Плавающий фундамент технология: Плавающий фундамент – надежная основа дома, возводимого на подвижных почвах

Содержание

Плавающий фундамент – надежная основа дома, возводимого на подвижных почвах | Полезные советы

Плавающий фундамент позволяет создать надежную основу сооружения, которое планируется возвести на местности со слабой почвой и высоким уровнем грунтовых вод. Он обеспечит корректное и равномерное распределение нагрузок, создаваемых общим весом здания, а также их непосредственную передачу на грунт.

Плавающий фундамент, технология которого особенно актуальна для торфяников, заболоченных участков, песчаных почв, насыщенных и склонных к вспучиванию или движению глин, полноценно защищает здание от разрушения при любых просадках грунта, предотвращая перекосы углов дома относительно друг друга.

Преимущества плавающего фундамента

Фундамент на плавающем грунте требует точного соблюдения всех технологических норм при его возведении. Но при грамотном выполнении всех рекомендаций и требований, плитный плавающий фундамент будет иметь массу достоинств:

своевременное выравнивание вертикальных и горизонтальных смещений почвы;
высокая стойкость к разрушительному воздействию грунтовых и наземных вод;
надежность и продолжительная безопасная эксплуатация;
предотвращение смещения грунта под сооружением;
возможность применения плиты в качестве напольной основы первого этажа или планировки цокольного этажа.

Таким образом, строительство плавающего фундамента идеально подходит для возведения загородных домов любой этажности или архитектурного исполнения независимо от местности и ее геологических особенностей. Грамотно возведенный плавающий фундамент, недостатки которого заключаются только в довольно высоких финансовых затратах, с каждым годом улучшает собственные показатели прочности и устойчивости к внешним и внутренним агрессивным факторам, обеспечивая максимальный уровень безопасности сооружения и проживания в нем.

Ленточный фундамент плавающего типа

Плавающий ленточный фундамент подходит только для легких конструкций – деревянных и каркасных бань, хозяйственных построек. Возведение тяжелых или многоуровневых сооружений на такой основе строго запрещено. Ленточный фундамент на плавающей почве размещается на облегченной песочной подушке. Строительство данного типа основы выполняется в следующей последовательности:

создание траншеи по периметру будущей постройки. Параметры глубины и ширины траншеи варьируются в пределах от 60 до 80 сантиметров;
дно траншеи устилается щебневой подушкой. Толщина слоя щебня должна быть не менее 15-25 сантиметров;
поверх щебня наносится увлажненный песок, который необходимо тщательно утрамбовывать при помощи специального щитка;

выдержка щебневых и песчаных подушек, их регулярное поливание водой в течение 2-3 дней, после чего повторяются мероприятия по утрамбовке песчаного слоя щитком;
установка опалубки и укладка арматуры;
заливка бетонной смеси в опалубку;
накрытие полученной конструкции плотным полиэтиленом и выдерживание в течение недели для хорошей схватки всех элементов конструкции.

После того как ленточный плавающий фундамент своими руками был возведен, можно начинать строительство легких сооружений.

Монолитный плавающий фундамент

Плавающие фундаменты под дом могут быть только монолитного типа. Это более прочная основа, способная выдержать максимальные нагрузки и давление, в том числе со стороны подземных и надземных вод, смещающейся почвы. Монолитный плавающий фундамент настоятельно рекомендуется возводить только при помощи опытных профессионалов и специальной техники, иначе стойкость основы к внешним и внутренним агрессивным воздействиям может быть ниже требуемого уровня, что в дальнейшем повлечет преждевременное разрушение здания.

Что выгоднее?

Цена на монолитный плавающий фундамент существенно отличается от ленточного аналога ввиду повышенных технико-эксплуатационных характеристик. Но при этом можно сэкономить на арматуре, предотвратить разрушение загородного дома грунтовыми водами и подвижной почвой, увеличив его срок полезной службы.

Советы по возведению плавающего фундамента

Перед тем, как сделать плавающий фундамент монолитного типа, необходимо разрыть котлован, глубина которого должна быть больше глубины промерзания почвенного слоя. Затем формируется песчаный настил и дренажная система, поверх которой монтируется опалубка. После того, как был сделан «скелет», согласно наиболее популярной технологии, плавающая плита фундамента заливается бетонной смесью послойным способом. Перед тем как правильно залить плавающий фундамент, необходимо учесть, что толщина каждого слоя не должна превышать 15 см.

Вывод

Фундаментные конструкции плавающего типа практически не имеют каких-либо недостатков. Они выгодно отличаются универсальностью, технологичностью и высокой устойчивостью к разрушению. К тому же с их помощью можно возводить жилые и нежилые здания любой архитектурной и геометрической формы, различной этажности и габаритности на сложных участках, где стандартные основы не справляются с натиском подземных вод и грунтах, характеризующихся высоким уровнем пучности. Единственным моментом, который может препятствовать выбору именно такой основы будущего дома, – это цена работ по устройству плавающего фундамента.

Несмотря на то, что стоимость плавающего фундамента на глинистой почве или подвижном, подтапливаемом грунте на порядок выше традиционных основ, именно такая технология обеспечит максимально продолжительную и безопасную эксплуатацию жилого сооружения на «слабых» или болотистых местностях.

