一、前言
风能作为一种清洁可再生能源，越来越受到世界各国的重视，因其建设周期短，环境要求低，蕴量巨大，利用率较高等特点得到了持续快速的发展。中国的风电建设从“十五”开始就得到了迅速发展，“三北”地区由于建设条件良好，但是消纳和送出的限制，遭到不同程度的弃风限电[1]。
沿海滩涂地区因风资源好、电力消耗大、电网配套相对完善和目前不弃风限电等特点，逐渐受到风电投资者的青睐，越来越多风机矗立在沿海滩涂区域，包括部分侵蚀性滩涂地区。
风机基础具有360°方向重复荷载和大偏心的特殊性，对基础的稳定性及变形要求很高，为了保证风机能在20年至25年生命周期里能安全稳定运行，需要对风机基础进行围护，防止其受到海浪的侵蚀从而影响风机的正常运行。
二、工程概况
1.滩涂区域海况
项目地点位于江苏省滨海县沿海滩涂区域，原黄河从苏北入海，随着巨量泥沙的淤积，淤长出约2万平方公里的土地，项目场区位于原入海口附近。1855年黄河在铜瓦厢决口，不再从苏北入黄海，而从山东利津入渤海，滨海县境内的废黄河口失去了泥沙来源，岸滩没有泥沙补给，不再继续淤长；相反海岸受到海浪日积月累的侵蚀，海岸线普遍后退，成为典型的侵蚀型海岸[2]。
项目区域海岸线为粉砂土质，黄河北归后，由于大量泥沙来源断绝，在风浪潮流的作用下，海岸线逐年蚀退，近百年来已经蚀退17km，每年平均蚀退达150m，同时，海滩滩面每年还以10至15cm的速度蚀降，两侧多个村庄已经沦为茫茫大海[3-5]。
该区域潮流主要受黄海潮波控制，潮汐类型为规则半日潮流，每日有两次涨落潮，50年一遇高潮位为3.52米，海堤10级风浪爬高为1.53米，常浪向为ENE向，次常浪向为NE向[6-7]。
2.项目概况
该风电场共安装了55台单机容量为2.2MW风力发电机组，部分风力发电机组位于达标海堤的外侧。在项目实施过程中受海水侵蚀影响，场址区域内地形地貌和环境变化较大，施工前部分布置于养殖场和防浪堤内的风机，由于防浪堤和海堤路被海水侵蚀冲毁，养殖场已不复存在，防浪堤和部分道路严重冲毁，致使风机基础暴露于海水中，多台风力发电机基础受海潮的影响回填土被冲刷侵蚀，个别机位基础底面土体被掏，给风机的安全稳定运行造成了隐患和风险。根据当地水利部门的观测，近年来附近港口新建的伸入大海几公里长的防波挡沙坝更是加剧了这一侵蚀，当地政府每年都要投入大量物资进行海堤加固。
三、防侵蚀结构型式
风机基础围护结构既要有效防止海水的侵蚀，又要比较经济。针对该区域滩涂的特点，结合实际工程对当地的道路、海堤、闸口等构筑物护滩工程进行了调研，归纳起来常用的护滩消浪、防侵蚀结构有以下几种：干砌块石护坡、灌砌块石护坡、抛石护坡+PHC消浪管桩等结构型式[8]。
1.干砌块石护坡
干砌块石护坡型式虽然造价相对低廉，但是块石与块石之间没有粘结力，容易松动，整体性很差。因海滩面日益蚀降，水深浪大，并且坡面底部容易因滩面下降和坍塌。其中一片块石被冲落即形成一个缺口，整个坡面将很快被掏蚀，难以及时采取补救措施。
2.灌砌块石护坡
灌砌块石护坡型式防护效果优于干砌块石，造价高于干砌块石，有如下缺点：（1）因潮汐的影响，需要在涨潮之前完成施工，时间仓促，灌砌块石密实度较差，质量难以保证；因分段施工，每段之间接缝处理不干净，中间夹杂泥浆，容易留有隐患。（2）因海滩滩面连年蚀降，护坡底部的坡脚容易被掏空，从而导致整个滩面塌落。
3.抛石护坡+PHC管桩消浪
部分海堤采用抛石进行护坡，在坡脚处采用PHC管桩进行消浪的护岸形式，该种型式造价低，施工简便，外侧PHC管桩能消除部分波浪力，并且能阻挡抛石被海浪冲刷至海滩滩面。如果抛石部分被海浪冲破形成缺口，底部的土堤将迅速被掏空，并且缺口隐蔽不易发现，不能及时采取补救措施。
经过海浪和大潮的冲刷，这几种型式均未能经受住长期的考验，毁坏情况严重，如图3.1所示。究其原因是未能保护好滩面，使护坡的底坎遭到破坏；护面没有较好的整体性，不易修复。学者陈宏友及刘家驹认为护岸首先必须保滩，堤前海滩面持续蚀降，护岸工程再牢固也会因失去基础而被破坏；海滩保护好了，可以少护岸，甚至不护岸[2]。
图3.1 护坡冲毁情况
四、本项目围护型式
由于部分机位在项目实施过程中，基础外侧原海提路、养殖场及农田等设施受到海浪的严重侵蚀，这些设施已经不复存在，并且逐渐将侵蚀至风机基础本体，风机完全矗立于海洋中，现场情况如图3.2所示。
