主要研究方向

新能源工程基础结构

一、海上风电基础

我国东部沿海海上风电开发潜力超2亿千瓦,风资源优良且不占用耕地。在“双碳”政策推动和技术成熟背景下,海上风电正迎来开发热潮,逐步由近海向深远海推进,大容量机组、漂浮式基础及高效安装技术将成为未来重点发展方向。

海上风机
海上风电基础示意图

可利用的海上风机漂浮平台锚固系统有重力锚、吸力锚、打入桩、虹吸式贯入板锚和螺旋桩。其中,螺旋桩因桩体设有的螺旋叶片,叶片嵌入海床,能显著提升整体基础结构的抗拔能力和抗压承载能力,具备最出色的重量-承载力转换率,即在相同的用钢量下,螺旋桩相比其他几种锚固系统能提供更大的承载力。

海上风机锚固系统
海上风机锚固系统

螺旋桩在安装时,通过带扭矩装置的动力头驱动螺旋桩,以旋转钻进的方式贯入海床岩层或土体。这种施工方式具有安装速度快、施工噪音低且能精准锚固的显著优势。

螺旋桩基础
螺旋桩基础示意图

研究挑战

复杂的海域荷载组合效应为螺旋桩在海上风机中的设计与运用带来了诸多挑战,包括:

  • 大直径螺旋桩海底快速安装技术;
  • 螺旋桩安装过程中的垂直力与扭矩关系;
  • 波浪-风荷载组合效应下的螺旋桩承载性能;

二、螺旋能源桩

浅层地热能是指蕴藏于地下200米以内岩土体、地下水中温度相对恒定的热能资源,具有分布广泛、清洁可再生、利用效率高等特点。能源桩是将地埋管换热器与建筑桩基或地下结构相结合的一种新型浅层地热能利用技术。

能源桩工作原理
能源桩工作原理

传统能源桩需现场钻孔、绑扎换热管、浇筑混凝土,建设周期长、成本高、用料多。

螺旋能源桩采用钢材分节预制,通过旋转钻进安装,混凝土用量少、施工快、成本低;其螺旋叶片结构还提升了承载能力,是传统混凝土桩的良好替代品。

螺旋能源桩结构
螺旋能源桩结构

研究挑战

复杂的桩周土扰动效应与换热效应为螺旋能源桩的设计与运用带来了诸多挑战,包括:

  • 螺旋能源桩的换热效率;
  • 热力耦合作用下桩土界面的力学演化规律;
  • 热力耦合作用下螺旋能源桩的承载性能。