Плавающий фундамент: технология создания своими руками

Содержание

Что такое плавающий фундамент
1. Плюсы и минусы
Виды плавающих фундаментов
1. Ленточного типа
2. Плавающая плита
3. Плоская сплошная плита
4. С ребрами жесткости
5. Ячеистая (коробчатая плита)
Как сделать плавающий фундамент своими руками
1. Работы в рамках подготовки
2. Подсыпка и подготовительное бетонирование
3. Гидроизоляция
4. Формирование плиты
Заключение

Термин «плавающий» применяется к сооружениям, не заглубленным в грунт или водную среду, и не связанным жёстко с другими конструкциями, которые фиксировали бы их в статичном положении. По отношению к фундаментам такое название применяют, когда они заложены в почву не более, чем на 50 см или вовсе находятся на поверхности. Каким может быть плавающий фундамент и в чём особенности его устройства, вы узнаете из этой статьи.

Согласно официальной строительной терминологии, плавающий фундамент будет правильнее называть мелкозаглублённым или поверхностным. Его отличительными особенностями являются такие нюансы:

Так как вертикальная часть плитного фундамента очень мала, нагрузки на основание он передаёт преимущественно через подошву.

Чтобы обеспечить жёсткость фундаменту ленточной или столбчатой (стаканной) конструкции, соотношение его высоты к ширине не должно превышать 4. Здесь в работу включается ещё и боковая поверхность.
Фундаменты мелкого заложения устраивают либо в неглубоких корытообразных котлованах, либо в полостях (шурфах или траншеях) заданной формы.

Устроить фундамент малого заложения можно под любое сооружение и практически при любой гидрогеологической обстановке. Тем не менее, его конструкция должна определяться на основе конкретных условий строительства, характера и размера нагрузок, технико-экономического анализа вариантов. Плавающий фундамент может быть выполнен как в монолитном варианте, так и в сборном, с применением заводских железобетонных изделий.

Незаглублённая «плавающая» плита под газобетонный дом

В зависимости от конструкционной разновидности фундамента, он может иметь такие элементы:

Обрез – верхняя плоскость, на которую опираются стены.
Подошву – плоскость, соприкасающуюся с грунтом.
Сплошное тело – плитный фундамент.
Плитную часть – уширение в подошве ступенчатых лента и столбов.
Фундаментную стену – вертикальная часть у лент.
Стаканную часть – выемка под установку колонн.

Ширина любого фундамента на уровне обреза принимается больше толщины стен, и именно на них ориентируется. Ширина подошвенной части — если это не сплошной монолит, должна определяться расчётом, производимым на основе предварительно произведённого исследования грунта: его напластования, условий увлажнения и промерзания, прочностных характеристик. Плавающие фундаменты применяют на малопрочных, пучинистых и насыпных грунтах с невысоким уровнем УГВ. При правильном расчёте они надёжно защищают здания от деформаций.

Устройство фундамента малого заложения очень привлекательно для любого заказчика, так как даёт возможность сэкономить бюджет строительства за счёт уменьшения объёмов земляных работ. Особенно популярен фундамент плавающая плита, так как при её устройстве нередко отпадает ещё и необходимость формирования чернового пола.

У каждого вида конструкции есть свои преимущества и недостатки, но в целом перечень получается таким:

Плюс	Минус
Возможность строительства в сложных гидрогеологических условиях — за исключением вечномёрзлых грунтов.	Невозможно сделать подвал.
При правильном армировании фундамент имеет высокую несущую способность.	При малом заложении в грунт фундамент попадает в зону действия сил морозного пучения. Для их нейтрализации увеличивается толщина насыпных подушек, применяется не только вертикальное, но и горизонтальное утепление.
При естественной подвижке грунта фундамент двигается вместе с ним – «плавает». Поэтому наземные конструкции здания не подвергаются деформациям.	Большой экономии в материалах ждать не приходится, так как если уменьшается объём бетона — значит, увеличивается интенсивность армирования.
Экономия за счёт меньшего объёма вынутого грунта и материалов для опалубки.	Некоторые конструкции сплошных фундаментов создают трудности устройства коммуникаций и последующего доступа к ним. Для решения вопроса приходится закладывать дублирующие линии.
Если это сплошная плита без цоколя, она же служит основанием пола.	У столбчатых плавающих фундаментов нет цоколя, поэтому их используют только под брусовые и каркасные дома. А чтобы облагородить внешний вид здания, необходимо сооружать забирку (фальшь-цоколь).

Почти все разновидности фундаментов можно спроектировать под мелкое заложение. Исключение составляют только сваи, поскольку их длина от 2,5 м только начинается. Столбчатые фундаменты тоже могут быть плавающими. Это либо ступенчатые монолитные опоры под колонны, что в гражданском строительстве применимо редко, либо обычные блоки ФБС, установленные на торец. Второй вариант под каменные дома не используют — только под каркасники или бревно. Так что говорить будем только о плитах и лентах, которые, как правило, выполняются в монолите и используются повсеместно.

