曾經(jīng)，25米水深被認為是單樁基礎(chǔ)的極限深度。然而現(xiàn)在，隨著超大型單樁在40米水深的廣泛應(yīng)用，可以說行業(yè)已經(jīng)進入后超大型單樁時代。

—— 歐洲海上風電

十幾年前，對于海上風電的從業(yè)者來說，根本無法想象什么是10MW風機，什么是超大型單樁?？墒墙裉欤@些曾經(jīng)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(chǔ)，要面對的挑戰(zhàn)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(qū)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(shè)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(jù)以上數(shù)據(jù)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(jīng)濟？業(yè)主是否會選擇導管架或者懸浮式的風機基礎(chǔ)？這都是擺在單樁設(shè)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(xiàn)在的單樁基礎(chǔ)中普遍使用355的鋼材，只在少數(shù)的節(jié)點使用420的鋼材。最主要的原因還是因為單樁的設(shè)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(tǒng)的單樁設(shè)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(jù)具體的情況會定在90到120的范圍內(nèi)，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(fā)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(xiàn)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(yīng)力集中，造成塑性變形，直接弄廢一段單樁。

圓圈處為滾輪接觸導致的應(yīng)力集中區(qū)

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(chǎn)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。

單樁由于自重引起的變形

在車間中從一條生產(chǎn)線吊裝到另一條生產(chǎn)線，需要用到C型梁。和滾輪同理，在接觸面也會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象導致塑性變形。

C型梁吊裝時引起的應(yīng)力集中區(qū)（紅色部分）

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(yīng)該注意強度變化引起的應(yīng)力集中。

選擇合理的擺放位置

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(chǎn)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(shè)備

注意特殊的運輸和擺放工況

對于以上環(huán)節(jié)，稍有不慎便會引起重大的生產(chǎn)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(chǎn)廠商應(yīng)盡早介入設(shè)計，在單樁的設(shè)計階段就要把這些工況考慮進去——只有生產(chǎn)方和設(shè)計方緊密協(xié)作才能鑄成一個安全可靠的后超大型單樁時代。