海上升壓站基礎建造工藝研究

李毫 魏笑科 陳文良 張少勇 馬健榮

摘 ? ?要：本文以我司海上升壓站基礎制造為載體，介紹了海上升壓站基礎分段劃分、建造工藝流程、管節制作、分段中組制作及整體總組等，系統地分析研究海上升壓站基礎生產設計與制造的實踐，為海上升壓站基礎建造持續改進提供參考。

關鍵詞：海上升壓站基礎；建造工藝

中圖分類號：TK83 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Study on Foundation Construction Technology of

Offshore Booster Station

Li Hao， ?Wei Xiaoke， ?Chen Wenliang， ?Zhang Shaoyong， ?Ma Jianrong

（ Guangzhou Wenchuan Heavy Industry Co.， Ltd.， Guangzhou 510725 ）

Abstract： In this paper， the company's offshore booster base manufacturing is taken as a carrier. This paper introduces the subsection division ， the construction process， the manufacture of the pipe section， the manufacture of the subsection middle group and the whole group of the foundation of the offshore booster station etc.The practice of basic production design and manufacture of offshore booster station is systematically analyzed and studied.It provides reference for continuous improvement of foundation construction of offshore booster station.

Key words： Foundation of offshore booster station; Construction technique

1 ? ? 前言

海上升壓站基礎是海上水下樁基和上部升壓站模塊的連接段，是海上升壓站模塊安裝的重要承重結構件，是海上風電場的樞紐，負責將風電場內的風機產生的電能升壓后輸送到岸上。隨著我國海上風電規模的不斷擴大及深遠海風電場的開發，海上升壓站逐步向大規模、大容量的方向發展，升壓站基礎也隨之向超高、超重、超大方向發展，對升壓站基礎在加工廠建造、總組、運輸等提出更高的要求。

海上升壓站基礎主體為桁架結構，下部通過樁靴與鋼管樁灌漿連接，上部與升壓站基礎采用焊接連接。此外，升壓站基礎上還有內平臺結構、防撞結構、電纜保護管結構、爬梯和平臺結構、灌漿管結構、防沉板結構、吊耳結構等附屬構件。

本文依托廣州文船重工有限公司承建的中廣核惠州港口一海上風電場項目，研究海上升壓站基礎建造技術，確保產品建造施工高效，質量、安全風險可控。

2 ? ?海上升壓站基礎結構及分段劃分

海上升壓站基礎主體為桁架結構，其外形如圖1所示：①為升壓站基礎的登入系統；②為升壓站基礎的靠船件；③為升壓站基礎的主結構桁架；④為升壓站基礎的電纜管，；⑤為升壓站基礎的樁靴；⑥為升壓站基礎的防沉箱；⑦為升壓站基礎的防沉板。

海上升壓站基礎總重約為2 401.6 t，最大外形尺寸為54.10 mx42.63 m，垂直高度約62.6 m；海上升壓站基礎主結構由主樁腿、斜撐及水平撐組成，主樁腿采用直徑為1 400～2 300 mm、壁厚40～70 mm的鋼管；撐桿采用直徑為800～1 200 mm、壁厚25～60 mm的鋼管。

為了便于制造，依據海上升壓站基礎的結構特點，將海上升壓站基礎分上、中、下三段分別制作。其中，下段直接在運輸支承座上組裝，然后吊裝中段與上段的總組段。

3 ? ? 海上升壓站基礎建造工藝流程

建造工藝流程如圖2所示：材料、施工圖、場地等準備—→放樣及零件下料—→劃線、坡口切割—→鋼板加工卷圓、拼接圓筒—→長管節組對焊接—→胎架制作—→片體、片花預制—→片體、片花舾裝件安裝—→片體、片花交驗—→片體、片花涂裝—→上、中段總組成上總段—→上總段與下分段大合攏、安裝其它舾裝件—→交驗—→涂裝—→裝船。

