導(dǎo)致過高造價。
“新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)”具有哪些優(yōu)勢？
針對常規(guī)單樁的應(yīng)用瓶頸，華東院海上風(fēng)電新型大直徑單樁-桶復(fù)合風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)（海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)及其施工方法，專利號：ZL 2013 1 0144668.9），創(chuàng)新地將超大直徑單樁基礎(chǔ)和吸力式桶形基礎(chǔ)相結(jié)合，通過桶體充分調(diào)動樁周土體抗力，提高整體剛度和水平承載性能。
與原嵌巖基礎(chǔ)方案相比，避免了嵌巖施工、樁周沖刷防護(hù)施工及嵌巖鉆孔塌孔等伴生安全風(fēng)險，大幅提高海上施工作業(yè)效率，節(jié)約工程造價。同時，為海上風(fēng)電在深遠(yuǎn)海和大容量機(jī)組發(fā)展趨勢下，克服多樁基礎(chǔ)施工效率低而常規(guī)單樁基礎(chǔ)承載力不足且需要沖刷防護(hù)等瓶頸，以及單樁沉樁不到位的補(bǔ)救處理提供了新的解決思路。
工程應(yīng)用：
2020年4月，歷經(jīng)30多小時的連續(xù)奮戰(zhàn)，全球首臺海上風(fēng)電新型大直徑單樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)，在莆田平海灣海上風(fēng)電場二期成功實施，實現(xiàn)了替代I型嵌巖單樁（“打-鉆-打”式）。
2021年9月，該基礎(chǔ)實現(xiàn)了對更為復(fù)雜的II型嵌巖單樁（“打-鉆孔、擴(kuò)孔-澆筑混凝土-打”式）的替代。
“新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)”施工現(xiàn)場
核心技術(shù) 筑夢蔚藍(lán)
海上風(fēng)電新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)的成功研發(fā)與應(yīng)用，與華東院新能源院博士后團(tuán)隊及技術(shù)骨干力量的努力密不可分。在國家自然科學(xué)基金、浙江省科學(xué)基金以及我院科技項目的資助和支持下，歷經(jīng)數(shù)年研發(fā)，他們提出了復(fù)合基礎(chǔ)一體化設(shè)計方法和超大直徑桶體負(fù)壓下沉控制工藝和裝備體系等系列核心技術(shù)，填補(bǔ)國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的空白。
作為海上風(fēng)電領(lǐng)域的先行者，華東院充分掌握國際海上風(fēng)電新技術(shù)、新材料、新方法，設(shè)計建成了一批具有開創(chuàng)意義的海上風(fēng)電工程項目，走出了一條 “對標(biāo)國際、踐行國內(nèi)、走向國際” 的發(fā)展之路，引領(lǐng)國內(nèi)海上風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步與行業(yè)發(fā)展。
截至2021年底，由華東院勘測設(shè)計和總承包的海上風(fēng)電項目并網(wǎng)規(guī)模突破1600萬千瓦，約占海上風(fēng)電全國并網(wǎng)容量的65%。從渤海到黃海，從東海到南海，華東院海上風(fēng)電團(tuán)隊積累了各類海洋環(huán)境和地質(zhì)條件下的豐富業(yè)績和經(jīng)驗，以核心技術(shù)筑夢蔚藍(lán)。
實現(xiàn)多個“0”的突破，設(shè)計建成：
中國第一根無過渡段單樁基礎(chǔ)、第一座海上升壓站、第一根220千伏三芯海纜；
全球第一根大直徑嵌巖單樁；
全球首個大直徑樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)；
全球第一座分體式海上升壓站；
全球首座±400kV海上/陸上柔直換流平臺和首根高壓直流海底電纜；
全球首臺海冰區(qū)域暨國內(nèi)首臺吸力桶導(dǎo)管架基礎(chǔ)；
全球第一個風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)一體化運(yùn)輸安裝項目；
國內(nèi)首個“海上風(fēng)電數(shù)字能源服務(wù)平臺”。
近年來，依托“浙江省深遠(yuǎn)海風(fēng)電技術(shù)研究重點實驗室”“浙江省海上風(fēng)電大數(shù)據(jù)平臺”“華東海上風(fēng)電省級高新技術(shù)企業(yè)研發(fā)中心”“海上風(fēng)電博士后科研工作站”“院士專家工作站”等高端平臺，華東院承擔(dān)了多項具有戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、前瞻性的海上風(fēng)電國家重大科技項目，打造了一大批海上風(fēng)電精品工程，持續(xù)為國家海洋技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展、助力“3060雙碳目標(biāo)”，貢獻(xiàn)智慧和力量。
華東院成果入選中國十大海洋科技進(jìn)展
常規(guī)單樁基礎(chǔ)面臨哪些瓶頸？
海上風(fēng)電工程建設(shè)中，風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)相關(guān)的勘察、設(shè)計、施工等成本占總投資的25%以上，是控制海上風(fēng)電項目經(jīng)濟(jì)可行性的決定性因素之一。與多樁基礎(chǔ)相比，大直徑單樁基礎(chǔ)構(gòu)造簡單、施工效率高等特點，成為目前國內(nèi)外海上風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)型式。然而，常規(guī)單樁基礎(chǔ)在工程應(yīng)用中經(jīng)常面對以下瓶頸：
1、淺覆蓋層巖基海床應(yīng)用困難
