响水风电场海上测风塔设计与施工

响水风电场海上测风塔设计与施工

水利水电技术　第40卷　2009年第9期

响水风电场海上测风塔设计与施工

邢占清

1,2

,杨　锋

1,2

,赵卫全

1,2

(11中国水利水电科学研究院,北京　100038;21北京中水科水电科技开发有限公司,北京　100038)

摘　要:结合响水风电场海上测风塔的设计及施工,分析了测风塔设计工况、计以及海上桩基施工工艺,。关键词:海上测风塔;基础;钢管桩;测桩;中图分类号:TM614(253)　　　　文献标识码:B2()0920081205

DesignandconstructimetertowerforXiangshuiWindFarm

,YANGFeng,ZHAOWei2quan

1,2

1,2

1,2

(1IWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing　100038,China;

21BeijingIWHRTechnologyCo1,Ltd1,Beijing　100038,China)

Abstract:BasedonthedesignandconstructionoftheoffshoreanemometertourforXiangshuiWindFarm,thedesignoperationcondition,designload,marinecorrosion2proofandconstructiontechnologyforpilefoundationofoffshoretourareanalyzedhere2in1Thesuccessfulexperiencesfromboththedesignandconstructioncanbeprovidedasthereferencesfortheconstructionsofoff2shorewindfarmandthesimilarproject1

Keywords:offshoreanemometertour;pilefoundation;steelpipepile;pilemonitori;XiangshuiWindFarm

1　引　言

风电是可再生的无污染的能源。海上风能资源丰富而且稳定,风况优于陆地,且受土地利用、噪声污染、鸟类保护、电磁波干扰较少,不涉及土地征用等问题。初步资料表明,我国陆上10m高度风能资源技术可开发量为2197亿kW,近海可开发和利用的风能储量约715亿kW,我国海上风电具有大规模开发的潜力,特别是水深小于15m的近海,更是今后几十年风电发展的方向。德国、丹麦等国己经建成多个海上风电场,在海上风电场设计、建造、运行和维护方面已形成了一定的理论和经验,我国目前在海上风电场建设方面才刚刚起步。

开发海上风能首先需要弄清近海区域风的变化规律及特征。近岸陆地气象站所测风速由于受到地面粗糙度及大气稳定度等因素的影响,与海上风速有一定差异,不能直接用来代表海上风况。获得海

WaterResourcesandHydropowerEngineeringVol140No19

上风资源数据的最直接方法就是建立海上测风塔。

目前我国已建成的海上测风塔很少,可供借鉴参考的资料更少。本文主要对黄海北部海域响水海上测风塔的设计与基础施工情况进行总结,可为类似工程提供参考。

2　测风塔设计

211　地质水文情况

根据勘探资料,黄海北部海域的典型地质分层为:①层淤泥质粘土,厚17160m;②层粉砂,厚3190m;③层粉砂,未揭穿,为本工程收稿日期:2009205231

基金项目:“十一五”国家科技支撑计划课题“近海风电场选址及风电

(2006BAA01A24);“机组运行、维护技术开发”十一五”

国家科技支撑计划课题“近海风电机组施工、测试专用设

(2006BAA01A27)。备的研制”

作者简介:邢占清(1981—),男,内蒙古卓资人,工程师,博士研究

生。

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响水风电场海上测风塔设计与施工

邢占清,等∥响水风电场海上测风塔设计与施工

的基桩持力层。各土层抗压极限侧阻力标准值

qsik和极限端阻力标准值qpk见表1,工程水文条件

无需接桩,施工方便,但费用略高。钢管桩基础受力情况明确,抵抗极端工况的能力较强,尤其是海底洋流对钢管桩基础的影响较小,但其施工工艺较为复杂

和海上防腐要求较高。重力式基础结构简单,施工方便且较为经济,但其体型较大,在海洋中受到的各种作用力复杂,受力情况不明确,且存在海浪、洋流等淘刷作用,容易失稳或产生倾斜。综合考虑,海上测风塔采用钢管桩基础。213　设计参数及荷载组合

