65米水深+15MW風機，單樁該如何應對？

十幾年前，對于海上風電的從業者來說，根本無法想象什么是10MW風機，什么是超大型單樁。可是今天，這些曾經的標桿卻已被輕易超越。

超大型單樁：云林海上風電場，重1732噸，直徑8米，長93米

 

對于后超大型單樁時代的單樁基礎，要面對的挑戰主要有：

• 15MW的風機和230米的風輪直徑

• 極端的風荷載，尤其是颶風或臺風驅動的風荷載

• 水深達65米

• 大西洋和太平洋的波浪載荷

面對這些極端的設計條件，單樁的直徑將會超越8米甚至達到11米，長度也會達到前所未有的120米，管壁厚度甚至會接近150毫米。根據以上數據可推算出最終的重量將達到2400噸。

這樣一個2400噸的巨無霸是否還經濟？業主是否會選擇導管架或者懸浮式的風機基礎？這都是擺在單樁設計者面前的最直接的問題。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，可是現在的單樁基礎中普遍使用355的鋼材，只在少數的節點使用420的鋼材。最主要的原因還是因為單樁的設計主要是為了抵抗疲勞，提高鋼材的強度并不會提高抵抗疲勞的能力。

而另一個選擇就是提高直徑-壁厚比，使得單樁變得更纖細。對傳統的單樁設計來說，單樁直徑和管壁厚度的比值有一個上限，這個上限根據具體的情況會定在90到120的范圍內，每個項目都會有所不同。如果管壁過于薄，也就是說直徑-壁厚比超過了這樣一個上限后，在打樁過程中很容易局部屈曲導致爆樁。但對于單樁來說，越靠近樁底的位置，在后期的發電運營過程中受力越小。但是就打樁來說，越靠近樁底的位置，在打樁貫入過程中受的力卻是越大。于是在樁底上方到樁運營最大受力位置之間存在著一段死樁，這段樁沒什么太大的用處，卻因為這個最大直徑-壁厚比的限制，浪費掉了許多鋼材。于是，提高大直徑-壁厚比將會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。對于一個11米直徑的單樁來說，采用這個極限直徑-壁厚比使樁重降到2000噸以下成為可能。2000噸也是現在最先進吊機和安裝船的極限吊裝重量。160的直徑-壁厚比是一個什么概念？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。為了加工和移動的便利，會將單樁直接放到滾輪上。當管壁變得越來越薄時，滾輪間距的選擇和擺放的位置就變得很講究。錯誤的擺放將會導致應力集中，造成塑性變形，直接弄廢一段單樁。

 

當單樁的每一段都制作好后，要把它們都焊接起來。焊接時，單樁也是水平擺放的。當管壁變得越薄時，自重也有可能壓垮它，使它產生很大的變形。顯然，要把兩個O型的東西焊接起來是不那么容易的，這也提高了焊接難度。必要時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線吊裝到另一條生產線，需要用到C型梁。和滾輪同理，在接觸面也會產生應力集中現象導致塑性變形。

 

在儲存過程中，對于1200噸位的樁來說，2到3個支撐位就夠了。而對于后超大型單樁來說，可能就需要更多的支撐位，特別是在圓錐變細處，更應該注意強度變化引起的應力集中。

綜上所述，后超大型單樁時代的單樁會變得非常的纖細，所以在加工生產過程中每個步驟都必須要仔細思量：

• 注意滾輪位置

• 注意在焊接中增加必要的剛性

• 注意吊裝設備

• 注意特殊的運輸和擺放工況

 

對于以上環節，稍有不慎便會引起重大的生產事故。有時，為了保證，還必須添置一些重型裝備，這也會導致增加成本。因此，生產廠商應盡早介入設計，在單樁的設計階段就要把這些工況考慮進去——只有生產方和設計方緊密協作才能鑄成一個安全可靠的后超大型單樁時代。