賀 赟

(國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163)

1 技術(shù)概述

海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及海洋環(huán)境、港口航道、市場經(jīng)濟(jì)、近海樁基工程、海上風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)載荷、基礎(chǔ)與地基動(dòng)力相互作用、風(fēng)機(jī)-塔架-地基-基礎(chǔ)系統(tǒng)分析等多個(gè)方面。海水深度、海床地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)機(jī)機(jī)組類型是海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)選型的重要因素。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式眾多，常用的主要有重力式基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、普通多樁基礎(chǔ)、三腳架基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)、負(fù)壓筒形基礎(chǔ)、浮式基礎(chǔ)。

2 技術(shù)發(fā)展

2.1 重力式基礎(chǔ)

重力式基礎(chǔ)特長是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其為所有基礎(chǔ)型式中體型與重量最重最大的，利用自身重力維持上部的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，先預(yù)制，然后由駁船將其轉(zhuǎn)運(yùn)到施工現(xiàn)場，依托大型起重機(jī)械將其吊裝放入海底。具體專利技術(shù)如下：

(1)CN202323984U公開了一種海上風(fēng)電的圓形空腔式重力式基礎(chǔ)，包括主體和底板。主體設(shè)置在底板上，包括上部分和下部分。上部分為等直徑的空心圓柱體，下部分為變直徑的圓臺(tái)體。上部分和下部分均為空心結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)設(shè)置填土以提高自身重力來抵抗上部分風(fēng)電機(jī)組塔架荷載、波浪、水流等環(huán)境荷載。

(2)CN202298643U公開了一種海上風(fēng)電的負(fù)壓筒式重力基礎(chǔ)，CN202298647U公開了一種海上風(fēng)電的筏板式重力基礎(chǔ)，CN202298644U公開了一種海上風(fēng)電的沉井式重力基礎(chǔ)。這3個(gè)專利申請(qǐng)均對(duì)重力式基礎(chǔ)進(jìn)行了改進(jìn)，包括主體和底部結(jié)構(gòu)，使重力式基礎(chǔ)滿足實(shí)際需要，適用于部分重力式基礎(chǔ)的區(qū)域，減少海上施工工序，降低施工成本。

2.2 樁式基礎(chǔ)

經(jīng)專利統(tǒng)計(jì)分析，樁式基礎(chǔ)分為單樁基礎(chǔ)、三樁式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)與多樁基礎(chǔ)。

(1)單樁基礎(chǔ)：CN202265837U公開了一種海上風(fēng)電機(jī)組單樁基礎(chǔ)，包括上端通過法蘭盤與風(fēng)機(jī)塔筒連接、下端插入到海底泥面以下的鋼管樁，鋼管樁泥面以下部分外周面上呈鋼管樁徑向放射狀均勻固定有鋼質(zhì)裙板。本申請(qǐng)?jiān)趩螛痘A(chǔ)上增加了鋼質(zhì)裙板，利用裙板加大單樁基礎(chǔ)的鋼管樁在泥面下方接觸面，達(dá)到提高單樁基礎(chǔ)水平承載力的目的，避免了傳統(tǒng)單樁基礎(chǔ)為控制水平變位導(dǎo)致樁徑過于粗大的問題。

(2)三樁式基礎(chǔ)：CN202108054U公開了一種格構(gòu)樁式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括3根傾斜或豎直布置的格構(gòu)樁，適用于水深1～40m范圍，能有效抵抗海水腐蝕性，具有良好的抗彎剛度。

(3)多樁基礎(chǔ)：CN203782735U公開了一種裝配式多樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括混凝土體，混凝土體的頂面中心處設(shè)置有預(yù)留基礎(chǔ)環(huán)孔，混凝土本體的底面對(duì)應(yīng)管樁位置處環(huán)形設(shè)置有多個(gè)均勻布置的預(yù)留樁窩孔，采用裝配式多樁基礎(chǔ)安裝，節(jié)省了海上支模和拆模工序，同時(shí)可以將大量的海上現(xiàn)場鋼筋綁扎在陸上預(yù)制廠完成，大大提高了施工效率，節(jié)省了施工時(shí)間，降低了施工成本。

(4)導(dǎo)管架式基礎(chǔ)：CN103758146A公開了一種導(dǎo)管架-筒形結(jié)構(gòu)復(fù)合式海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，由筒形基礎(chǔ)和導(dǎo)管架組成，可顯著提高整個(gè)基礎(chǔ)的抵抗彎矩的能力，采用負(fù)壓下沉安放施工速度快，整個(gè)結(jié)構(gòu)岸邊整體預(yù)制和拼裝，海上整體浮運(yùn)，海上負(fù)壓下沉安裝，適用水深超過30m的近海風(fēng)電場。

