随着目前国际社会中石油、煤炭等传统化石能源藏量的不断下降、生态环境问题的日益严峻，减少化石燃料的使用、降低由此带来的温室气体排放，大力发展可再生能源已成为全世界各国的一致行动和历史选择。风能作为可再生能源能源的一大分支，具有可持续性、不污染环境等特点，成为发展可再生能源的主力军之一。
据中国可再生能源学会风能专业委员会发布《2021年中国风电吊装容量统计简报》统计，2021年，中国风电累计装机超过17万台，容量超3.4亿千瓦；其中，陆上累计装机容量3.2亿千瓦，占全部累计装机容量的92.7%。随着陆上风电逐渐趋于饱和，海上具有资源丰富、风能资源稳定、发电利用小时数高、不占用土地、对生态环境影响小、不消耗水资源和适宜大规模开发等特点，受到各可再生能源开发商的青睐，成为发展清洁能源下一个风口之一。截止2021年底，海上累计装机容量2535万千瓦，仅占全部累计装机容量的7.3%，其发展空间巨大。
由于海洋环境的特殊，基础成为海上风电重要的组成部分，基础类型与受力特点、海床的地质结构情况、海上风浪载荷以及海流、冰荷载等诸多因素有关。目前常见的基础形式有单桩基础、三脚架基础、导管架基础、群桩承台基础、重力式基础和浮式基础等形式。
我国近海许多区域的地质条件较差，属于软黏土和粉砂地质，承载力低、稳性差，并且在极端风浪流荷载的作用下容易发生液化、冲刷等现象，针对这种现象，本文介绍一种具有抗滑抗倾稳定性的海上风电复合式筒型基础，供业内人士共勉！
复合式筒型基础介绍
1复合式筒形基础的特点
复合式筒型基础介绍筒式基础是一种底部开口，顶部密封的圆筒形海上基础型式。该基础是一种底部开口、内部分为多个舱室的宽浅式筒型结构，主要由过渡段、筒裙、分舱板等组成，如图1所示。
图1 单筒多舱筒型基础
特性主要体现在：（1）结构形式，复合筒型基础由筒型基础、组合梁板结构顶盖、上部传力过渡段组成。（2）结构材料，预应力钢筋混凝土的过渡段、压型钢板钢筋混凝土的顶盖，钢结构的筒壁及分舱板。（3）分舱形式，蜂窝型分舱结构，内部安装负压管路系统，既能提供承载强度储备，又能满足浮运-下沉-调平的要求，这是一项国内独立自主研发并且领先国际的设计施工技术，复合筒型基础可实现陆上预制、自浮拖航、负压下沉，具有施工方便、节约成本、减少海上作业时间、可批量预制、可重复回收利用、施工无噪声等优势。
2筒式基础发展历程
国外对筒型基础的探索与研究开始得较早，从20世纪40年代至80年代，英国、法国、荷兰和挪威等国家的学者一直致力于负压筒的探索和研究，并取得了一定的研究成果。20世纪90年代，首次由挪威提出并建成了筒型基础平台，标志着筒型基础在海洋工程中的成功应用；2002年丹麦在 Frederikshavn试验场地成功安装了直径12m，筒裙高度6m的3MW风机筒型基础样机，为海上风电筒型基础的发展奠定了基础；2005年德国设计建成了重力式基础与筒型基础相结合的5MW的海上风机基础。
我国对筒型基础的研究起步较晚，1999 年我国在胜利油田成功建成第一座筒型基础CB-20B采油平台，标志着我国的筒型基础平台进入实用阶段；2006年箱筒型基础开始大规模应用到天津港的防波堤建设中；2010年天津大学与道达公司在我国江苏启东首次成功安装了2.5MW风机复合筒型基础；2015年两台3MW风机复合筒型基础在三峡响水风电场成功安装，13台3.3MW和6.45MW风机复合筒型基础在三峡大丰风电场成功安装。
3复合式筒形基础的优点
单筒多舱筒型基础与其他海上风电基础相比具有省钢材、海上安装时间短、适用于不良地基、可重复回收利用、工程造价低等特点并且与传统的筒型基础相比，其在抵抗水平力和弯矩方面具有较大的优势。
