13舱室单柱复合筒基础在浅基岩海域风电工程中的负压沉贯特性研究

针对浅基岩海域风电基础施工难题，中国研究人员通过1:60缩尺模型试验，系统研究了13舱室单柱复合筒基础（13-compartment MCCBF）在纯砂、黏土覆砂等四种地质条件下的沉贯特性，揭示了孔隙水压力变化规律、土塞形成机制及负压需求差异。该研究为复杂地质条件下海上风电基础设计提供了关键参数，成果发表于《Marine Structures》。

　　

随着全球清洁能源需求激增，海上风电装机容量在2023年达到75.2 GW，中国南海等浅基岩广布海域成为开发热点。然而传统筒型基础在浅基岩地质中存在沉贯深度不足、施工精度差等瓶颈。由广东某研究团队主导的创新性研究聚焦13舱室单柱复合筒基础（13-compartment Mono-column Composite Bucket Foundation, MCCBF），这种"单柱+连接件+筒体"全钢结构通过内部舱板设计显著提升稳定性，已在广东阳江30米水深复杂地质中成功应用16例。

研究人员采用1:60缩尺模型试验，模拟纯砂（S-S）、黏土覆砂（C-S）、砂覆浅基岩（S-R）及黏土覆浅基岩（C-R）四种典型地质。通过锥贯入试验（CPT）验证土体均质性，监测沉贯过程中的舱压差、孔隙水压力及渗透水量变化，结合高清摄像记录土体变形与土塞发育过程。

Test model and model box
试验模型直径60 cm、高17 cm，按原型36 m直径等比例缩放。模型箱设计考虑边界效应消除，采用分层填筑法精确控制黏土（含水率45%）与砂土（相对密度65%）的物理参数。

Results of the CPT tests
锥尖阻力曲线显示：S-S地质在0-130 mm深度呈线性增长，反映浅层土体松散特性；C-S地质在黏土层（0-80 mm）出现阻力平台，黏土不排水剪切强度显著影响沉贯阻力。

Comparison of test results
数据表明：黏土覆砂地质舱压需求达纯砂的3-5.5倍；浅基岩地质沉贯速度提升1.6-5倍，其中砂覆浅基岩渗透水量仅为纯砂的50%；土塞高度以S-R地质最显著，达舱体高度的72%。

Conclusion
研究揭示：1）沉贯舱压差与深度呈正相关，黏土地质产生更高阻力；2）浅基岩加速沉贯但增大土塞风险；3）砂覆浅基岩渗透控制优势明显。该成果为南海风电开发提供重要设计依据，13-compartment MCCBF的模块化结构对缩短海上作业周期、降低工程造价具有显著工程价值。论文由Puyang Zhang团队发表于《Marine Structures》，获国家自然科学基金（52171274）资助。