2.3 負(fù)壓筒形基礎(chǔ)

對(duì)負(fù)壓筒形基礎(chǔ)的改進(jìn)技術(shù)主要有：在基礎(chǔ)桶外側(cè)設(shè)置具有加強(qiáng)作用的裙板、盤以增大基礎(chǔ)正常使用時(shí)的抗傾覆及抗沖刷能力，并提高基礎(chǔ)的沉貫力；與其他基礎(chǔ)形式如單樁基礎(chǔ)組合使用，增強(qiáng)單樁結(jié)構(gòu)的抵抗彎矩能力，減小樁身位移；消除土塞結(jié)構(gòu)。具體專利技術(shù)如下：

(1)CN103225314A公開了一種由單樁和筒形基礎(chǔ)組合的海上風(fēng)電基礎(chǔ)，筒形基礎(chǔ)均勻分布在以單樁為圓心的圓周上，單樁為鋼管樁，通過筒形基礎(chǔ)和連接管充分發(fā)揮地表淺層土的抗力，增強(qiáng)單樁結(jié)構(gòu)的抵抗彎矩的能力，減小樁身位移，從而達(dá)到減少單樁直徑和厚度的目的。

(2)CN105926661A公開了一種能消除土塞的海上風(fēng)電的負(fù)壓筒基，包括筒體，筒體上端面上設(shè)置立筒，筒體內(nèi)頂部通過軸承對(duì)稱安裝有4個(gè)可旋轉(zhuǎn)噴頭，可旋轉(zhuǎn)噴頭上半部分分為空心短管，下半部分為內(nèi)部空心的半圓盤體，半圓盤體的弧形邊緣上設(shè)置有引水導(dǎo)管，能夠消除土塞。

2.4 浮式基礎(chǔ)

浮式基礎(chǔ)的主要改進(jìn)技術(shù)有：提高浮心降低重心；采用預(yù)制裝配構(gòu)件；將浮式基礎(chǔ)與其他基礎(chǔ)形式相結(jié)合，以下采用專利技術(shù)加以介紹。

(1)提高浮心降低重心：CN204753618U公開了一種半潛式海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括圓盤型壓載倉、中心立柱、立柱；浮心提高重心降低，提高了浮式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，適用于水深大于50m。

(2)采用預(yù)制裝配構(gòu)件：CN106741689A公開了一種Spar型裝配式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土浮式；包括中空?qǐng)A柱、柱壁預(yù)留鋼筋孔道、系泊線與海底錨，適用水深大于40m，預(yù)制裝配構(gòu)件采用輕質(zhì)高強(qiáng)海工混凝土制造，減少場地、降低成本。

將浮式基礎(chǔ)與其他基礎(chǔ)形式相結(jié)合：CN101768978A公開了一種由筒型基礎(chǔ)和系泊纜錨構(gòu)成的海上風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)，為筒型和系泊纜錨構(gòu)成的基礎(chǔ)，包括筒型基礎(chǔ)、連接塔筒、鋼纜索和吸力錨，該筒型基礎(chǔ)通過牽引在海上自漂浮至施工位置，可降低運(yùn)輸費(fèi)用，筒型基礎(chǔ)可回收利用，吸力錨增加基礎(chǔ)荷載。

3 總結(jié)及前景展望

我國海上風(fēng)能基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)研發(fā)專利技術(shù)量大質(zhì)弱，具有一定的研發(fā)熱度和力度，但應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)構(gòu)，提高專利布局意識(shí)，加強(qiáng)優(yōu)勢技術(shù)保持，繼續(xù)加大海上風(fēng)電項(xiàng)目的研發(fā)建設(shè)，突破目前制約發(fā)展的瓶頸，如功能區(qū)的劃分不清、基建經(jīng)濟(jì)性不高、技術(shù)相對(duì)落后等。在國家層面，應(yīng)當(dāng)加大政策扶持和引導(dǎo)，加強(qiáng)各部門之間的合作，搭建專利服務(wù)平臺(tái)，共享專利資源，合作開發(fā)專利技術(shù)，加大人才尤其是研發(fā)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)人才的培養(yǎng)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行全盤統(tǒng)籌，統(tǒng)一規(guī)劃，推進(jìn)基建項(xiàng)目，提升綠色環(huán)保項(xiàng)目的競爭優(yōu)勢。