论文部分内容阅读
摘要：目前为止，我国海上升压站基础设计相关技术研究不够成熟，其选择众多因素相关，例如，风电场装机大小、海面所处的地理特征、受力特点、海上风浪大小及海流等。本文主要对海上升压站基础设计方案进行分析，从而选择合适的结构方案，希望给海上升压站的设计及施工提供参考。
关键词：海上升压站;基础设计;分析
前言：随着海上空间逐渐被占用，风电场距离岸边的距离已经十分遥远，在这种趋势下，想要继续运用陆上升压站的方式，会给整体带来巨大的损耗，并且投入成本不小。所以，在海上风电场旁安装海上升压站会避免很多麻烦。现阶段，国内对于海上升压站的研究不多，所以本文对此展开研究。
一、海上升压站特点
海上风电场有三种升压变电站，例如，陆上升压站、海上陆地结合升压站、海上一体化升压站。目前我国的风电场建设位置已经逐步靠近海边，如果还采用传统的陆上升压站，在进行建设时不仅增加了电缆的长度，延长了施工时间、材料损耗过大，同时在海上占有很大比例，增加了投资成本。若以海上一体化平台的形式可在一定程度上节省设备维修时间，提高工作效率。但海上住宿环境差，生活用水和食物供应不方便，所以在实际工作中一般不会安排人员看守。因此，海上陆地结合升压站的形式比较理想。海上升压站可根据需要为员工设置临时休息和避难场所，有利于监督人员实时监督风电场的运行，同时也利于职工的生活、工作。从风能采集线的角度来看，升压站应设置在风场中心。这样会使整个区域的集电线路长度最短，线损最小。除考虑到线路和功率损耗，还应充分考虑水深、地质条件、主体施工方便等因素[1]。
二、常见基础形式分析及施工工艺
（一）单桩式海上升压站
单桩式结构由钢结构单桩基础和上部组块组成。单桩的基础是用5米钢管柱插入海底泥面，其中与上部组块可采取栓接、焊接或灌浆等连接形式。从目前世界上已有的海上升压站来看，单桩海上升压站数量一般，尤其适合我国桥台和海上风电场。单桩基础结构简单，造价低，但在使用这种基础时，应考虑上部结构的大小情况及风载荷情况，避免上部组块晃动。国内风电场升压站容量大、电压等级高、上风群大，不宜采用一种海上升压站。
（二）重力式海上升压站
重力式海上升压站由混凝土基础和上部钢结构组成。重力式基础主要是在岸上预选混凝土，然后通过运输船运到海上，并利用大型浮吊船或自升式平台将地基安装在设计位置，在此之前可根据起重机的重力，首先将海床清理干净，放置在其位置上，然后把石头扔到地基内部来进行地基自重。重力式基础对海况要求相对较高，不适合泥沙较多的海域。该基础依靠自身的重量抵抗风荷载和波浪荷载，具有经济性好，结构简单等特性。
（三）导管架式海上升压站
重型管式海上升压站包括导向支撑框架和钢结构上部块的基础。导模通常以四个管架为基础，管架通过钢管柱之间的管架连接，管架与结构支撑平台连接的海上升压站上层，提高了导架的基本适用性，适用于各种水深和地质条件。这个模式的海上升压站类似于石油平台，具有更多的工程经验。
（四）高桩承台式海上升压站
高桩承台式海上升压站包括钢管桩、既有混凝土平台和上部块组成。高桩平台结构是港口设计中常用的结构形式，打桩次数多，打桩长度与打桩次数也是不一样的。由于施工工艺与高桩码头相似，船舶设备要求相对较低，但高桩支撑框架结构柱之间没有连接，八柱长度和构造相对较低，所以高柱平台构造一般，近水较浅，地表地质条件较好，适用于地震烈度较低的地区。对于海上升压站等大面积、高度较高、高主体结构的木桩承重结构，在地震作用下，由于柱的内力变形大，桩基承重结构材料性能要求较高，基础设计形式复杂，海上施工周期较长造价高。
三、海上升压站基础的选型和适用性分析
海上升压站基础对于风机的选型等要求上更加严格，所以如何选择科学的升压站基础结构，对于安全及施工资金都十分重要，我国已经对海上风电进行规划，但是各个地区的地理结构不同。例如，我国渤海的水深不超过十米， 海底大多是淤泥与粉砂，其承载力不强，不能作为升压站的持力层。海底最深处的沉积物为细砂，其承载力较大，可以作为持力层。黄海山脉常年被黄河泥沙侵蚀。较大的冲击力使得海底泥沙承重力相对较小，并且冬季有冰荷载，重力式和吸力式基础不适用于海区，单桩式结构和导管架模式更为适合。例如，地基现在建在江苏省沿海地区，风场是一个单柱基础和一个导向基础。东海的海底表面主要由泥组成，与黄海相似，不适合重力和吸力，单桩基础和导向框架更适合海域。南部沿海北部湾和荆州海峡的海底主要由陆源砾石沉积物组成。青州海峡斜坡众多，重力式和吸力式不适合该海域。在南海，由于山高浪深，强度较大的导管架式更适合该海域。在上述综合分析的基础上，分析了中国各海域的实际海况，可以看出国家海上升压站最合适的基础类别就是单桩基础和导管架基础。
四、结论
综上所述，海上升压站所处地理位置十分特殊，跟陆地升压站相比，需要注意的事项更加繁琐，对于海上升压站而言载荷特性十分复杂，海域风场的升压结构不同，所运用的工艺也不同，在实际工作中还有很多技术问题需要一一解決。本文对海上升压站基础设计方案进行分析，从而选择合适的结构方案，以供参考。
参考文献
[1]汤群益，孙震洲，王永发，陈杰峰.两种典型海上升压站基础的坐底稳定性[J].中国海洋平台，2019，34（06）：47-55.