见表2。

表1　各土层抗压极限侧阻力标准值qsik

和极限端阻力标准值qpk

层号①

②③

岩土名称淤泥质粘土粉砂粉砂

抗压极限侧阻力标准值qsik/kPa

205576

极限端阻力标准值qpk/kPa

——

3500

,建设及运行期间,设计时必须考虑多0155kN/m作为运行

2

工况风压,12级台风(风压0179kN/m)为设计工况

2

风荷载,13级台风(风压为0198kN/m)为结构内力

2

表2　工程水文条件

编号

123

项目潮汐海流波浪

详细说明

平均高潮位4192m,平均低潮位1102m,3180m

以潮流为主,强浪向111m,最大浪高4校核工况风荷载。21311　风荷载

212　测风塔结构形式设计

常见的测风塔结构形式有自立式和拉线式两种。自立式测风塔塔体下部较宽,塔架材料用量相对较大,对基础要求也较高;拉线式测风塔受力较为合理,可靠性高,塔体截面小,塔架材料用量小,但拉线基础数量多,施工工艺复杂。本工程需考虑测风塔对过往船舶的影响,采用拉线式测风塔时其影响范围较大,且船舶在行驶过程中不易辨别拉线,影响船舶航行安全。因此,本工程选用自立式测风塔。

测风塔塔架可采用单根钢管、三角形桁架及四边形桁架等结构形式。单根钢管结构形式所需钢管直径大,迎风面积亦大,材料量大;三角形桁架结构形式较为稳定,塔架受风荷载作用较小,最为经济;四边形桁架结构形式较为稳定,一般情况下当三角形桁架不能满足受力及变形要求或不经济时,塔架可选用四边形桁架结构形式。根据近海风能特点及结构受力要求,本工程采用四边形桁架结构形式。

测风塔为高耸结构建筑物,一般采用桩基础或重力式基础等。适用于测风塔的桩基础有钻孔灌注桩、预制混凝土桩、钢管桩等。采用钻孔灌注桩时,需水下浇筑混凝土,且施工周期长;采用预制混凝土桩时,需考虑接桩,打入较难,且承台不宜采用钢结构,施工周期长;采用钢管桩时,桩长小于50m时

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风荷载的标准值按下式计算

μμμr (1+μ(1)Wk=βW0 D Z s Z e)

考虑近海地区,按A类地貌考虑,风振系数按钢结构考虑βZ=117,风结构体型系数μs=016,风荷载扩大系数μe=0,风压高度变化系数μZ采用指数

α2形式,μ,α=0112,风重现期调整系数Z=(x/H)μr=110。

21312　波浪力

(JTJ213—98)计算波浪对根据《海港水文规范》

桩基或墩柱的作用,平台上的波浪荷载在性质上是动力的,但对于设计水深小于15m的近海平台,波浪荷载对平台的作用可以用其等效静力来分析,即只计算作用在固定平台上的静设计波浪力,忽略平台的动力响应和由平台引起的入射波浪的变形。波浪力采用莫力森公式计算

f=fD+fi=CD→

→

γW

D u|u|+2

πD4γCM W49t

(2)

式中,CD为阻力系数;CM为惯性力系数。

波浪力质点的水平方向运动速度u根据水深、波

长及波高确定,设计波浪要素中波列累积频率1%波高。根据不同的风荷载,选取相应的波浪参数计算设计波浪力。21313　潮流力

(JTJ213—98)计算设计流根据《海港水文规范》

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邢占清,等∥响水风电场海上测风塔设计与施工

速平均值的潮流对基础的作用力。根据相关资料,流动平均流速初步选取214m/s。

21314　船舶(或漂浮物)撞击力

按照海洋构筑物常用的公式设计船舶碰撞荷载

P0=V L/1100

3

设计单桩承载力为1970k …… 此处隐藏：3038字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……