超大型變直徑單樁穩樁平臺設計淺談

方如意

摘要：根據近年來我國海上風電場統計，海上風電單樁基礎已占據絕大部分市場，隨著科技的進步，單樁基礎也朝著超大直徑型發展，以適應更大功率的風機。本文從施工建造出發，結合項目特點總結了超大型變直徑單樁穩樁平臺的設計理念和方法，對穩樁平臺的結構設計和液壓系統設計做了簡單的介紹，羅列出穩樁平臺主要設備參數，介紹了各個系統的工作原理及簡單工作流程。

關鍵詞：穩樁平臺 結構設計 液壓系統設計 電控系統 沖洗系統

Abstract： According to the statistics of offshore wind farms in China in recent years， the offshore wind powermono-pile foundation has occupied the majority of the market. Advanced science technology has greatly increased the diameter of mono-pile foundation to match turbines of larger power. Starting from the construction and combined with the characteristics of the project， this essay has drawn a conclusion to the design concept and method of the pile stabilizing platform for super large mono-pile in variable diameter， briefly introduces the structural design and hydraulic system design of the stabilizing platform， lists the main equipment parameters of the stabilizing platform， and introduces the working principle and simple work flow of each system.

Key Words： Pile stabilizing platform; Structure design; Hydraulic system design; Electronic control system; Flushing system

近年來，隨著國內海上風電市場的飛速發展，單臺風機功率越來越大，對應所需要的單樁基礎直徑也越來越大，我司承建的單樁底部最大直徑9.6m，頂部法蘭直徑6m，為市面上最大變直徑單樁。目前市面上已建造投入使用的穩樁平臺并不能滿足這超大型變直徑單樁的打樁輔助要求，為此，業主特委托我司設計建造對應使用的穩樁平臺[1]。

1 概述

此次建造的穩樁平臺總重量約1573t，高55.1m，長41m，寬28.4m，入水深度30m，定位樁長85m，直徑2.42m。該穩樁平臺配備先進的液壓導向糾偏系統，在定位基礎單樁時可通過控制室實時調整樁身傾斜度;該穩樁平臺配備先進的防吸附沖洗系統，采用4臺潛水泵結合布置于防沉板的噴嘴對防沉板底部淤泥進行沖洗，破除防沉板與淤泥間吸附力并減少防沉板上淤泥堆積量，減少移位起吊時吊機受力，極大的提高了移位速度。該穩樁平臺將滿足國內惡劣海況下單樁的施工，能在水深超30m進行直徑10m，單重超過2200t的單樁施工作業 [2]。

穩樁平臺主要由主體結構、供電系統、液壓系統、電控系統及防沉板沖洗系統組成。1.主體結構

穩樁平臺主體結構由上部導向結構、底部立柱結構組成，是由Q355D材質的鋼板及管材焊接而成[3]。

上部導向結構主要為上抱環、下抱環以及抱環間支架組成的空間立體桁架式結構，上抱環及下抱環各布置有4套油缸導向裝置，油缸行程為2.5m，單個油缸頂推力可達200t。油缸導向裝置主要由內輪盒及外輪盒組成，外輪盒與上下抱環之間采用螺栓連接，內輪盒放置于外輪盒內，通過液壓油缸系統保證內輪盒在行程內進行伸縮運動。為了減少內外輪盒相對滑動的摩擦力，內輪盒側板每邊各設置2道30mm寬的長導向板。特別注意，為了保證打樁時的垂直度，上抱環及下抱環的絞點機加工垂直度要求不超過0.5mm，2軸平行度不超過0.25mm[4]。

上抱環及下抱環四角設置有定位樁導向裝置，定位樁導向裝置主要由導向板結構、筒體結構以及定位樁固定裝置組成。定位樁導向裝置與上下抱環牢固焊接。另外，上抱環設置有8套插銷式吊耳裝置，主要由于整套設備的起吊轉運，浮筒上方設置2套插銷式翻身吊耳，主要用于整套設備翻身[5]。

抱環間支架主要由鋼管焊接而成，支撐連接上下抱環，鋼管之間還設有剪刀撐鋼管，確保上部導向結構的鋼性?？拷Лh方向的鋼管設置有2個儲備浮力各為100t的浮筒，用來調節穩樁平臺入水后的水平度，保證穩樁平臺整體平穩，方便打樁。

底部立柱結構為鋼管焊接而成的桁架結構，桁架結構下部鋪設有防沉板，用來保證整體結構工作時平穩性，同時避免整個結構陷入海底泥面以下過深。

2.供電系統。

平臺供電系統由柴油發電機，燃油日用柜及主配電柜組成，柴油發電機為風量濕式油底殼，燃油日用柜需滿足7日自持力的供油需求，柴油發電機及相應主配、輔配及油柜置于獨立箱體內，箱體內設置感煙探頭，箱體內需設置相應通風系統以滿足發電機散熱需求，箱體采用卡板固定于上平臺合適位置。

3.液壓系統。

本穩樁平臺液壓頂推系統由8個液壓頂推油缸（上下抱環各4個）、4個抱環油缸（上下抱環各2個）、2個鎖緊油缸（上下抱環各一個），液壓泵站、控制閥塊及相應液壓管路組成。

3.1主要油缸參數

3.1.1 頂推油缸

推力：200t。

行程：2500mm。

3.1.2 抱環油缸

推力：700kN。

行程：1050mm。

3.1.3 鎖緊油缸

行程：1200mm.