4 ? ? 管節制作

海上升壓站基礎為空間桁架結構，其導管的管節是由直徑Φ800～Φ2 300 mm不等、厚度25～70 mm不等的直縫卷管焊接而成。

4.1 ? 單管節制作

管節為直縫鋼管，板材卷圓前需進行預處理，清理鋼板表面的油污、氧化鐵及熔渣；所有鋼板在單節卷制前，必須檢查板材編號、材質、板厚、外形尺寸等信息，如發現板材信息有誤或鋼板存在質量缺陷時，應及時向質量管理部反饋，核對無誤后方可進行作業。

（1）準備好各種內外圓弧靠板，并根據卷制筒體的直徑大小、壁厚選擇合適的卷板設備；

（2） 根據待滾圓鋼板的厚度、寬度、滾圓直徑、材質，通過計算機模擬給出相應的卷圓數據進行卷制；

（3） 卷制過程中用樣板檢查筒體的圓度，內弧樣板有效弦長為750 mm，使用1 mm厚鍍鋅鐵皮制作而成；

（4）采取多次彎曲鋼板并壓制適當長度，每次下壓量視鋼板厚度、筒徑而定，卷至閉合狀態即可；合口時需用電焊，每500 mm 點50～80 mm的定位焊，為控制變形，采用對稱點焊，其縱縫的間隙在2～3 mm；縱縫焊接采用埋弧自動焊雙面焊接工藝，先焊接內側焊縫，然后管節外碳刨清根后填充蓋面；焊后徑向錯邊≤t/10且≤3.0 mm，圓管兩端錯臺不超過1.5 mm。

4.2 ? ?管節組對制作

（1） 每個管節必須按照對接圖進行組對，組對時如果間隙過大必須調整；單個管節平行度、平面度、彎曲失高及高度要求非常嚴格，要求管節組對焊接時在專用滾輪架上進行；裝配時應盡量避免強行組裝以防止焊縫裂紋和減少內應力。

（2）調整各筒節錯邊量和直線度，對接錯邊≤0.1 t且長度3 m范圍內≤3 mm，長度12 m范圍內≤10 mm，長度超過12 m≤12 mm。

5 ? ?片花、片體、上分段制作

片花、片體、上分段結構，在水平胎架上靠模制作：首先按《升壓站基礎片花、片體、上分段胎架圖》劃好地樣線并定位好地樣鋼塊，在地樣鋼塊上劃好地樣十字線；根據地樣線定位胎架工裝位置及高度，尺寸測量時必須用同一個基準點；2軸和4軸為平面胎架，以地樣線為基準定位主弦管、斜撐管、水平撐管；上胎前必須核對管節編號、檢查管節截面圓度及外圓周長是否符合要求；2/4軸做成片體結構，B/F軸做成片花。

6 ? ? 運輸支承座制作

目前國內采用的單排式運輸支承座，支撐力不足、承載面積不夠，用于大型海上升壓站基礎會產生以下兩個問題：（1）大型海上升壓站基礎滾裝上船時需要自行式模塊運輸車SPMT，SPMT與支承座的接觸面不足，從而導致SPMT頂升結構梁變形過大；（2）單排式運輸支承座為簡支梁受力結構，簡化模型中簡支梁正中受集中荷載，故梁截面將很大，浪費材料。

本項目采用新型雙排式運輸支承座結構，利用現有龍門凳作為基礎，在龍門凳橫梁正中增加一排支腿，改善橫梁應力分布，同等受力情況下大大減少橫梁截面尺寸，節約材料，可滿足重量3 000 t以上的海上升壓站基礎的總組、滾裝上船及海上運輸的需要；雙排式SPMT液壓模塊車滾裝設計，可以將模塊車長度減半，此時縱橫兩個方向長度相差不大，克服了模塊車軸線過長、縱向剛度不足而導致無法運輸的難題，有利于運輸支承座所受壓力向下均勻傳遞。

