海上風電大直徑鋼管樁單樁基礎施工技術研究

0 引言

風電塔基座是海上風力發電的重要條件，而大直徑單樁基礎沉樁施工技術則是風電塔基座重要保障。在實施海上風電大直徑單樁基礎施工時，面對的是多變的海洋環境、嚴格的技術標準和高難度的施工條件。海洋環境錯綜復雜，既包括復雜的水文氣象情況，也涵蓋了多變的海底地質特征，這些因素均對施工的技術執行度和安全性構成了挑戰。

目前的單樁基礎沉樁施工技術在實踐中顯現出了一定的局限性。如王耀武[]提出施工技術可能對鄰近構造物和土壤環境產生顯著影響，不適宜應用于堅硬的地層，且風機基礎容易遭受疲勞損傷。方泗杰[2提出的技術對壓樁機械的選擇要求嚴苛，且難以穿透硬質地層，從而影響施工質量。鑒于此，本文深入研究海上風電大直徑單樁基礎沉樁施工技術，以期提高風電塔基礎的施工質量，推動海上風電產業的健康發展。

1工程概況

申能海南CZ2海上風電工程項目坐落于北部海域，水深范圍在 15～25m ，中心點距離海岸線大約 27km 。該項目區域東西跨度約 18km ，南北寬約 17km ，總面積約為191km²"，總規劃裝機容量為1207MW。

該工程項目主要依據GB/T50571—2010《海上風力發電工程施工規范》、GB12327—2022《海道測量規范》，參照中國船級社GD01一2020《海上風電場設施施工檢驗指南》，按照施工設計方案組織施工。

按照GB12327—2022《海道測量規范》規定繪制的該海上風電工程項目海域基面關系如圖1所示。圖1清晰展示了工程所處海域的底面與海面之間的關系。根據圖1數據可知，理論上的深度基準面位于平均海平面之下2.4m處，而平均海平面則是相對于高程基準向上移動0.73m來確定。

2海上風電大直徑鋼管樁單樁基礎施工要點2.1鋼管樁起吊方法和起吊程序

2.1.1 起吊方法

在海上風電大直徑鋼管樁的起吊過程中，本文采用了單鉤三點起吊翻身法（即斜吊法）。具體而言，就是將起重船的主鉤掛到鋼管樁的上吊耳上，同時將翻身鉗掛在鋼管樁的底部[3]。

2.1.2 起吊程序

在運樁駁船與起重船靠近后，首先將起重船的翻身鉗穩穩地掛到鋼管樁的底部。隨后將起重船主吊鋼絲繩索具套入鋼管樁的兩個上吊耳上，并仔細調整鋼絲繩鎖具的垂直度，以確保起吊過程的安全與穩定[4]。單鉤三點起吊翻身法（即斜吊法）操作現場如圖2所示。

為了預防鋼管樁尾部與運樁駁船的甲板發生意外碰撞，在鋼管樁的吊裝過程中，必須嚴密監控其起吊角度，使其保持在預設的 15^° 之內。當樁身升起離開運樁駁甲板約0.5m的高度時，吊裝作業需暫停，進行歷時5min的全面檢查，重點檢查和評估鋼絲繩的受力情況[5]。在確認所有組件均正常無誤后，吊裝作業方可重啟。隨著樁身持續上升，當其高度達到運樁駁船甲板上方2至3m時，將運樁駁船適時撤離作業區域。

在運樁駁船撤離后下放主鉤，使鋼管樁緩慢落入海底。同時，持續觀察主鉤的受力情況。當鋼管樁尾部鋼絲繩不再受力且出現松弛狀態時，停止下放主鉤，并通過主吊副鉤的帶力作用，使鋼管樁尾部鋼絲繩脫離主鉤，完成鋼管樁尾部吊具的拆除。隨后將主鉤再次提升，使鋼管樁逐漸形成豎直狀態。按照上述起吊方法和起吊程序，確保了鋼管樁起吊過程的穩定與安全。

2.2將鋼管樁送入穩樁龍口并自沉

2.2.1將鋼管樁送入穩樁龍口

當鋼管樁吊裝到豎直狀態后，起重船利用起重臂的旋轉及絞錨移船技巧，將鋼管樁送入穩樁平臺的龍口位置，并啟動自沉過程。鋼管樁送入穩樁龍口操作現場如圖3所示。

將鋼管樁送入穩樁龍口后，采取釋放前錨并收緊后錨的方法，確保起重船的船體平穩地向后方移動。起重船共配備了8個錨（前、后各4個）。在進行前、后錨操作時，需確保各錨纜協同作業，形成有序的松、緊配合[6]。利用船首的八字錨進行微調，控制起重船與穩樁平臺之間的距離，以確保將鋼管樁準確無誤地送入抱樁器的中心位置。當鋼管樁到達抱樁器的抱環中心時，驅動抱樁器的開合液壓缸將其抱環閉合，至此完成將鋼管樁送入穩樁龍口的程序。

2.2.2 鋼管樁自沉

將鋼管樁送入穩樁龍口后，主起重船的吊鉤開始逐漸放松，鋼管樁在自身質量的作用下，緩緩沉入海底泥土之中。當鋼管樁下沉到海底泥面下的一定深度并保持穩定后，起重船繼續釋放鋼絲繩，使其處于松弛狀態但不脫離吊鉤，隨后進行15min觀察。在觀察時間內若鋼管樁樁身有變化，需延長觀察時間。