Незаглубляемый в грунт ленточный фундамент очень неустойчив, даже если у него в основании имеется плитная опора в виде уширенной подошвы. Сделать такой фундамент жёстким и неопрокидывающимся можно, только если связать внешний контур поперечными и продольными балками вне зависимости от наличия или отсутствия внутренних стен. В плане такая конструкция напоминает решётку, а потому и фундамент часто именуют решётчатым.

Плавающая решётчатая лента

Такая лента обладает отменной жёсткостью и может вообще не заглубляться в грунт, а просто лежать на поверхности. Она отлично работает на просадочных грунтах, в условиях сильного морозного пучения. По сравнению с вариантом глубокого заложения, такая лента даёт экономию только на этапе производства работ. Что касается материалоёмкости, то она ничуть не меньше — даже если не больше из-за пересекающихся балок. Да и опалубка получается довольно сложной по конфигурации.

Для защиты от морозного пучения таких фундаментов, под ними всегда выполняют жёсткий подстилающий слой – бетонную подготовку. Использовать здесь с этой целью утеплитель не так удобно, как в случае с плитой – каждый лист ЭППС придётся резать, что увеличит трудоёмкость работ. Да и стоит пенополистирол дороже тощего бетона, который применяется для заливки подбетонки.

Самые популярные проекты серии FH:

Проект FH-90 Windows

Общая площадь:

90м²

Подробнее

Проект FH-114 Optimus

Общая площадь:

114м²

Подробнее

Проект дома FH-115 Status

Общая площадь:

115м²

Подробнее

В отличие от предыдущего варианта, плита имеет сплошное тело, для формирования которого опалубка ставится только по внешнему периметру.

Это довольно большая статья экономии на пиломатериале, да и времени на её установку затрачивается намного меньше. Недостатком плиты является большой расход бетона. Но если учесть, что при его укладке решается ещё и задача устройства чернового пола, повышенные затраты полностью компенсируются.

Существует немало разновидностей плавающих плит, которые отличаются как по форме сечения, так и по комбинации подстилающих слоёв.

Плоские плиты снискали наибольшую популярность, так как имеют простую геометрическую форму, позволяющую сделать опалубку даже при отсутствии плотницкого опыта. В зависимости от структуры подфундаментного пирога, можно выделить несколько вариантов:

Плита по грунту. Устраивается без насыпных подушек в тех случаях, когда грунт имеет высокую несущую способность, не увлажнён подземными водами, и не подвержен морозному пучению. Например, крупные гравелистые пески, крупнообломочные грунты или сухие плотные глины с нулевым пределом текучести.
Плита на песчаной прослойке. Подушка из песка проектируется при высокой вероятности продольных сдвижек грунта, и даёт плитному монолиту скользить (плавать) в результате такой нагрузки. Самый распространённый вариант плавающей плиты.
Плита по утеплителю. Производить горизонтальное утепление плиты имеет смысл только в том случае, когда она находится на поверхности и цоколь отсутствует. Тогда стены начинают возводить с опиранием непосредственно на плиту, и соответственно, она выполняет функцию чернового пола. Для формирования контура такой плиты, вместо опалубочных щитов можно использовать Г-образные элементы несъёмной опалубки из экструдированного пенополистирола, которые выпускают некоторые российские производители.

Устройство утеплённой плоской плиты

Рёбра у плиты — это утолщения, проходящие вдоль самых нагруженных зон, которые помогают фундаменту лучше работать в условиях высоких нагрузок от веса каменных стен, и под воздействием сил морозного пучения.

Здесь тоже есть несколько вариантов:

Плита с рёбрами вниз, на насыпной подушке. Рёбра могут иметь как прямоугольное сечение, так и трапециевидное, что уменьшает давление грунта на монолит. Они несут основную нагрузку, за счёт чего горизонтальная часть может иметь минимальную толщину 125 мм. Опирается такая плита на подушку толщиной не менее 50 см, из смеси песка и щебня в пропорции 60:40. Мнение эксперта
Виталий Кудряшов
строитель, начинающий автор

Задать вопрос
Песок и щебень укладывают отдельными слоями в том случае, когда строительство ведётся на переувлажнённом грунте. В таком случае, под подошвой нижних балок настилается полноценная подушка из щебня, а пространство между рёбрами и пазухи по наружному периметру заполняются песком.
Ребристая плита по утеплителю. К этой категории относится плита УШП, возводимая по скандинавской технологии. В Россию она пришла не так давно, но те, кто живёт в холодных регионах с близким к скандинавскому климатом, её оценили. Продвигают её и компании, которые изготавливают гидро- и теплоизоляционные материалы, так как под эту технологию используется их продукция. УШП – это та же ребристая плита, но под ней: между рёбрами и по наружному периметру находится утеплитель (ЭППС). В горизонтальную часть плиты внедряется система тёплого пола, что позволяет бетонному монолиту аккумулировать тепло.
Плита с ростверком (чаша). Ростверком в данном случае называют монолитный цоколь, устроенный поверх тела плиты. По сути, это тоже рёбра жёсткости, только направлены они не в грунт, а находятся над землёй. При такой конфигурации обрез фундамента, на который опираются стены, находится выше горизонтальной поверхности плиты. Соответственно, и полы должны находиться выше, для чего нужно делать цокольное перекрытие. Пространство, которое под ним образуется, обычно используют для устройства коммуникаций. Это очень удобно, так как во всех остальных случаях трубы находятся под плитой, и практически недоступны для ремонта.