关键词：海上升压站;基础设计;分析
前言：随着海上空间逐渐被占用，风电场距离岸边的距离已经十分遥远，在这种趋势下，想要继续运用陆上升压站的方式，会给整体带来巨大的损耗，并且投入成本不小。所以，在海上风电场旁安装海上升压站会避免很多麻烦。现阶段，国内对于海上升压站的研究不多，所以本文对此展开研究。
一、海上升压站特点
海上风电场有三种升压变电站，例如，陆上升压站、海上陆地结合升压站、海上一体化升压站。目前我国的风电场建设位置已经逐步靠近海边，如果还采用传统的陆上升压站，在进行建设时不仅增加了电缆的长度，延长了施工时间、材料损耗过大，同时在海上占有很大比例，增加了投资成本。若以海上一体化平台的形式可在一定程度上节省设备维修时间，提高工作效率。但海上住宿环境差，生活用水和食物供应不方便，所以在实际工作中一般不会安排人员看守。因此，海上陆地结合升压站的形式比较理想。海上升压站可根据需要为员工设置临时休息和避难场所，有利于监督人员实时监督风电场的运行，同时也利于职工的生活、工作。从风能采集线的角度来看，升压站应设置在风场中心。这样会使整个区域的集电线路长度最短，线损最小。除考虑到线路和功率损耗，还应充分考虑水深、地质条件、主体施工方便等因素[1]。
二、常见基础形式分析及施工工艺
（一）单桩式海上升压站
单桩式结构由钢结构单桩基础和上部组块组成。单桩的基础是用5米钢管柱插入海底泥面，其中与上部组块可采取栓接、焊接或灌浆等连接形式。从目前世界上已有的海上升压站来看，单桩海上升压站数量一般，尤其适合我国桥台和海上风电场。单桩基础结构简单，造价低，但在使用这种基础时，应考虑上部结构的大小情况及风载荷情况，避免上部组块晃动。国内风电场升压站容量大、电压等级高、上风群大，不宜采用一种海上升压站。
（二）重力式海上升压站
重力式海上升压站由混凝土基础和上部钢结构组成。重力式基础主要是在岸上预选混凝土，然后通过运输船运到海上，并利用大型浮吊船或自升式平台将地基安装在设计位置，在此之前可根据起重机的重力，首先将海床清理干净，放置在其位置上，然后把石头扔到地基内部来进行地基自重。重力式基础对海况要求相对较高，不适合泥沙较多的海域。该基础依靠自身的重量抵抗风荷载和波浪荷载，具有经济性好，结构简单等特性。
（三）导管架式海上升压站
重型管式海上升压站包括导向支撑框架和钢结构上部块的基础。导模通常以四个管架为基础，管架通过钢管柱之间的管架连接，管架与结构支撑平台连接的海上升压站上层，提高了导架的基本适用性，适用于各种水深和地质条件。这个模式的海上升压站类似于石油平台，具有更多的工程经验。
（四）高桩承台式海上升压站
高桩承台式海上升压站包括钢管桩、既有混凝土平台和上部块组成。高桩平台结构是港口设计中常用的结构形式，打桩次数多，打桩长度与打桩次数也是不一样的。由于施工工艺与高桩码头相似，船舶设备要求相对较低，但高桩支撑框架结构柱之间没有连接，八柱长度和构造相对较低，所以高柱平台构造一般，近水较浅，地表地质条件较好，适用于地震烈度较低的地区。对于海上升压站等大面积、高度较高、高主体结构的木桩承重结构，在地震作用下，由于柱的内力变形大，桩基承重结构材料性能要求较高，基础设计形式复杂，海上施工周期较长造价高。
三、海上升压站基础的选型和适用性分析
海上升压站基础对于风机的选型等要求上更加严格，所以如何选择科学的升压站基础结构，对于安全及施工资金都十分重要，我国已经对海上风电进行规划，但是各个地区的地理结构不同。例如，我国渤海的水深不超过十米， 海底大多是淤泥与粉砂，其承载力不强，不能作为升压站的持力层。海底最深处的沉积物为细砂，其承载力较大，可以作为持力层。黄海山脉常年被黄河泥沙侵蚀。较大的冲击力使得海底泥沙承重力相对较小，并且冬季有冰荷载，重力式和吸力式基础不适用于海区，单桩式结构和导管架模式更为适合。例如，地基现在建在江苏省沿海地区，风场是一个单柱基础和一个导向基础。东海的海底表面主要由泥组成，与黄海相似，不适合重力和吸力，单桩基础和导向框架更适合海域。南部沿海北部湾和荆州海峡的海底主要由陆源砾石沉积物组成。青州海峡斜坡众多，重力式和吸力式不适合该海域。在南海，由于山高浪深，强度较大的导管架式更适合该海域。在上述综合分析的基础上，分析了中国各海域的实际海况，可以看出国家海上升压站最合适的基础类别就是单桩基础和导管架基础。
四、结论
综上所述，海上升压站所处地理位置十分特殊，跟陆地升压站相比，需要注意的事项更加繁琐，对于海上升压站而言载荷特性十分复杂，海域风场的升压结构不同，所运用的工艺也不同，在实际工作中还有很多技术问题需要一一解決。本文对海上升压站基础设计方案进行分析，从而选择合适的结构方案，以供参考。
参考文献
[1]汤群益，孙震洲，王永发，陈杰峰.两种典型海上升压站基础的坐底稳定性[J].中国海洋平台，2019，34（06）：47-55.