1.2　近海风机基础结构型式

欧洲海上风机的基础结构主要由海上采油平台发展而来，包括单桩基础、导管架基础、重力式基础和桶形基础等。我国在借鉴欧洲经验的基础上，参考了海上大桥的建设经验，发展了多桩承台基础结构。

（1）单桩基础。单桩基础主要包括桩和连接段两部分，桩径较大、结构简单、受力明确，海上施工工序和作业时间相对较少。软土地基可采用锤击沉桩，岩石地基可采用钻孔灌注桩。单桩基础在英国Sheringham Shoal、荷兰Q7-WP、爱尔兰Arklow Bank等风电工程中得到了应用。

（2）多桩承台基础。多桩承台基础由多根按要求排列的桩和承台组成，桩向承台中心倾斜、沿圆周布设桩对抵抗水平荷载和抗倾覆有利，是常用的布设型式。承台底通常高于海面。关于多桩承台基础，国内建设经验丰富，国外则较少采用。

（3）导管架基础。导管架基础由钢管为骨架的空间框架结构和桩基组成，分先打桩和后打桩两种型式。先打桩是在海底做固定模架，打桩、整体吊装后水下灌浆连接桩和框架结构。后打桩是在支腿底部安置桩靴，框架吊装结束后，通过桩靴沉桩，再进行灌浆连接。导管架基础具有重量轻、地理条件适应性好和稳定性佳等优点，是深海海域风电场未来发展的趋势之一。英国Beatrice、德国Alpha Ventus海上风电场项目采用了导管架基础。

（4）重力式基础。重力式基础是最早应用于海上风电场建设的基础型式，靠自身和压载物的重量稳定于海床，一般采用预制圆形沉箱结构，用砂、碎石、矿渣或混凝土作为内部空腔压舱材料。主体结构可在陆上批量预制，然后运输到指定海域，也可用拖船拖运到机位处下沉安装。重力式基础安装方便，可减少海上作业时间；但其体积庞大，水深较浅时运输较为困难，水深较大时经济性得不到体现。丹麦Vindeby、Tunoe Konb、Middelgrunden、Nysted、Thornton Bank风电场采用了重力式基础。

（5）桶形基础。桶形基础是顶端封闭、下端开口的倒置桶状结构，水深适应范围较广，具有易拆除、可重复利用、安装工期短、费用低等优点。丹麦Frederikshavn风电场首次应用。2017年三峡新能源响水海上风电场成功安装了国内首台海上风机复合桶形基础。

（6）浮式基础。浮式基础由浮体结构和锚固系统组成。浮体结构是漂浮在海面上的合式箱体，塔架固定其上，根据锚固系统的不同而采用不同的形状，一般为矩形、三角形或圆形。锚固系统主要包括固定设备和连接设备，固定设备主要有桩和吸力桶两种，连接设备大体上可分为锚杆和锚链两种。浮式基础属柔性支撑结构，能有效降低系统固有频率，增加系统阻尼。与固定式基础相比，浮式基础成本较低，容易运输，而且对深水区域的适应性较好，能够扩展现有海上风电场的范围。

国外和我国典型海上风机基础结构型式分别见表1.1和表1.2。

不同基础型式适用条件及优缺点见表1.3。

水深和地质条件是影响基础选型的重要因素。挪威船级社标准建议：重力式基础适宜10m内水深，单桩基础适宜0～30m水深，导管架基础适宜20m以上水深。我国海岸线长，大陆岸线约为18000km，近海区域面积广，表层土体特性差别较大。水深30m以内近海表层土体主要可分为三类：基岩、砂砾质和淤泥质类。

具体选用基础结构型式时，还需考虑施工船舶的吃水、离岸距离、施工经济性等因素。渤海湾水深相对较浅，冬季有冰荷载作用，辽东湾北部大部分海域为淤泥质软基，黄河口海域多为黄河泥沙冲淤，宜优先选择单桩、多桩承台基础。黄海具有封闭性特点和复杂的海区轮廓，大陆径流和潮流较强，以现代沉积为主，沉积物大部分为粒级较细的软泥和砂质泥，宜优先选择单桩、导管架基础。东海多为淤泥质软基，受台风影响，宜优先选择单桩、导管架、多桩承台基础。南海北部湾和琼州海峡的海底表层沉积物主要为陆源碎屑堆积，主要为淤泥质粉质黏土和粉砂，海底冲刷较为强烈，受台风影响较为严重，宜优先选择导管架、多桩承台基础，重力式基础和桶形基础慎重选用，水深较大时优先选用刚度较大的导管架基础。福建近海存在同一区域地质条件差异较大和局部存在暗礁与岩滩的特点，部分为岩基海床，锤击沉桩具有一定困难，采用桩式基础时需研究边钻边沉桩的施工工艺。