Ростверк поверх плиты

Существуют такие типы грунтов, на которых строить проблемно из-за слабой несущей способности, вечной мерзлоты или близкого расположения вод. В этом случае можно применять только определённые типы фундамента – чаще всего сваи или некоторые виды сплошных оснований. Одним из них является довольно новая технология возведения пустотелых плитных фундаментов, представляющих собой коробку из двух сплошных плит небольшой толщины, разделённую на секции рёбрами жёсткости. Такие плиты самые что ни на есть «плавающие», и идеально подходят для строительства в условиях сейсмической активности, на торфяниках, болотистых почвах и аллювиальных грунтах.

Коробчатая плита в разрезе

Коробчатая плита соединяет в себе все достоинства сплошного монолита и ленточного фундамента. Верхняя часть коробки может возводиться из сборных элементов, но нижняя плита плюс рёбра жёсткости (они формируются по несъёмной опалубке) – это всегда монолит.

Собственно говоря, этот вариант очень похож на плиту с ростверком, о которой рассказывалось выше. Разница только в том, что по ростверку может монтироваться балочное перекрытие. А если сделать его монолитным, мы получим плиту с пустотами внутри, которые и придадут сечению ячеистую форму.

Мнение эксперта
Виталий Кудряшов

строитель, начинающий автор

Задать вопрос

Пустоты могут заполняться пенопластом или керамзитом. Для зданий с малым бюджетом для этой цели используют песок, который перед засыпкой должен быть просеян, промыт и высушен. А чтобы исключить образование гнили и плесени, он должен быть ещё и прокалён.

Наибольшее количество плавающих фундаментов имеют плитную конфигурацию, поэтому в главе, посвящённой производству работ, говорить будем именно о них.

Очень редко когда плита может заливаться прямо по грунту, отменная прочность которого даёт такую возможность. Чаще всего заливку должен предварять целый комплекс подготовительных работ, смысл которых заключается в том, чтобы обеспечить наиболее плотное прилегание монолита к естественному основанию.

Подготовка состоит из двух основных этапов:

Подготовка грунта. Сюда можно отнести снятие растительного слоя, осушение, либо уплотнение с увлажнением, что может потребоваться для поверхностной плиты.
Снятие растительного слоя
Устройство неглубокого котлована, если подошва плиты будет немного ниже планировочной отметки грунта.
Обустройство котлована

При устройстве плитных фундаментов в переувлажнённых или на слабонесущих грунтах, в качестве основного подстилающего слоя делают бетонную подготовку. Это неармированный слой из низкомарочного бетона (класса В7,5), который образует удобное основание для монтажа арматуры и защитный барьер, препятствующий подмыванию плиты грунтовой влагой. Он предохраняет гидроизоляцию от прорывов, а так же, благодаря своей жёсткости, предупреждает осадку грунта непосредственно под подошвой.

Ухаживают за подбетонкой так же, как и за любой другой конструкцией, уберегая от размывания дождём, пересыхания и растрескивания.

Мнение эксперта
Виталий Кудряшов

строитель, начинающий автор

Задать вопрос

В малоэтажном строительстве, когда грунт имеет нормальную прочность и влажность, вместо подбетонки используют поливинилхлоридные мембраны. У них отменная механическая прочность и водонепроницаемость, поэтому замена получается вполне адекватной и неплохо экономит бюджет строительства. Но использовать её, если грунт не изучен, нежелательно – вариант с бетонной подготовкой более надёжен.

На прочном грунте ПВХ мембрана заменит и подбетонку, и гидроизоляцию

Бетонная подготовка служит основанием под устройство гидроизоляции, которая в данном случае выполняется методом наплавления рулонных битумных материалов. Именно для того, чтобы обеспечить хорошую адгезию, подготовительная бетонная плита и очищается от цементного молока, ржавчины и жировых пятен.

Для защиты гидроизоляционного ковра от механических повреждений, которые возможны при дальнейшем монтаже арматуры, между ними монтируется слой армированного полиэтилена, либо заливается стяжка ЦПС толщиной 3-4 см.

Опалубка под основную плиту может выставляться как до сборки каркаса, так и после. Это обусловлено удобством работ, в каждом случае этот вопрос решается индивидуально. Если сетки не собирают из отдельных стержней, а используют готовые заводские, опалубочные борта устанавливают до того как приступить к формированию каркаса.

Самые популярные проекты серии FH:

Проект Windows Villa FH-90WV

Общая площадь:

90м²

Подробнее

Проект Master Dom FH-144 c мастер-спальней

Общая площадь:

144м²

Подробнее

Проект FH-150 Full HDom

Общая площадь:

150м²

Подробнее

Сначала опалубка, потом арматура

Такой порядок действий соблюдают и в том случае, если наружные поверхности фундамента со всех сторон укрываются утеплителем – экструзионным пенополистиролом. ЭППС используется и для производства Г-образных элементов несъёмной опалубки, за счёт которых и формируют контур плиты.