頂推油缸與樁身接觸面采用滾輪型式，滾輪材質為高強度聚四氟乙烯，滾輪銷軸處和油缸銷軸處均設有牛油嘴，頂推油缸需含壓力傳感器、行程傳感器[6]。

3.2液壓泵站

液壓泵站為集成式液壓泵站，自帶液壓油柜（含注入、透氣、放泄、檢修孔等）、液壓泵（2臺，一用一備），控制閥塊（數量及型號按系統設計選型）、油溫監測探頭、油位高低位報警浮球，浮子式液位計，液壓泵站置于獨立集裝箱內，集裝箱用卡板或地鎖固定于上平臺合適位置，泵站內設置感煙探頭，泵站內需設置相應通風系統，以滿足液壓泵站散熱需求。

閥塊組部分的主要功能是對各油缸的執行動作起到控制作用。穩樁平臺閥塊組件采用集成安裝的方式，簡潔美觀，并設有集油盤，操作維護方便。各個閥塊采用選用45鍛件，調質處理，表面鎳磷處理，油缸液壓鎖緊，保證設備安全可靠。油缸位置控制采用伺服閥，開環、閉環及手動操作，分步或多步實施，滿足打樁的精度要求。

3.3液壓控制系統

穩樁平臺液壓系統是通過方向閥、節流閥、壓力閥等共同控制油缸的伸縮，確定各個油缸（位移傳感器）的伸出長度，樁就位或者夾緊，通過開環、閉環及人工手動操作調整控制后，檢測樁是否處于豎直狀態，如在要求的豎直公差范圍內，即可操作打樁。

本液壓控制系統包括供油裝置、閥塊組兩大部分。供油裝置既是一個動力源，也是一個油液貯存和處理中心，通過它系統可得到所必需的工作介質——礦物油;閥塊組部分的主要功能是對各油缸的執行動作起到控制作用。

供油裝置主要為系統提供動力，主要包括油箱組件、泵出口組件、底架、電機泵組、過濾器組件、風冷卻器、端子箱等元器件。

液壓控制系統需要能夠實現手動控制即自動控制，手動控制與自動控制分別位于兩個獨立的控制屏，分別互鎖，手動控制與自動控制要能完整實現頂推油缸、抱環油缸、鎖緊油缸的伸出、縮回及鎖定等功能，并實時顯示油缸行程，如系統工作壓力超過設計壓力時，管路壓力傳感器需反饋信號至控制臺，并提供蜂鳴報警并切斷供油電磁閥，液壓控制系統控制屏為觸摸屏并提供鼠標及鍵盤。

4.電控系統

本穩樁平臺電控系統分為液壓控制系統及柴油發電機控制系統，兩系統需提供獨立的控制屏，置于一個控制臺上?？刂婆_位于液壓泵站集裝箱內與液壓泵站之間采用“鋼質+隔音+內裝板型式”隔離，控制室需要經過隔音處理。

5.防沉板沖洗系統。

本穩樁平臺設置防沉板沖洗系統，用于清除防沉板表面淤積淤泥，以破壞防沉板與泥面接觸面的吸附力，本系統由4臺沖水泵、防沉板沖洗環管、安全閥及相應管路組成[7]。沖水泵具體數據如下。

流量：80m3/h;揚程：100m，泵體：球墨鑄鐵;葉輪：硅黃銅;泵軸：不銹鋼;密封：機械密封;功率：～37kW。

6 結語

為了保證海上風機的平穩運行，要求風機單樁基礎沉樁時垂直度不得大于3/1000，而穩樁平臺是保證單樁基礎沉樁精度的關鍵設備。筆者所在公司曾建造過類似的較小穩樁平臺，實際使用中配合優化的打樁工藝，可以控制單樁垂直度在1/1000以內，最高達到過5/10000的垂直精度。本穩樁平臺專為特定項目特定區域海況設計，針對更復雜的海況，可以研究可變性穩樁平臺，將下段拆分為活動式的三部分，通過法蘭用螺栓連接，更具不同的水深采用不同的組合，增大穩樁平臺的普適性。

參考文獻

[1] 毛金銳.外海超大型鋼管樁沉樁穩樁平臺設計與應用[J].鐵道建筑技術，2021（6）：85-89.

[2] 畢宇.海上風電單樁穩樁平臺研究[J].中國設備工程，2019，（1）：164-165.

[3] 《材料與焊接規范》2018年綜合文本發布[J].船舶標準化工程師，2018，51（4）：38.

[4] 鄒天城，劉星.海上風電超大型單樁沉設垂直度控制[J].中國港灣建設，2018，38（2）：35-38.

[5] 潘曉煒.海上風電大直徑單樁翻身鉗溜尾吊裝工藝優化[J].海洋開發與管理，2018，35（S1）：123-125.

[6] 董鵬.海上風電大直徑鋼管樁沉樁精度控制措施研究[J].鐵道建筑技術，2020（4）：150-154.

[7] 孫小釬，曹淑剛，等.大直徑植入式單樁在海上風電中的創新型應用[J].太陽能學報，2020，41（8）：295-303.