海上風電單樁基礎坐底式穩樁平臺改造工藝研究與應用

武 強

（天津港航工程有限公司，天津 300457）

隨著我國海上風電工程建設的加快，工程場址的海域水深也逐漸變大。目前海上風電基礎形式以鋼管樁單樁作為主流基礎型式，鋼管樁沉樁用的坐底式穩樁平臺成了控制鋼管樁沉樁垂直度的關鍵性裝備，但國內現有的坐底式穩樁平臺可用于的海域水深范圍不同，故需對應用于其他海域的穩樁平臺進行改造以適應不同水深，以滿足現有工程工況的需要，減少重新加工穩樁平臺的時間和費用成本，增加穩樁平臺與施工船舶起重性能的適用性。

1 項目概況

華能山東半島南4號海上風電場項目風機基礎及風機安裝施工工程位于山東省海陽市南部海域，場區中心點距海岸約30 km，風電場場址水深29～31 m。風機基礎均采用無過渡段單樁基礎結構型式，樁徑6.0～7.8 m，樁頂高程+12.0 m（1985高程系），海平面高程為+0.01 m，樁底標高-67.5～-89.0 m，樁長79.5～101.0 m，樁重1 000～1 400 t。

2 穩樁平臺改造的意義

1）通過對穩樁平臺架體截除以及法蘭連接方式將穩樁平臺截短，使原有穩樁平臺能適應該工程的工程條件，并滿足本工程船機設備的使用條件。

2）對抱臂的結構進行改造，使其強度滿足現場沉樁水平荷載的要求，降低打開抱臂的油缸損壞帶來耽誤工期等的風險。

3）油缸底座移位，使其穩樁架液壓千斤頂調節系統滿足本工程樁徑較大的要求。

4）新增溜尾吊耳，在原來溜尾環狀吊耳的基礎上，在防沉板附近增加兩個溜尾吊耳，能夠更加適用于現場不同起重能力的溜尾起重船。便于穩樁平臺的翻身。

5）增加定位樁樁內站人平臺，因振動錘多次打拔定位樁可能導致定位樁樁頂損傷，增加站人平臺可提供人員維修定位樁頂損傷的操作空間。

3 現有坐底式穩樁平臺概況

穩樁平臺由上層平臺、下層平臺、抱臂、防塵板、油缸導向裝置和穩樁平臺架體組成[1]，每層抱臂上各有4個千斤頂，改造前穩樁平臺長22 m（防沉板邊到邊32 m），寬20 m（防沉板邊到邊30 m），高58.68 m，下層抱臂高度為46.6 m，上層抱臂高度為58.6 m，本項目樁頂高程+12.0 m（1985高程系），海平面高程+0.01 m，在鋼管樁沉樁過程中，至少下層抱臂上的千斤頂應持續對樁身垂直度進行控制，現有穩樁平臺可適應水深范圍為40～60 m，不滿足本項目水深為30 m的海域沉樁使用，改造前的穩樁平臺見圖1。

圖1 穩樁平臺實物圖

4 穩樁平臺改造內容

為了使現有穩樁平臺能應用于水深為30 m的工程海域，使穩樁平臺能滿足該工程單樁基礎施工的技術質量要求，現進行以下改造。

1）穩樁平臺架體切割。未改造時穩樁平臺及4根定位樁總重1 426 t，海上鋼管樁沉樁結束后需通過1 500 t起重船“嘉泰68”整體起吊移至下一機位，穩樁平臺及4根定位樁重量接近“嘉泰68”最大吊重，同時穩樁平臺下層抱臂需在沉樁全過程中與鋼管樁接觸，對鋼管樁垂直度進行控制，改造前在樁頂達到設計標高時，樁頂已位于下層抱臂以下（見圖2）。因此將穩樁平臺如圖2所示位置割除8.5 m，割除后穩樁平臺重量為790 t，定位樁改造完單根113 t，總重量為1 242 t，滿足“嘉泰68”吊重要求。穩樁平臺高度由58.68 m減小到50.18 m。

圖2 穩樁平臺改造示意圖

2）穩樁平臺架體連接處理。穩樁平臺4根柱腿切割完成后通過4對法蘭進行連接，法蘭與原柱腿之間為全熔透焊接，每對法蘭焊接完成后用高強螺栓連接，螺栓的力矩值按照設計要求施加，為增加法蘭連接的穩定性，在法蘭兩側每兩個螺栓之間各增加一塊加強鋼板，同時在六角頭高強螺栓的螺栓頭和螺母的一條邊上各焊接一個正方形小擋塊，防止在打拔定位樁時因振動錘振動而使高強螺栓松動。改造完成的穩樁平臺在完成69根鋼管樁沉樁后，法蘭連接處未見任何變形，螺栓未見有松動跡象，每根柱腿切割處的連接法蘭外徑為2 640 mm，內徑為2 322 mm，法蘭圓環寬度為318 mm。每對法蘭設36個螺栓孔，螺栓規格為M36。

3）抱臂強度改造。由于相似結構的坐底式穩樁平臺在沉樁施工中發生過打開抱臂的油缸與抱臂連接處撕裂的情況，導致穩樁平臺抱臂打不開，海上由于施工環境特殊，維修不便，導致類似工程近兩個月未進行沉樁施工，帶來巨大的經濟損失。為防止穩樁平臺抱臂在沉樁過程中發生撕裂和轉動，本次穩樁平臺改造在原4套抱臂上面板開工藝人孔后，進入箱體內部在容易撕裂的位置增加筋板，施工結束后進行人孔加襯墊封焊。同時在上、下平臺與抱臂連接銷軸處各新增兩個軸銷，以上措施均為減小沉樁時的力對抱臂帶來的損傷（見圖3、圖4）。