С ориентиром на осевые точки опалубки, выполняют створные засечки под установку каркаса. Между ними натягивают проволоку, с которой с помощью отвеса переносят оси будущего каркаса на подбетонку. Разметку производят краской, уровни нижней и верхней сеток отмечают на обноске.

Покончив с разметкой, приступают к сортировке арматуры, которая по назначению делится на:

Рабочую (продольную). Именно она воспринимает растягивающие и сжимающие нагрузки.
Распределительную (поперечную). Фиксирует рабочие стержни и равномерно распределяет между ними нагрузки.
Монтажную. Удерживает элементы каркаса, собираемого из отдельных стержней, в требуемом положении.
Хомуты. Скрепляют нижний и верхний уровни, присутствуют только в сварных каркасах.

При сборке каркаса из заводских сеток, работа состоит из таких этапов:

На пластиковые фиксаторы (они обеспечивают нужную толщину защитной оболочки из бетона) укладывают нижний ряд сеток.
Перпендикулярно им на заданном расстоянии устанавливают плоские каркасы — они соединяют уровни армирования, и задают нужную высоту для второго ряда сеток.
Производится монтаж верхнего яруса объёмного каркаса.

Мнение эксперта
Виталий Кудряшов

строитель, начинающий автор

Задать вопрос

По окончании арматурных работ, борта опалубки для устойчивости закрепляют к каркасу проволокой, пропустив её сквозь отверстия, просверленные в вертикальных стойках деревянных щитов.

Бетонирование плиты производят блоками, образованными разрезающими массив вдоль и поперёк рабочими швами. Такое структурирование пространства опалубки даёт возможность точно рассчитать объём подвозимого бетона, с учётом необходимости непрерывной укладки. Бетонирование производится последовательно, от блока к блоку, границы которых усилены плоскими каркасами. Если по какой-то причине случится простой, заливать следующий блок можно будет без предварительной подготовки кромок уже уложенного монолита.

Бетонирование плиты с бетононасоса

Как и в случае с подбетонкой, бетонирование плиты можно осуществлять как с бетононасоса, так и с подвешенной к автокрану поворотной бадьи. Бетон укладывают одинаковыми по толщине слоями в пределах бетонируемого блока, с последующим уплотнением глубинными вибраторами. После того, как заливка будет выведена на проектную толщину, окончательное распределение смеси и её уплотнение производится виброплощадкой.

В малоэтажном строительстве толщина фундаментной плиты редко превышает 40 см, поэтому бетонирование можно производить за один слой. Тут многое зависит от имеющегося в распоряжении вибрационного оборудования – а вернее, длины его рабочей части. Она должна быть чуть больше толщины укладываемого слоя с таким расчётом, чтобы могла заходить в ранее уложенный слой на 10 см. На это же расстояние шаг перестановки глубинного вибратора должен перекрывать границы уже уплотнённого участка.

Наиболее комфортные условия для твердения бетона – это температура +15…+18 градусов при 90-процентной влажности. При более жаркой погоде или высушивающем ветре нужную влажность приходится поддерживать самостоятельно. Слой бетона укрывают опилками или рогожей, и регулярно смачивают водой. Проливку осуществляют днём через каждые 3 часа и 1 раз ночью — при более холодной температуре в этом нет необходимости. Распалубка производится при нормативно-безопасной прочности 50%, наступление которой тоже зависит от окружающей температуры.

Плавающий морской ветер, что это такое и как он работает?

#НИОКР #морской ветер

Энергия ветра сильнее в океане, чем на суше, отсюда и развитие морского ветра в последние годы. До недавнего времени, поскольку они основывались на стационарных конструкциях, их нельзя было устанавливать в очень глубоких или сложных местах морского дна, что изменилось с появлением плавучих конструкций. Теперь на эти платформы можно устанавливать ветряные турбины, которые крепятся к морскому дну с помощью гибких якорей, цепей или стальных тросов.

Плавающие морские ветряные турбины могут быть установлены дальше от берега (Источник: флагманский проект).

Главная задача, стоящая сегодня перед человечеством, — сделать планету зеленой и устойчивой. Для достижения этого возобновляемые источники энергии будут играть фундаментальную роль, и усилия по внедрению инноваций в этом секторе особенно интенсивны. Достижения вселяют оптимизм, и в этой статье мы сосредоточимся на одном из них: плавучих оффшорных ветряных электростанциях, одном из самых многообещающих производных.

ЧТО ТАКОЕ МОРСКАЯ ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Прежде всего, давайте определим, что такое морская ветровая энергия: это источник чистой и возобновляемой энергии, получаемой за счет использования мощности ветра на шельфе, где она достигает более высокой и постоянной скорость из-за отсутствия барьеров. Его высокий потенциал и стратегическая добавленная стоимость, как на социально-экономическом, так и на экологическом уровне, делают его одним из возобновляемых источников, который будет играть решающую роль в процессе обезуглероживания.

Плавающий морской ветер, основанный на плавучих конструкциях , а не на стационарных конструкциях, предлагает новые возможности и альтернативы. По сути, это открывает двери для площадок дальше от берега, позволяя размещать ветряные турбины в более крупных и глубоких морских районах с более высоким ветровым потенциалом. Таким образом, он преодолевает камень преткновения на пути к обеспечению чистой, неисчерпаемой и экологически чистой энергии для более устойчивой планеты.

