海上风电基础柱灌浆材料

                                                                                            
海上风电最早起源于欧洲。 1990年，世界上台单机容量220千瓦的海上风力发电机安装在瑞典诺格松德； 1991年，世界上个商业海上风电场在丹麦温德比建成；十年后的2001年，世界上个大型海上风电场Horns Rev也在丹麦建成并投入使用。此后，海上风电技术开始蓬勃发展，单机装机容量不断增加，基础型也不断完善，出现了一些新的基础型和混合型基础型。

海上风力发电机的基本类型按结构和安装方式分为桩基、重力式基础、吸管式基础和浮动式基础[1]，如图1所示。其中，桩基是最常用的基础型、单桩基础、多桩导管架基础、高桩帽基础等都是桩基础类型。

图 1 海上风机基本型式 [2]

目前，欧洲海上风电场的风机基础和桩基础通常采用注浆连接。一方面可以减少焊接引起的应力集中和疲劳，另一方面还可以起到平整的作用。海上注浆连接最早用于连接石油平台导管架基础和桩基础，该工艺已使用40多年。与海上石油平台注浆相比，海上风电注浆无论是材料、受力机理，还是施工，都有其自身的特点，这主要是由于基础上部的风电设备造成的。

本文首先简要介绍了高强注浆材料的基本情况，然后阐述了注浆接头类型的发展，然后更详细地介绍了几种典型的海上风电注浆工程应用。第四部分是现有注浆接头的病害。阐述了监测情况，最后对海上风电注浆技术的前景和总结进行了阐述。

1 灌浆材料

根据灌浆连接段的分析结果和设计要求，灌浆材料可选择普通水泥浆和高强度灌浆浆。

普通水泥灌浆价格便宜，容易获得。广泛应用于海上石油项目。但普通水泥灌浆的抗压强度和粘结强度较低。

与普通水泥浆相比，高强灌浆材料是一种采用收缩补偿技术的水泥灌浆。与水混合后，可形成均匀、流动、易泵送的灌浆材料。针对海上风机基础灌浆的特殊要求和特殊施工方法，高强灌浆材料需要具有流动性大、抗离析可靠稳定、早期强度高、最终强度高、弹性模量高、体积稳定性高, 高电阻。抗疲劳性能、水化热低等。其部分详细特点如下：

含气率：灌浆材料中含气量一般要求≤4%。

流动性大：流动性反映了灌浆材料的施工性能。在没有任何冲击的情况下，要求灌浆材料初始流动度大于290mm，30分钟后流动度大于260mm，60分钟后流动度大于230mm，且灌浆具有无出血和分层。

高早强：在20℃环境下，24h抗压强度可达40MPa以上。

超高终强度：在20℃环境下，28d抗压强度可达110MPa以上。

高抗疲劳性：参考DNV-OS-C502[3]调查浆料是否符合规范要求。

抗离析性能好：可靠的抗离析性能可防止泵堵塞，水下灌浆时泥浆不会被冲走，可远距离、大高度泵送。

体积稳定性高：灌浆连接需要传递和吸收上部结构产生的所有载荷。灌浆的干缩、自动收缩、膨胀或任何其他形式的体积不稳定性对风力涡轮机基础的寿命影响是有害的。

灌浆材料的性能指标有很多，除上述指标外，还有凝结时间、弹性模量、垂向膨胀率等。

在实际施工中，最终的浆液与干灌浆材料和水混合。耗水量和湿度是影响上述性能的两个非常重要的因素；在实际施工中，灌浆材料的各项性能指标在不同温度下也有所不同。

2 灌浆连接段类型

注浆连接段可按不同标准分为不同类型。当以有无剪力键作为区分标准时，可分为有剪力键的灌浆连接段和不带剪力键的灌浆连接段。当以灌浆连接段的形状作为区分标准时，可分为圆柱形灌浆连接段、锥形灌浆连接段和其他类型的灌浆连接段。

?2. 1 单桩基础灌浆连接段

作为应用最广泛的地基类型之一，研究人员在单桩基础的研究和创新方面做了大量工作，在传统圆柱单桩注浆连接的基础上开发了锥形注浆连接。因此，单桩基础的灌浆连接段主要有圆柱型和圆锥型两种形式。锥形灌浆连接段一般不设剪力键，如图2所示。

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