海上風電單樁基礎坐底式平臺船沉樁施工技術分析

胡偉劍

中國大唐集團有限公司廣東分公司 廣東 海珠 510000

引言

以人為本，維持可持續發展是我國的指導理論。在未來，針對能源進行開采與運用的重點，必然由陸地轉向海洋。除了海底石油、天然氣的開采之外，建設海上設施，充分利用充足的海洋風完成發電，不僅可以緩解化石能源火力發電方式面臨的多方壓力，還能從根本上保證我國供電網絡的穩定運行。

1 海上風電單樁基礎坐底式平臺船沉樁施工項目的環境情況及作業要求

海上風電單樁基礎施工技藝盡管已經得到了廣泛應用，但相較于內陸地區，海灘環境的復雜程度及不可控因素更多，如海灘的高差較大，自然情況變動頻繁，潮汐運動一旦較為劇烈，將會為風電基礎施工造成嚴重的干擾。此外，依靠平臺船施工時，船舶吊高、吊重的現實要求與船舶吃水淺的矛盾幾乎處于“完全對立”的狀態，作業船波及運輸船舶依照潮汐運動進行定位時往往出現較大的偏離等，均會影響施工進度。因此，開展海上風電基礎設施修建項目時，相關單位必須充分考慮實際環境，做好充足的準備，嚴格遵守硬性要求[1]。

本文以廣東省某海上風電單樁沉樁工程項目為例進行分析，施工區域的自然情況及作業船舶的要求如下：

（1）該海上風電場與北側最近的島礁距離為11.5km，距西側大陸最近距離為18km，廠址規劃面積約56km2，水深為18～26m，規劃容量達到322MW。

（2）該海上風電場工程風機基礎施工、塔筒制造、風電機組安裝施工標等分項工程中，共包括23臺上海電氣7.0MW 風機基礎施工（均采用單樁基礎施工，地質條件分類為非嵌巖，即為分別為13#～18#，30#～46#）、塔筒制造與運輸、風電機組安裝施工、1臺海上升壓站基礎施工、安全監測工程施工所涉及的全部工作。

（3）作業區年日照2000～2500小時，日照最短為3月份。年降雨量1300～1800毫米，多集中在4～9月份。年平均氣溫18℃～22℃，最低氣溫在0℃以上；最高氣溫35℃～38℃，多出現于7月中旬至8月初受太平洋副熱帶高壓控制期間。冬季偶有短時霜凍。根據現場勘測資料，11個鉆孔泥面標高最淺的為-18.30m，最深為-24.26；基于場址水深圖，大致呈現出從西北往東南水深越來越深，整個場址區域的水深為18～26m。

2 單樁基礎式平臺船沉樁施工控制技術

2.1 船機選型及改造技術要求

本工程最大單樁重約1558t、擬選用東海工7（2600t起重船）作為主起重船，蘇航工818（1200t起重船）作為輔吊，鎮航工868（800t起重船）進行基礎防沖刷施工，完全能滿足單樁沉樁施工及附屬構件施工。經可打性分析，投入IHC S-3000液壓打樁錘進行單樁沉樁施工，滿足要求。擬投入風機安裝施工使用的鐵建風電01號為自升式風電安裝船，滿足于近海風電場施工作業，由船體、升降系統、起重機和打樁系統組成，船艏設置100人甲板樓，最大作業水深50米，配有1300t起重能力的繞樁吊，滿足本工程7兆瓦風機安裝施工要求。

完成上述接駁后，還需按照如下流程展開后續作業：

（1）①鋪設平臺，擺放底座，安裝橫梁；②完成左右兩側履帶的安裝，并將配重設備及轉臺放置于相應位置，進行調試；③安裝動力站和小桅桿，再次配重并安裝超起桅桿；④吊裝抬起主臂及超起配重裝置安裝及吊鉤串繞全部完成后，對“扳起”作業過程進行檢查，并開展試運行檢測。

（2）為了全面保證施工安全，提升定位的準確性，需要在船舶之上增設錨纜系統。經過精確的計算及分析，項目組認為起重船完成單樁結構的起吊、立樁、進龍口、穩樁、定位等作業，要求起重船起重能力2200t以上，吊高90m以上，舷外吊距大于20m。

2.2 單樁沉樁施工技術簡析

（1）平臺船駐位前，安排潛水員下水摸探駐位位置是否有塊石、鐵塊等雜物。駐位后，由測量人員對水深進行實時測量，保證平臺船插腿過程中，船舶處于漂浮狀態。

（2）平臺船叉腿完成后，將4口全部放松并開始頂升，頂升時需嚴格按照船舶操作手冊進行操作。完成頂升后，在平臺船與基礎直接搭設臨時鋼棧橋并焊接牢靠。

（3）做好風機安裝施工準備之后，進行底段塔筒吊裝作業：①底塔筒就位前，需在基礎法蘭上安裝丁基橡膠條，實現密封；膠條距離法蘭外邊緣的距離為2～3mm；②將底塔筒緩慢移動至基礎為之后，調整塔筒門的朝向，對準基礎環上的法蘭螺栓孔與底塔筒下的法蘭螺栓孔；③將螺栓自下而上穿入對其的螺孔后，擰緊螺母，以螺栓露出螺紋端頭為標準。中段及頂段的塔筒吊裝可參照底塔筒吊裝，均需保對螺栓進行緊固。

（4）鋼管樁沉樁質量控制的有效措施如下：①單樁垂直度控制措施，共分為兩種：其一，船上自帶雙層抱樁器；其二，輔助樁穩樁平臺，均采用兩層鋼桁架作為定向導向架來控制單樁沉樁的垂直度。基于工程實際需求，采用定位平臺穩樁，通過自重入土、壓錘入土、輕擊至可調土層三個階段的不斷觀測調整來確保單樁質量指標。②單樁樁頂法蘭保護措施。單樁頂部法蘭在沉樁過程中不能受到損壞，因此沉樁時在樁頂上連接保護工裝法蘭。工裝法蘭通過高強螺栓與樁頂法蘭緊密貼合。

（5）沉樁的流程為：①自沉入土。將起重船的主鉤緩慢落下，在樁基的自重作用下逐漸下沉；當莊基底面接觸海床面時，鋼絲繩應力會有一個突變，此時應密切注意鋼絲繩應力變化，防止鋼絲繩脫鉤，當鋼管樁插入海床一定深度后，停止下降。②壓錘。樁自沉完畢后，起重船主鉤吊沖擊錘至鋼管樁樁頂，并開始壓錘。③對沉樁進行錘擊。在初始階段，應保持能量小、頻率低的原則，逐漸加大能量。鋼管樁沉入1m后，需暫時停止作業，觀察樁身垂直程度，發現偏離情況，可借助千斤頂進行調整。

3 結束語

本文結合實際工程案例，對施工區域的真實情況進行了介紹，圍繞單樁的沉樁施工全過程技術難點展開了分析，最終結果符合項目預期，成本支出均控制在合理范圍內。綜合而言，基于專用船舶改進理念，運用現有材料設備，完成了單樁的沉樁施工，能夠為今后的工程實踐提供相對系統的參考，解決更多問題。