Среди преимуществ плавучей морской ветроэнергетики можно назвать потенциально низкое воздействие на окружающую среду и простоту изготовления и установки, поскольку плавучие турбины и платформы можно построить и собрать на суше, а затем отбуксировать к месту установки в море. Кроме того, как отмечалось выше, они могут воспользоваться сильными ветрами, дующими в более глубоких районах, что улучшает энергоэффективность.

Плавающая морская ветряная электростанция в 3D.

Первая плавучая морская ветряная электростанция в Испании (испанская версия).

КАК РАБОТАЕТ ПЛАВУЧАЯ МОРСКАЯ ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Чтобы узнать, как работает плавучая морская ветровая энергия, мы должны сначала ответить на следующий вопрос: почему ветряные турбины плавают в море в виде конструкций высотой 120 метров и весом в тысячи тонн? Решение было дано Архимедом 2300 лет назад: «тело, полностью или частично погруженное в воду, испытывает вертикальную восходящую тягу, равную весу вытесненной воды».

Плавучая морская ветряная платформа (FOWP) представляет собой бетонное, стальное или гибридное основание , на котором устанавливается ветряная турбина, что придает ей плавучесть и устойчивость. Некоторые называют это «плавучим основанием», но этот термин неверен, поскольку плавучие платформы не закладываются на морском дне, а ставятся на якорь и пришвартовываются.

Плавучие ветряные электростанции состоят из ветряных турбин, которые размещены на плавучих конструкциях и стабилизированы швартовками и якорями, а конструкция конструкции распределяет массы и веса. Оттуда процесс обычный: сила ветра вращает лопасти, а ветряная турбина преобразует кинетическую энергию в электричество, которое по подводным кабелям передается на морскую подстанцию, а оттуда на береговую подстанцию на берегу и, наконец, в дома по линиям электропередач.

Помимо плавучести, ветряные турбины должны производить как можно больше энергии , а для этого важно, чтобы они оставались устойчивыми, сводили к минимуму любое движение и обеспечивали их работу в оптимальных условиях. Именно здесь вступают в игру различные типы плавучих платформ для ветряных турбин, которые мы рассмотрим ниже.

ТИПЫ ПЛАВУЩИХ ПЛАТФОРМ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК

Плавучая морская ветроэнергетика основана на плавучих платформах для ветряных турбин. Выбор того или иного типа будет зависеть от состояния моря и морского дна, ветров в районе, размера ветряной турбины, глубины гаваней, производственных мощностей или наличия и цены материалов и оборудования. Некоторые из них описаны ниже:

Баржа. Концепция похожа на корабль с точки зрения размеров. Другими словами, ширина и длина (длина и ширина) значительно больше, чем осадка (высота). Плавающая платформа имеет большую площадь контакта с водой, что придает ей устойчивость. Как и лодки, их заставляют двигаться, чтобы избежать перенапряжения и нагрузки на конструкцию. Чтобы свести к минимуму эти движения, платформа обычно снабжена несущими пластинами, расположенными ниже ватерлинии.
Полузаливной. Этот дизайн направлен на минимизацию площади поверхности, контактирующей с водой, но всегда на максимальный объем, который действительно вытесняет массу воды и обеспечивает плавучесть. Геометрически идеалом была бы сфера (максимальный объем с наименьшей площадью поверхности), но сфера нецелесообразна в изготовлении, поэтому объемы, обеспечивающие плавучесть, разбиваются на несколько вертикальных цилиндров (или параллелепипедов), которые соединяются балками и раскосы для создания поверхности, на которой можно установить турбину. Их размер и расстояние между ними определяют их устойчивость.

Различные типы плавучих платформ для ветроустановок.

СМОТРЕТЬ ИНФОГРАФИКУ: Различные типы плавучих платформ для ветряных турбин [PDF] Внешняя ссылка, открывается в новом окне.

Лонжерон. В этой модели большая часть веса размещена в самой нижней точке для обеспечения устойчивости. Например, если мы бросим в воду полый водонепроницаемый цилиндр, он будет плавать, если отношение высоты к поверхности основания будет достаточным для того, чтобы объем вытесненной воды компенсировал его вес. Если цилиндр однородный, он не будет устойчиво плавать вертикально и опрокинется, чтобы плавать горизонтально. Чтобы избежать этого, цилиндр снабжен большой массой на конце, противоположном месту установки турбины, для сохранения вертикальности. Короче говоря, плавучесть обеспечивается геометрией баллона, а устойчивость обеспечивается весом в самой нижней точке. Поскольку турбины становятся все больше и больше, для компенсации веса требуются очень длинные цилиндры, что делает это решение очень сложным в производстве, транспортировке и установке.
Платформа для напряженных ног (TLP). Новейшая и в настоящее время наиболее технически рискованная концепция: платформа фактически не плавает как таковая после установки на ней турбины. Цель состоит в том, чтобы максимально уменьшить размеры, чтобы снизить производственные затраты. Звездообразная геометрия из трех, четырех или пяти плеч сводит объемы каждого плеча к минимуму, чтобы платформа плавала без груза, то есть без установленного ветряка. Перед установкой, чтобы предотвратить опрокидывание узла при подъеме центра тяжести узла, к платформе TLP прикрепляются временные многоразовые поплавки, что, в свою очередь, позволяет отбуксировать ее к месту морской якорной стоянки. Оказавшись там, натянутые стальные тросы или тросы соединяются, а временные поплавки отсоединяются для повторного использования на следующей платформе TLP, которая будет установлена.