根據設計圖建立運輸支承座三維模型，利用有限元分析軟件對運輸支承座進行模擬計算分析：對模型15個支腿底面進行約束，使其三個方向位移為0；在支承座頂部承載面加載豎直向下壓力，動載系數取1.1，不均衡系數取1.1。

7 ? ? 總組

7.1 ? ?下段立式總組

（1）升壓站運輸支座布置及地樣線設定

在總裝工位上按圖完成地樣十字線（允許偏差±1 mm）、路基板以及總裝胎架工裝定位（允許長寬偏差±2 mm，對角線偏差±3 mm）；用激光測量儀或水平管測量工裝頂部水平，將其調整到水平度偏差≤2 mm后，將總裝胎架工裝、路基板與地龍焊接固定；總裝設立沉降觀測點，總裝過程中做好地基沉降水平監控。

（2）防沉板結構小組件定位

在防沉板平臺正下方布置高凳（正對應防沉梁位置），高凳上表面高差≤3 mm，然后依次吊裝防沉板中間片體、四個角片體；防沉板片體與地樣線對齊，防沉板水平度偏差≤10 mm，然后進行合攏口的焊接。

（3）第一層水平支撐定位

在防沉板結構上安裝第一層水平支撐管，支撐管中心線與地樣線對齊，水平度偏差≤10 mm，然后進行合攏口的焊接。

（4）B軸/D軸片花安裝

在平面胎架上按圖制作B軸下部片體小組件和 D軸下部片體小組件，用兩臺起重機吊起進行B/D軸線下部片花定位安裝；定位時，片花下水平撐管與防沉板連接，并與地樣線對齊，水平度偏差≤10 mm，片花上口利用全站儀測量坐標值進行定位；定位后使用支撐工裝對片花進行牢固固定，所有工裝必須與地龍焊接固定，支撐工裝與小組件也要焊接固定。

（5）2/4軸結構片體安裝

片體在胎制作完成后，用一臺起重機吊鉤掛住2/4軸結構片體上部，另一臺起重機吊鉤掛住2/4軸結構片體下部，兩臺起重機配合將2/4軸結構片體吊離胎架后翻身90°成豎直狀態，吊裝至總組運輸工裝上定位；調整2/4軸結構片體與B軸、D軸片花小組件合攏口間隙，用全站儀測量2/4軸片體的上下口位置，確保測量數據與理論數據偏差≤5 mm；將2/4軸片體主弦管下口與總組運輸工裝點焊并用七字碼固定；焊接2/4軸結構片體與B軸、D軸小組件合攏口位置，確保焊接量達到合攏口總量30%后方可松鉤。

（6）樁靴安裝

樁靴分段采用臥式制作工藝制作完畢，用兩臺起重機抬吊吊起后，兩臺起重機配合使樁靴翻身成豎直狀態，然后進行樁靴的定位安裝；定位時樁靴筒節中心點與地樣線對齊，樁靴筒節中心線垂直度偏差≤8 mm；定位完成后焊接樁靴腹板與主腿管節的焊縫，確保焊接量達到合攏口總量30%后方可松鉤。

7.2 ? 中段、上段立式總組

（1）中段與下段總組胎架布置及地樣線設定

在中段與上段組裝工位上，按圖完成地樣十字線（允許偏差±1 mm）、路基板以及中段胎架工裝定位（長寬允許偏差±2 mm，對角線允許偏差±3 mm）；用激光測量儀或水平管測量工裝頂部水平，將其調整到水平度≤2 mm后，將中段胎架工裝、路基板與地龍焊接固定，設立沉降觀測點，組裝過程中做好地基沉降水平監控。

（2）2軸中段片體安裝

片體在胎制作完成后，用一臺起重機吊鉤掛住2軸結構片體上部，另一臺起重機吊鉤掛住2軸結構片體下部，兩臺起重機配合將2軸結構片體吊離胎架后翻身90°成豎直狀態，吊裝至安裝工裝上定位；用全站儀測量2軸中段片體的上下口位置，確保測量數據與理論數據偏差≤5 mm；將2軸片體主弦管下口與臨時運輸工裝點焊并用七字碼固定；2軸中段片體用臨時支撐工裝進行固定，確保片體成豎直狀態不發生傾覆。