结合上述已经采用的护坡型式的经验和教训，根据海滩区域历年的侵蚀规律，受到侵蚀的风机基础周边环境、地形情况以及受侵蚀程度，设计思路为“先消浪、后护滩、再护基础”，采用混凝土护坡+抛石护滩+PHC管桩消浪围护结构型式，该围护型式已取得实用新型专利，专利号：ZL 2017 2 1347515.4。
图3.2 风机基础被侵蚀现状
1.PHC管桩消浪桩
围护机构外侧施打两排PHC管桩，同时要在最外排桩的临海侧抛部分大石块。桩和外部抛石共同抵抗海浪的冲刷，这是本结构型式的第一道消浪措施，有效减小海水冲击力的破坏作用。
桩间距及桩长的控制要点：相邻两根桩之间的距离不能过大，净间距控制在300~400mm，前后两排桩之间的距离不能过小，本项目取3000mm。这种做法既可以防止桩内侧的块石被海水带走，又能填充足够多的石块。桩的入土深度及外露长度也是该型式的关键，必须收集到该区域的相关海水水文资料，了解潮水、海浪、尤其是海滩的侵蚀速率数据资料等，根据以上参数结合工程实际运行情况最终确定桩长参数，保证消浪效果和使用年限。
2.填充块石护滩
填充块石是本结构型式的第二道消浪措施和护滩措施。在两排桩之间以及内排桩的风机侧滩面上铺设1层土工布，同时在上面做好保护措施防止填石砸破，进行抛石护滩，填充的块石可以有效减弱海浪的冲击力。
当海水掏蚀掉填石下面的土壤时，土工布上面的填石会不断向下运动，与土壤紧密接触，有效减缓海水的侵蚀，从而保护好风机侧的滩面。
3.混凝土结构护面
充分利用风机基础外侧的原状土，采用混凝土砂浆面层进行护坡和固化平台，采用三道格梗、两道护坡、一道护面进行多道防线围护，也是此结构型式的第三道防线，此做法有效防止海浪对风机平台的冲刷。
通过消浪、护滩、护面三道防线措施，有效维护了风机基础及平台稳定，保证了风电场安全运行。
具体做法断面图见图3.3。施工完成后的效果见图3.4。
图3.3围护结构断面图
图3.4施工完成后的围护结构
经历沿海天文大潮之后，围护主体结构完好，起到了防护作用，经受住了大潮的检验；基础进行360°围护，未留有薄弱位置，结构整体性强；如果护坡局部有破损缺口易发现，可及时修复；PHC管桩外侧部分抛石被海浪冲刷散落至海滩摊面，结合海滩滩面蚀降的速度进行补充抛石。
五.结语
通过分析对比干砌块石护坡、灌砌块石护坡、抛石护坡+PHC管桩消浪的优缺点，根据工程区域海滩侵蚀情况及风机基础防护等级，采用混凝土护坡+抛石护滩+PHC管桩消浪围护结构型式，经历天文大潮检验证明此类围护结构型式切实可行。侵蚀性海滩的风机基础及其他设施围护结构设计的要点如下：
1.收集项目区域的海水水文气象资料，确定海浪相关数据（包括等级、波长、振幅、历年高程等）、海滩的侵蚀速率（每年海岸线蚀退速率、海滩平面蚀降速率）等因素。
2.根据上述参数，推算使用期限内，海滩蚀退和蚀降数据，确定PHC管桩间距和长度。
3.根据工程使用年限及重要等级、经济性因素，确定抛石护滩范围、抛石厚度以及混凝土护坡的厚度。
4.围护结构与原有道路、平台及其他原有设施的连接处属于薄弱位置，容易遭到破坏，设计时应着重考虑，并应留有裕度。
致谢
感谢中电工程新能源公司提供此项目及实施平台，感谢EPC项目部提供的详实的现场数据及现状情况。
参考文献
[1] 王乾坤.国内外风电弃风现状及经验分析[J].华东电力，2012,40（3）：378-381.
[2] 陈宏友.滨海县海岸的侵蚀与治理[J].海洋与海岸带开发，1988,4（1）：39-43.
[3] 高抒.废黄河口海岸侵蚀与对策[J].海岸工程，1989,8（1）：37-42.
[4] 倪宏标，李卫东.滨海县海堤达标工程六合庄段主海堤设计[J].规划与治理，2002,6（1）：25-26.
[5] 李云飞，陆从华.浅谈滨海县六合庄段侵蚀性海岸治理[J].建设管理，2001,8（14）：28-29.
[6] 吕其浪.滨海侵蚀性海滩柔性集装网抛石护滩实验研究[J].中国水运，2010,10（10）：241-242.
[7] 戴龙洋，张阳.盐城市侵蚀性海岸防护设计[J].水利水电科技进展，2009,29（3）：49-53.
[8] 曹爱武，李云飞.江苏省滨海县侵蚀性海岸治理工程结构型式浅析[J].科技论坛，2002,11（15）：58-59
作者简介：付亮华（1988-），男，江西临川，硕士，高级工程师，研究方向为新能源土建结构。