Вся информация о

ПЛАВАЮЩИЙ МОРСКОЙ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Зачем делают плавучие ветряные электростанции?

Скорость и частота ветра выше и более стабильны в море, чем на суше, так как нет препятствий, ограничивающих его путь (концепция, известная как «вытягивание»). Кроме того, удаленность от берега сводит к минимуму визуальное воздействие. Другая причина заключается в том, что большая часть работ по изготовлению и сборке может быть выполнена в порту, а затем установка будет отбуксирована на морскую площадку. Это позволяет избежать использования монтажных судов, необходимых для стационарных фундаментов, таких как самоподъемные суда или суда динамического позиционирования (очень дорогие и дефицитные суда, которые обусловливают время установки и стоимость этих фундаментов). С другой стороны, для установки плавучих платформ в основном требуются относительно частые и более дешевые буксиры и кабелеукладочные суда.

На какой глубине можно устанавливать плавучие ветряки?

Обычно предполагается, что плавучие ветряные электростанции будут устанавливаться на глубинах, недоступных для стационарных фундаментов по техническим или экономическим причинам. Однако граница по глубине между стационарными и плавучими ветряными электростанциями стирается. Изучаются новые конфигурации, позволяющие устанавливать плавучие платформы на относительно мелководье, особенно в местах, где условия морского дна создают риск для установки стационарных платформ. В настоящее время технически возможно установить плавучие платформы на глубине от 60 до 300 метров, и ведутся исследования по расширению этого диапазона до мелководья, до 30 метров, или глубже, до 800 метров, хотя в настоящее время это экономически нецелесообразно.

В чем разница между плавучей ветряной платформой и плавучей нефтяной платформой?

До разработки плавучих платформ для ветряных турбин нефтяная промышленность уже использовала плавучие платформы для добычи, и многие концепции были перенесены из одной отрасли в другую. Тем не менее, дизайны не могут быть экстраполированы напрямую. Основные отличия:

Нагрузки на плавучей ветряной платформе в основном динамические за счет ветряной турбины, тогда как на плавучей нефтяной платформе установленное оборудование передает в основном статические нагрузки.
Морская нефтяная скважина концентрирует добычу в одном блоке, поэтому конструкция может быть консервативной и избыточной. В оффшорной ветровой электростанции выработка электроэнергии распределяется между десятками блоков, поэтому конструкция должна быть более эффективной, чтобы расходы оставались управляемыми.

Как осуществляется экспорт энергии с морской ветряной электростанции?

Ветряные электростанции отводят энергию, произведенную от их трансформаторной станции, через линию электропередач на распределительную подстанцию, которая доставляет ее конечному потребителю. Если морская ветряная электростанция расположена недалеко от побережья, она может отводить электроэнергию по экспортному кабелю непосредственно на береговую подстанцию. С другой стороны, если они расположены далеко от берега, необходима морская подстанция (плавучая или заземленная), чтобы поднять напряжение вырабатываемой турбинами мощности (обычно с 66 кВ до 220 кВ) и позволить ее направить на береговую подстанцию, откуда он распределяется.

Как движется плавучая платформа?

Названия движений унаследованы от номенклатуры морской техники:

Линейные движения по горизонтали: Всплески и колебания. Ветряная турбина не всегда находится в одном и том же положении, но в зависимости от гибкости причалов и глубины моря она может перемещаться на 20–50 метров вокруг центральной точки.
Движение по вертикали: Подъем. Важно свести к минимуму это движение за счет конструкции плавучей платформы, поскольку оно влияет на положение ступицы (центральная точка ротора ветряной турбины), а скорость ветра напрямую связана с высотой.
Угловые движения: крен, рыскание и тангаж. Эти движения должны быть сведены к минимуму, чтобы избежать ускорений на уровне турбины, которая находится на высоте более 120 метров над уровнем моря. Небольшое угловое смещение на уровне плавучей платформы, например, приводит к большому линейному перемещению в самой высокой точке конструкции, которое, если его не контролировать, может повредить и сократить срок службы механических элементов, расположенных в гондоле, представляет собой трехэтажный корпус размером с здание, в котором размещено электромеханическое оборудование, отвечающее за преобразование скорости ветра в электрическую энергию.

Что такое причал?

Элемент, который фиксирует и гибко соединяет плавучую платформу с точкой крепления на морском дне. Обычно они состоят из цепей, стальных тросов или тросов из синтетических материалов. Выбор того или иного типа швартовки зависит от глубины, типа плавучей платформы и метеорологических условий (волнение, течение, ветер):

В контактной сети. Это форма, которую принимает швартовка или трос, когда они не натянуты, и основным фактором, придающим им форму, является собственный вес, и он встречается чаще всего. При этом шварты не натягиваются сверх нагрузки собственного веса. В зависимости от глубины воды, ограничений движения платформы и материалов, к швартовкам могут быть добавлены поплавки и грузы, чтобы изменить форму контактной сети на букву «S» или аналогичную конфигурацию (ленивая волна).
Натянутый швартовщик. При механическом натяжении контактной сети цель состоит в том, чтобы уменьшить занимаемую швартовкой площадь (зону воздействия на морское дно) и длину используемого троса или цепи, а также увеличить ограничения на движение плавучей платформы.
TLP (платформы с напряженными ногами). Анкеры TLP представляют собой сухожилия, которые функционируют иначе, чем натянутые контактные сети. Они подходят для больших глубин из-за экономии материала.