圖3 抱臂內部加筋板大樣圖

圖4 新增加銷軸大樣圖

4）油缸底座移位。改造前滾輪工作范圍為6.1～9.1 m，油缸行程1.5 m，無法滿足該項目樁徑6.0～7.8 m的要求，通過將油缸底座向中心位置移動400 mm來調節滾輪的工作范圍，使滾輪范圍變為5.3～8.3 m，此范圍滿足本工程的沉樁要求。油缸底座的移動方式為將原油缸底座從穩樁平臺上切除，移動后再次將油缸底座焊接在平臺上。規劃油缸底座移動距離時，主要的依據為鋼管樁的直徑，千斤頂在頂住鋼管樁最大直徑和最小直徑的位置時，每個油缸的行程應至少有25cm的富余量，以便更好地控制樁身垂直度。此種改造方式可用于大部分的穩樁平臺改造，大大節省了更換千斤頂油缸的費用（見第46頁圖5）。

圖5 油缸移位

5）增加穩樁平臺翻身吊耳。穩樁平臺在運輸船上為臥式狀態，到達現場后通過1 500 t起重船“嘉泰68”和500 t全回轉起重船“特順起重1號”雙機抬吊的方式進行翻身，通過計算原穩樁平臺翻身下吊耳的受力無法同時滿足“特順起重01”的吊高、吊重和跨距要求，將溜尾吊耳增加至防沉板位置可減小穩樁平臺翻身的溜尾吊重，滿足“特順起重01”的起重技術要求，更好地適應現有起重船機的吊裝性能，避免再次租賃大型起重船機的費用。

6）增加油管保護。穩樁平臺上層平臺上的油管裸露在外面，油管及油管連接件為易損物品，沉樁施工過程中施工人員在平臺上走動，同時平臺上也會放置施工用的設備，為防止過程中油管損壞，用花紋板將油管進行覆蓋保護，實踐表明，該方式大大保護了油管，減少了更換配件的麻煩（見圖6）。

圖6 上層平臺油管保護

7）定位樁吊耳移位。定位樁原吊耳中心位于樁頂以下0.7 m處，妨礙了振動錘的使用，為使打設定位樁的振動錘夾具容易夾在定位樁樁頂處，現將定位樁吊耳中心移至樁頂以下2 m處。

8）定位樁截除。定位樁原樁長90 m，現有定位樁的頂部和底部3 m范圍內均有加厚鋼板，現將定位樁長在中間截短20 m后將定位樁下部分與上部分進行全熔透焊接。單根由145 t減輕為113 t，從而減小穩樁平臺與定位樁整體移場時的重量，運輸、翻身、打設和拔出定位樁更加便捷，同時減小了由于定位樁太長對“嘉泰68”沉樁過程的影響。

9）增加定位樁樁頂站人維修平臺。根據以往的鋼管樁沉樁施工經驗，為應對定位樁在打設和拔出過程中樁頂出現損壞的情況，現在定位樁內頂部，距離樁頂1.2 m的位置設置井字支撐，作為樁頂損壞時人工檢修的平臺（見圖7）。

圖7 井字支撐

10）定位樁插銷移位。穩樁平臺與定位樁移場時通過起重船“嘉泰68”一同移場，穩樁平臺與定位樁間通過定位銷連接固定，由于穩樁平臺和定位樁截短導致定位樁插銷位置需要更改，根據穩樁平臺轉場時與定位樁的相對位置關系，確定新的定位樁插銷位置，重新加工插銷孔，新增插銷數量為12個，插銷孔結構形式與原定位樁插銷孔結構形式一致。

5 施工測量

穩樁平臺改造施工過程中主要的施工測量內容為油缸移位距離測量、穩樁平臺柱腿直線度測量、截除原結構長度測量、定位樁吊耳和定位樁插銷孔位置測量、新增翻身吊耳位置測量等。測量工具主要為卷尺，施工人員在測量過程中應反復確認后方可進行施工，記錄測量數據結果，確保滿足設計及規范要求。

6 施工試驗

根據設計圖紙和規范要求，穩樁平臺及定位樁在整個改造過程中需對焊縫做對應的試驗檢測，主要對改造處的焊縫進行表面裂紋檢查和100%超聲波檢測（Ultrasonic Testing，UT），海上大直徑鋼管樁沉樁屬于超危大工程，對焊縫的要求屬于一級焊縫檢測，具體檢測內容見表1。

表1 施工試驗計劃表

7 結束語

全國的海上風電項目在2021年經歷了“搶裝潮”，國內海上風電施工過程中坐底式穩樁平臺使用較為常見，但穩樁平臺基本呈現類似海域可共用的現象，當風場水深發生較大變化時，目前尚無能夠適應各種水深條件的穩樁平臺，一般需重新定制穩樁平臺，或對原有穩樁平臺進行改造。此穩樁平臺應用的工程項目為將原有穩樁平臺截短，如有需要，也可根據實際水深將現有穩樁平臺加長以適應更深的水深，為國家海上風電走向深海提供工程設備，此次穩樁平臺的改造非常成功地應用在山東省首個海上風電項目中，為山東省的能源轉型提供了設備保障。希望本文可以給后續有類似穩樁平臺的改造提供幫助，在確保安全和質量可控的前提下，順利完成海上風電單樁基礎沉樁施工。