采用弧形混凝土过渡段（这种型式也被称为复合筒型基础）的单筒多舱筒型基础，能够有效的将上部结构受到的荷载向下部结构传递，并且筒型基础的承力方式为筒基与舱室内的固结土体组成一个整体，共同承担上部荷载，表现为“筒顶承载”筒裙内部进行分舱，增加了基础与土体的作用面积，提高了筒型基础的承载力。
在运输期，向舱室内充气便于筒型基础的浮运，并且在此过程中使用的拖船吨位较小，降低了筒型基础海上运输费用。在安装期，向舱室内充气和排气，进行筒型基础的调平和沉放安装，这与海上风电桩基础的安装相比，节省了打桩船的施工费用，并且在泥中沉放安装阶段，筒型基础依靠自重和舱室内外压差下沉，不会对整个土体产生较大的扰动。另外，过渡段、筒裙和分舱板在陆上预制和组装，降低了制造难度。因此，可以看出海上风电筒型基础在当前和未来运用前景广阔。
复合式筒式基础安装施工
海上风电筒型基础整机安装技术是全球首个完成海上风电机组整机安装的工程技术，它是一种高效、低成本的海上风电成套开发技术，如图2所示。
图2 筒型式基础整机安装流程
筒型基础可实现陆上批量预制，首先将混凝土顶盖、预应力过渡段以及底部钢制筒型基础分别在陆上预制完成，通过龙门吊等辅助设备进行组装和吊装入水。
筒型基础在运输安装船 U 型槽就位后，通过气泵对基础内部打入高压气使筒内水体排出筒外产生浮力，基础将在不断上浮直至接触船舶，继续打气产生多余上顶力，实现基础与船舶紧密结合，然后依次吊装塔筒、机头、叶片等，组装结束后，进行整机调试工作，节省海上风机调试时间，大大减少了海上施工窗口期。运输安装船一次可运输安装两台整机，安装船具有自航定位系统，整机运输过程中塔筒部分环抱约束和基础内部的气浮上顶力将风电整机与运输安装船形成一体共同运动。
安装船将整机运输到指定安装地点后，进行下沉安装工作，下沉过程包括自重下沉和吸力负压下沉两个阶段，首先打开基顶盖放气阀门，自重作用下基础将缓慢沉入泥面一定深度形成下一阶段水泵抽水产生压差吸力的封闭环境，当下沉阻力与自重平衡时，通过水泵抽出基础筒内水体，使筒内外产生压差吸力，使基础完全灌入海床中。当基础出现倾斜情况时，可通过控制基础内部不同分舱的压差吸力值进行基础调平操作，当基础倾斜过大时，也可通过对部分低位舱体施加正压升力将其顶出一定高度，再进行吸力下沉，如此反复直至整机完全如泥，实现设计要求。一台整机的基础下沉时间为6-8小时，垂直度控制万分之五，轻松实现一天一台整机的安装速度，筒型基础整机安装技术安全、高效、环保、经济，该技术应用将加速我国海上风电低成本、规模化、高效率开发。
复合式筒式基础安装施工关键技术
1复合式筒型基础整机水中沉放技术
目前我国已建工程（如启东、响水、大丰）所在海域水深均小于15m，水深相对较浅，水中沉放过程较快。随着我国海上风电不断向深水海域发展，筒型基础整机安装技术将面临严峻的挑战，随着水深增大，沉放难度将明显提高。
筒型基础整机水中沉放安装时，主要受到了浪流荷载的影响，整机沉放时的受力情况如图3所示。
图3 整机沉水中沉放受力示意图
由于筒型基础整机在深水沉放过程中受到环境荷载作用，影响沉放过程的安全性，寻找合适的环境条件进行沉放十分必要。而海上风电筒型基础整机安装技术作为一种新生的工程技术，发展还不完全成熟。因此，为了使筒型基础整机安装技术适应于更深的海域，同时提高深水沉放过程的安全性、可靠性，研究筒型基础整机深水沉放形态对工程实际具有重大意义。