Что такое анкерные системы и какие бывают виды?

Якоря – элементы, соединяющие швартовы с морским дном. Они используются в плавучих морских ветроустановках и зависят от характеристик морского дна и нагрузок:

Волочащие якоря. Аналогично тем, что используются на кораблях. Эта система поддерживает натяжение в одном направлении (с определенным углом допуска).
Всасывающие ковши. Стальные конструкции (обычно цилиндрические) с открытым нижним концом, опирающиеся на морское дно, на которое действует всасывание, создающее перепад давления (вакуум) и вызывающее анкеровку. Для правильной работы им требуется сбалансированная структура морского дна (песчаное или супесчаное), и они не подходят для каменистого или крупнозернистого морского дна. Сваи с преимущественно вертикальным размером обычно называют всасывающими сваями, а с квадратной геометрией — всасывающими кессонами.
Забивные или буронабивные сваи. Это те же самые конструкции, которые используются в стационарных фундаментах для крепления подконструкции к морскому дну. Как правило, это большие полые металлические цилиндры, которые забиваются в морское дно (в случае каменистых или твердых грунтов для их установки необходимо сверлить). Эти сваи требуют для своей установки специальных лодок, при которых образуется шум и взвешенные осадки. По этой причине в проектах с плавучими ветрогенераторами их использование будет ограничено местами, где условия делают невозможным использование других альтернатив.
Мертвые или гравитационные анкеры. Это массивные бетонные конструкции, наложенные на морское дно. Обычно они имеют очень большой след на морском дне, поэтому предпочтительно ограничить их использование очень конкретными ситуациями и, таким образом, свести к минимуму их воздействие.

ABS утверждает конструкцию плавучего ветрового фундамента D-Floater от Bassoe Technology для крупнейших в мире турбин

(ХЬЮСТОН) Новое поколение плавучих оснований морских ветряных турбин, предназначенных для установки крупнейших в мире ветряных турбин, получило принципиальное одобрение ABS (AIP).

Технология Bassoe D-Floater способна нести турбины мощностью 15 мегаватт (МВт) в самых суровых условиях окружающей среды.

Пятнадцатимегаваттные турбины представляют собой следующее поколение систем производства электроэнергии, они достигают высоты Эйфелевой башни и могут весить более 2000 тонн.

«ABS с гордостью добавляет Bassoe D-Floater в свой список новаторских оффшорных плавсредств, которые мы смогли поддержать. Этот список включает в себя классификацию первых и крупнейших проектов плавучего ветра. Теперь мы можем поддерживать плавучие турбины, способные соответствовать возможностям стационарных донных эквивалентов по масштабу и, следовательно, по генерирующей мощности. ABS лидирует в развитии морских ветровых установок на плаву во всем мире», — сказал Ларс Самуэльссон, руководитель подразделения ABS Global Floating Offshore Wind.

D-Floater представляет собой трехколонную полупогружную установку с понтонной конфигурацией в форме треугольника, которая позволяет штабелировать фундаменты друг в друге, облегчая транспортировку не менее пяти готовых фундаментов на одном крупнотоннажном транспортном судне и эффективное хранение в сортировочном порту. При буксируемой осадке менее 10 метров с установленной турбиной конструкция предназначена для обеспечения гибкости при выборе «порта сборки» и во многих случаях позволяет устанавливать башню и турбину на причале ближе к ветряной электростанции.

«D-Floater — это плавучий фундамент, предназначенный для экономичного производства и логистических решений для удовлетворения растущего спроса на возобновляемые источники энергии. Вместе с нашей материнской компанией CIMC Raffles мы сможем поставлять более 50 D-Floaters в год. Глобальные возможности поставок D-Floater дополняют наш T-Floater, который позволяет производить на месте, и теперь обе концепции в принципе одобрены ABS», — сказал Торе Уллеланд, управляющий директор Bassoe Technology.

AIP подтверждает, что проект осуществим для предполагаемого применения и, в принципе, соответствует применимым требованиям Руководства ABS по строительству и классификации плавучих морских ветряных турбин . После сборки D-Floater будет соответствовать следующим обозначениям класса ABS:

✠A1, Оффшорная ветряная турбина (плавающая), усталостный ресурс (FL (25)), подводная инспекция вместо постановки в сухой док (UWILD) и инвентаризация опасных материалов (IHM).

ABS сыграла важную роль в разработке глобальных стандартов для ветряных платформ, а также для проектирования и изготовления плавучих ветровых установок.

Имея более чем 70-летний опыт работы в оффшорном секторе, ABS понимает потребности владельцев и операторов в повышении операционной эффективности с помощью устойчивых энергетических решений.