十幾年前，對(duì)于海上風(fēng)電的從業(yè)者來(lái)說(shuō)，根本無(wú)法想象什么是10MW風(fēng)機(jī)，什么是超大型單樁。可是今天，這些曾經(jīng)的標(biāo)桿卻已被輕易超越。

超大型單樁：云林海上風(fēng)電場(chǎng)，重1732噸，直徑8米，長(zhǎng)93米

 

對(duì)于后超大型單樁時(shí)代的單樁基礎(chǔ)，要面對(duì)的挑戰(zhàn)主要有：

• 15MW的風(fēng)機(jī)和230米的風(fēng)輪直徑

• 極端的風(fēng)荷載，尤其是颶風(fēng)或臺(tái)風(fēng)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)荷載

• 水深達(dá)65米

• 大西洋和太平洋的波浪載荷

面對(duì)這些極端的設(shè)計(jì)條件，單樁的直徑將會(huì)超越8米甚至達(dá)到11米，長(zhǎng)度也會(huì)達(dá)到前所未有的120米，管壁厚度甚至?xí)咏?50毫米。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可推算出最終的重量將達(dá)到2400噸。

這樣一個(gè)2400噸的巨無(wú)霸是否還經(jīng)濟(jì)？業(yè)主是否會(huì)選擇導(dǎo)管架或者懸浮式的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)？這都是擺在單樁設(shè)計(jì)者面前的最直接的問(wèn)題。如何降低后超大型單樁的重量已成燃眉之急。

鋼廠主張使用高性能鋼材，可是現(xiàn)在的單樁基礎(chǔ)中普遍使用355的鋼材，只在少數(shù)的節(jié)點(diǎn)使用420的鋼材。最主要的原因還是因?yàn)閱螛兜脑O(shè)計(jì)主要是為了抵抗疲勞，提高鋼材的強(qiáng)度并不會(huì)提高抵抗疲勞的能力。

而另一個(gè)選擇就是提高直徑-壁厚比，使得單樁變得更纖細(xì)。對(duì)傳統(tǒng)的單樁設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，單樁直徑和管壁厚度的比值有一個(gè)上限，這個(gè)上限根據(jù)具體的情況會(huì)定在90到120的范圍內(nèi)，每個(gè)項(xiàng)目都會(huì)有所不同。如果管壁過(guò)于薄，也就是說(shuō)直徑-壁厚比超過(guò)了這樣一個(gè)上限后，在打樁過(guò)程中很容易局部屈曲導(dǎo)致爆樁。但對(duì)于單樁來(lái)說(shuō)，越靠近樁底的位置，在后期的發(fā)電運(yùn)營(yíng)過(guò)程中受力越小。但是就打樁來(lái)說(shuō)，越靠近樁底的位置，在打樁貫入過(guò)程中受的力卻是越大。于是在樁底上方到樁運(yùn)營(yíng)最大受力位置之間存在著一段死樁，這段樁沒(méi)什么太大的用處，卻因?yàn)檫@個(gè)最大直徑-壁厚比的限制，浪費(fèi)掉了許多鋼材。于是，提高大直徑-壁厚比將會(huì)極大的減少這段死樁的用鋼量。

研究顯示，把極限直徑-壁厚比提高到160是可行的。對(duì)于一個(gè)11米直徑的單樁來(lái)說(shuō)，采用這個(gè)極限直徑-壁厚比使樁重降到2000噸以下成為可能。2000噸也是現(xiàn)在最先進(jìn)吊機(jī)和安裝船的極限吊裝重量。160的直徑-壁厚比是一個(gè)什么概念？普通的A4紙是0.1毫米，把它卷成手指手指般粗16毫米，就是一個(gè)迷你版的單樁。

在加工車間里，單樁都是水平擺放的。為了加工和移動(dòng)的便利，會(huì)將單樁直接放到滾輪上。當(dāng)管壁變得越來(lái)越薄時(shí)，滾輪間距的選擇和擺放的位置就變得很講究。錯(cuò)誤的擺放將會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，造成塑性變形，直接弄廢一段單樁。

 

當(dāng)單樁的每一段都制作好后，要把它們都焊接起來(lái)。焊接時(shí)，單樁也是水平擺放的。當(dāng)管壁變得越薄時(shí)，自重也有可能壓垮它，使它產(chǎn)生很大的變形。顯然，要把兩個(gè)O型的東西焊接起來(lái)是不那么容易的，這也提高了焊接難度。必要時(shí)需要增加一些豎向支撐，以增加剛度減少變形。

在車間中從一條生產(chǎn)線吊裝到另一條生產(chǎn)線，需要用到C型梁。和滾輪同理，在接觸面也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象導(dǎo)致塑性變形。

 

在儲(chǔ)存過(guò)程中，對(duì)于1200噸位的樁來(lái)說(shuō)，2到3個(gè)支撐位就夠了。而對(duì)于后超大型單樁來(lái)說(shuō)，可能就需要更多的支撐位，特別是在圓錐變細(xì)處，更應(yīng)該注意強(qiáng)度變化引起的應(yīng)力集中。

綜上所述，后超大型單樁時(shí)代的單樁會(huì)變得非常的纖細(xì)，所以在加工生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)步驟都必須要仔細(xì)思量：

• 注意滾輪位置

• 注意在焊接中增加必要的剛性

• 注意吊裝設(shè)備

• 注意特殊的運(yùn)輸和擺放工況

 

對(duì)于以上環(huán)節(jié)，稍有不慎便會(huì)引起重大的生產(chǎn)事故。有時(shí)，為了保證，還必須添置一些重型裝備，這也會(huì)導(dǎo)致增加成本。因此，生產(chǎn)廠商應(yīng)盡早介入設(shè)計(jì)，在單樁的設(shè)計(jì)階段就要把這些工況考慮進(jìn)去——只有生產(chǎn)方和設(shè)計(jì)方緊密協(xié)作才能鑄成一個(gè)安全可靠的后超大型單樁時(shí)代。