目前关于复合式筒型基础整机水中沉放技术研究手段主要为数值模拟与水池实验。整机深水沉放数值模拟时，主要集中于对下沉深度、流速梯度、筒裙顶盖的吊索布置形式，没有考虑更多数量的吊索、波浪载荷等方面研究。通过模拟得出相关结论，并通过水池实验进行验证从而总结规律。目前学者针对布置形式及安装注意要点总结如下：
1）相同的流速和边界条件下，3 根与 4 根吊索悬吊整机沉放，首选 3 根吊索。
2）吊索悬吊整机水中沉放过程中，下沉深度为 15m，流速超过 2m/s 时，迎流面单根吊索吃力可达 600t 左右，故实际工程中选择吃力大的吊索。另外，背流面的吊索拉力先增大后减小，当背流面吊索拉力值减小较明显时，说明整机逆流向倾斜增加，故在实际工程中，要做好背流面吊索拉力的监测工作，尤其整机下沉 20m 左右时，要对拉力做详细监测。
3）下沉深度较大时，小流速作用下，机头的纵摇倾角较大，故当整机沉放接近水底时，要加大整机倾斜度的监测，且流速不超过 0.5m/s。整机水中下沉，垂荡加速度相对较小，原因在于筒裙内的气体能够减缓整机的垂向运动，且垂向有吊索悬拉，但横纵荡加速度相对较大，故工程实际中要重点关注横纵荡方向的加速度变化。
4）整机水中沉放时，抱箍能够防止整机水平产生较大位移、且能够降低整机的倾斜，同时吊索辅助整机下沉，但出于工程安全考虑，其他的辅助沉放措施也要纳入考虑。
2复合式筒型基础拖航技术
在筒型基础的应用推广过程中，复合筒型基础的海上浮运与吸力下沉是实现其结构优势（施工效率高以及环保可回收）至关重要的两个环节。在复合筒型基础气浮拖航的研究中，其浮运中结构稳性以及波浪作用下的动力响应问题最值得深入探究。
复合筒型基础在风、浪、流等环境条件中进行浮运与就位下沉，在结构与环境荷载相互作用全过程中，结构的安全可靠性最为关键。可将结构的安全可靠性划分为稳性、耐波性和可操纵性三个维度进行考量。复合筒型基础作为适合开发我国海上风电场的一种环境友好型基础结构，对其气浮拖航安全机理的研究，可为现场施工提供参考，具有重要的现实和理论意义。
复合筒型基础在拖航中很有可能受到风压力、航行回转的离心力以及波浪的冲击力、拖船急牵等外力的作用而发生结构倾斜。如何能使筒型基础抵抗外力作用，在发生倾斜后及时回正而不致倾覆，这种问题称为复合筒型基础稳性问题。由于复合筒型基础是圆形对称结构，横倾、纵倾稳性结果差别不大，故不分开讨论。按照复合筒型基础倾斜角度的大小可分为小倾角稳性和大倾角稳性。小倾角稳性（初稳性）通常指基础倾斜角度小于 10~15°的稳性，大倾角稳性通常指基础倾斜角度大于 10~15°的稳性。
一般在静水条件下拖航，复合筒型基础随着吃水深度增加，结构拖揽力增大，纵摇角变小，各舱气压减小；随着拖航速度增加，增大了结构迎流阻力，结构拖揽力增大，运动响应显著增加。在不同波浪要素下规则波浮运，复合筒型基础拖揽力、运动响应随波周期、波高的增大而增大；相较于顺浪拖航，逆浪拖航拖缆力与基础运动响应更大；各舱室气压随着波高、波周期、浪向变化呈现一个传递、衰减、耗散的规律。
与此同时，浮运方式的参数主要包括吃水、航速、系缆点等等，而这些影响因素对复合筒型基础拖航的影响也不容忽视。其中，系缆点的选择方式是否合理更是直接降低基础埋首拖航情况。而中舱失效则会轻微降低结构拖揽所受载荷，但对结构浮运纵摇角影响甚微。总之，舱室失效越靠前，则对结构浮运安全性影响越大。
结语
筒型基础是一种新兴的环境友好型海上风电基础结构，具有建造简单、施工高效、综合成本低等特点，逐渐受到了国内外海上风电工程界的关注和认可。我国自主研发的“海上风电新型筒型基础与高效安装成套技术”更是取得了瞩目的成果，为我国海上战略布局提供新的有力支撑，为海上风电面临建造成本高等棘手的挑战提供一有力解决方案。