（3）B軸/D軸中段片花安裝

在平面胎架上按圖完成制作B軸中段片體小組件和D軸中段片體小組件，用兩臺起重機吊起進行B/D軸線中段片花定位安裝；調整B/D軸中段片花與2軸中段片體合攏口間隙，用全站儀測量B/D軸片花的上下口位置，確保測量數據與理論數據偏差≤5 mm；定位完成后，B/D軸片花靠近4軸的自由端需進行臨時固定工裝固定；焊接2軸結構片體與B軸、D軸片花小組件合攏口位置，確保焊接量達到合攏口總量30%后方可松鉤。

（4）4軸中段片體安裝

片體在胎制作完成后，用一臺起重機吊鉤掛住4軸結構片體上部，另一臺起重機吊鉤掛住4軸結構片體下部。兩臺起重機配合，將4軸結構片體吊離胎架后翻身90°成豎直狀態，吊裝至安裝工裝上定位；調整4軸結構片體與B軸、D軸片花小組件合攏口間隙，用全站儀測量4軸片體的上下口位置，確保測量數據與理論數據偏差≤5 mm；將4軸片體主弦管下口與安裝工裝點焊并用七字碼固定；焊接4軸結構片體與B軸、D軸小組件合攏口位置，確保焊接量達到合攏口總量30%后方可松鉤。

（5）中段與上段組裝成上大段

待升壓站中段組裝完成并報驗合格后，用兩臺起重機聯吊上段至中段正上方，調整上段位置，緩慢將其放置在中段合攏口處的卡板范圍內；當中、上段靠攏后，保持吊裝狀態不動，通過鐵尖調整合攏口水平方向間隙，起重機繼續松鉤到50 t吊重（上分段理論重量140 t，選用兩臺起重機額定起重量滿足吊裝需求），測量上段主弦管水平標識位置水平度，通過鐵尖調整合攏口上下方向間隙，使上段水平度偏差≤5 mm；修割余量后重新定位裝配，確保焊接量達到合攏口總量30%后方可松鉤。

7.3 ? 整體總組

待升壓站上大段組裝完成并報驗合格后，用兩臺起重機聯吊上大段至下段正上方，調整上大段位置，緩慢將其放置在下段合攏口處的卡板范圍內；當上、下大段靠攏后，保持吊裝狀態不動，通過鐵尖調整合攏口水平方向間隙，起重機繼續松鉤到100 t吊重（上大段理論重量750 t，要求選用兩臺起重機額定起重量滿足吊裝需求）；檢查上大段主腿管節上測量劃定的水平基準線的水平度，通過鐵尖調整合攏口上下方向間隙，使上大段四條主腿水平基準線高低差≤3 mm，然后進行定位焊，確保焊接量達到合攏口總量30%后方可松鉤。

整體總組示意圖，如圖3所示。

圖3 ?整體總組示意圖

8 ? ?結束語

海上升壓站基礎，在高度方向采用三段式分段建造方案，其中下段重量較大，約占整體重量的70%；中段與上段重量較小，在地面組裝成上總段，然后再將上總段與下段（已在運輸工裝上建造完工）總裝成整體，可直接滾裝上船。本項目建造方法，其優點是降低高空作業工程量，將大量作業改為地面作業，減少施工難度和安全風險。

中廣核惠州港口一海上風電場項目海上升壓站基礎，是海上風電場的電能匯集中心，相當于海上風電場的心臟。該海上升壓站基礎是國內最高、外形尺寸最大的升壓站基礎。中廣核惠州海上風電場，已于2021年底實現全容量并網發電。

參考文獻

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技術 ， 2018.

[2]劉永前.海上風電場技術[M]. 北京：電子工業出版社， 2022.