常規(guī)單樁基礎(chǔ)在深厚風(fēng)化巖層、中等埋深基巖海床條件下，因上部覆蓋層土體無法為其提供足夠的承載力，需要嵌入下部“基巖”，而嵌巖施工需要大型鉆機(jī)和相關(guān)輔助裝備，海上施工作業(yè)周期長，且面臨鉆孔塌孔等伴生安全風(fēng)險，對項目開發(fā)建設(shè)影響很大。
嵌巖單樁示意
2、難滿足深水域、大單機(jī)容量機(jī)組需要
在海上風(fēng)電向深水域和大單機(jī)容量機(jī)組發(fā)展的趨勢下，風(fēng)電機(jī)組荷載數(shù)量級增加。常規(guī)基礎(chǔ)如果要滿足承載能力要求，則可能因變得“超大”“超重”，超出現(xiàn)有加工和施工能力，失去可行性，或因加工和施工裝備稀缺導(dǎo)致過高造價。
“新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)”具有哪些優(yōu)勢？
針對常規(guī)單樁的應(yīng)用瓶頸，華東院海上風(fēng)電新型大直徑單樁-桶復(fù)合風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)（海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)及其施工方法，專利號：ZL 2013 1 0144668.9），創(chuàng)新地將超大直徑單樁基礎(chǔ)和吸力式桶形基礎(chǔ)相結(jié)合，通過桶體充分調(diào)動樁周土體抗力，提高整體剛度和水平承載性能。
與原嵌巖基礎(chǔ)方案相比，避免了嵌巖施工、樁周沖刷防護(hù)施工及嵌巖鉆孔塌孔等伴生安全風(fēng)險，大幅提高海上施工作業(yè)效率，節(jié)約工程造價。同時，為海上風(fēng)電在深遠(yuǎn)海和大容量機(jī)組發(fā)展趨勢下，克服多樁基礎(chǔ)施工效率低而常規(guī)單樁基礎(chǔ)承載力不足且需要沖刷防護(hù)等瓶頸，以及單樁沉樁不到位的補(bǔ)救處理提供了新的解決思路。
工程應(yīng)用：
2020年4月，歷經(jīng)30多小時的連續(xù)奮戰(zhàn)，全球首臺海上風(fēng)電新型大直徑單樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)，在莆田平海灣海上風(fēng)電場二期成功實施，實現(xiàn)了替代I型嵌巖單樁（“打-鉆-打”式）。
2021年9月，該基礎(chǔ)實現(xiàn)了對更為復(fù)雜的II型嵌巖單樁（“打-鉆孔、擴(kuò)孔-澆筑混凝土-打”式）的替代。
“新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)”施工現(xiàn)場
核心技術(shù) 筑夢蔚藍(lán)
海上風(fēng)電新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)的成功研發(fā)與應(yīng)用，與華東院新能源院博士后團(tuán)隊及技術(shù)骨干力量的努力密不可分。在國家自然科學(xué)基金、浙江省科學(xué)基金以及我院科技項目的資助和支持下，歷經(jīng)數(shù)年研發(fā)，他們提出了復(fù)合基礎(chǔ)一體化設(shè)計方法和超大直徑桶體負(fù)壓下沉控制工藝和裝備體系等系列核心技術(shù)，填補(bǔ)國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的空白。
作為海上風(fēng)電領(lǐng)域的先行者，華東院充分掌握國際海上風(fēng)電新技術(shù)、新材料、新方法，設(shè)計建成了一批具有開創(chuàng)意義的海上風(fēng)電工程項目，走出了一條 “對標(biāo)國際、踐行國內(nèi)、走向國際” 的發(fā)展之路，引領(lǐng)國內(nèi)海上風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步與行業(yè)發(fā)展。
截至2021年底，由華東院勘測設(shè)計和總承包的海上風(fēng)電項目并網(wǎng)規(guī)模突破1600萬千瓦，約占海上風(fēng)電全國并網(wǎng)容量的65%。從渤海到黃海，從東海到南海，華東院海上風(fēng)電團(tuán)隊積累了各類海洋環(huán)境和地質(zhì)條件下的豐富業(yè)績和經(jīng)驗，以核心技術(shù)筑夢蔚藍(lán)。
實現(xiàn)多個“0”的突破，設(shè)計建成：
中國第一根無過渡段單樁基礎(chǔ)、第一座海上升壓站、第一根220千伏三芯海纜；
全球第一根大直徑嵌巖單樁；
全球首個大直徑樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)；
全球第一座分體式海上升壓站；
全球首座±400kV海上/陸上柔直換流平臺和首根高壓直流海底電纜；
全球首臺海冰區(qū)域暨國內(nèi)首臺吸力桶導(dǎo)管架基礎(chǔ)；
全球第一個風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)一體化運(yùn)輸安裝項目；
國內(nèi)首個“海上風(fēng)電數(shù)字能源服務(wù)平臺”。
近年來，依托“浙江省深遠(yuǎn)海風(fēng)電技術(shù)研究重點實驗室”“浙江省海上風(fēng)電大數(shù)據(jù)平臺”“華東海上風(fēng)電省級高新技術(shù)企業(yè)研發(fā)中心”“海上風(fēng)電博士后科研工作站”“院士專家工作站”等高端平臺，華東院承擔(dān)了多項具有戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、前瞻性的海上風(fēng)電國家重大科技項目，打造了一大批海上風(fēng)電精品工程，持續(xù)為國家海洋技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展、助力“3060雙碳目標(biāo)”，貢獻(xiàn)智慧和力量。
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