2.3工藝法蘭安裝和垂直度調整

2.3.1安裝工藝法蘭

鋼管樁在完成穩樁龍口入位與自沉工序，且經過觀察鋼管樁樁身無變化后，即可進行工藝法蘭的安裝作業。工藝法蘭螺栓連接孔的數量是鋼管樁的樁頂法蘭連接孔的 50% 。工藝法蘭螺栓連接孔與樁頂法蘭螺栓連接孔需精確配合（螺栓、螺母、墊圈等配套提供）。工藝法蘭所有螺栓連接孔的孔位和孔徑必須與樁頂法蘭孔保持一致。

2.3.2鋼管樁垂直度調整

完成工藝法蘭安裝后，隨即進入鋼管樁垂直度調整階段。先將鋼管樁平穩地降入抱樁器的下層區域，確保其精確地坐落于抱樁器下層中心。然后將抱樁器的上、下兩層同步啟動，對所有千斤頂進行均勻且適度的預緊，從而穩固鋼管樁的位置。

之后進入垂直度初步校正階段。通過調整兩個吊鉤的高度，對垂直吊耳方向的垂線進行校正，確保其垂直度。與此同時，利用起重船的拔桿功能，對鋼管樁的方位進行微調，并使其始終保持垂直狀態。在此過程中，液壓缸的推桿頂滾輪輕輕觸碰鋼管樁的外壁，僅施加必要的力量以保持其穩定，避免對其過度施壓[7]。

在確認鋼管樁初步達到垂直狀態下，逐步減小吊荷并釋放吊鉤，使鋼管樁在抱樁器的上、下導向機構引導下平穩下沉。在此下沉過程中，需不斷監測鋼管樁的垂直度。若需進行微調，應先嘗試利用抱樁器的下層機構進行調整，直至鋼管樁穩定下沉至預定位置。

2.3.3鋼管樁垂直度監測

為確保鋼管樁在沉樁施工過程中的垂直度，采用2臺全站儀進行監測。這2臺全站儀分別放置于抱樁器平臺上，呈 90^° 角布置，以全面監測鋼管樁的垂直狀態。

通過2臺全站儀同時觀測，可以準確判斷鋼管樁是否垂直，確保鋼管樁施工質量和安全。

在觀測過程中，如發現鋼管樁出現傾斜或偏移，應立即采取措施進行調整，直至達到設計要求。鋼管樁垂直度監測如圖4所示。

2.4單樁基礎錘擊沉樁作業

2.4.1錘擊沉樁作業程序

在鋼管樁垂直度精確調整后，隨即使用IHCS-3600型液壓錘展開單樁基礎的錘擊沉樁作業。在沉樁作業開始前，需將吊錘的吊鉤調整至使吊繩輕微松弛的狀態，同時要保證液壓錘頂端的卸扣與水平方向形成 45^° 的夾角。在整個沉樁過程中，吊繩應始終保持適當的松弛度，以確保液壓錘錘體的安全運行。

在確保單樁垂直的基礎上啟動液壓錘，以低能量進行3＼～4次點動錘擊沉樁操作。在此期間由測量人員密切監測樁身數據，并對樁身姿態進行微調。待樁身姿態穩定后，繼續沉樁作業，并在每下沉1＼～2m處進行一次觀測與調整。當樁身深入海底土層達到10m時，將觀測與調整的頻率調整到每3＼～4m一次。

2.4.2錘擊沉樁作業參數及后續測量

穩樁平臺固定后的錘擊沉樁作業控制要求如表1所示。錘擊作業完成后，利用專門的測量平臺將工作人員安全吊送至樁頂內部，以便對樁頂高程進行再次測量，確保樁頂高程誤差被嚴格控制在 50mm 以內，并且不允許出現負偏差的情況。

3施工效果和分析

3.1 施工效果

按照本文所述海上風電大直徑單樁基礎沉樁施工技術，進行該工程項目單樁基礎沉樁施工，并對施工結果進行了質量驗收。基礎沉樁施工質量驗收結果如表2所示。

3.2對施工效果的分析

從表2可知，基礎沉樁施工質量驗收共選取了3項關鍵指標，所有指標的實測值均在標準允許范圍內。由此證明，本文所述施工技術具備高度的精確性和優質的施工質量，能夠確保海上風電大直徑單樁基礎沉樁施工的正常進行。

4結束語

海上風電大直徑單樁基礎沉樁施工技術的研究是新能源領域的一項關鍵議題，直接關系到海上風電場的穩固性和安全性。本文通過系統化的研究與實踐，成功實現了基礎沉樁施工的標準化流程，顯著提升了沉樁結構的抗疲勞能力，進而延長了其使用壽命，并確保了整個施工過程的品質與安全。展望未來，該項研究將不斷深入，致力于發掘更為高效、環保且智能化的施工技術方案，以期進一步推動海上風電技術的創新與發展貢獻力量。

參考文獻

[1]王耀武，鄭康勝，張吉海，等.海上風機單樁基礎沉樁施工工藝與應用[J].南方能源建設，2024，11（4）：180-189.

[2]方泗杰.海上風電工程建設中的大直徑鋼管樁基礎沉樁施工工藝[J].中國高新科技，2022（23）：145-146.

[3]沙欣宇，薛海峰，張震宇.海上風電大直徑鋼管樁基礎沉樁施工技術[J].水電與新能源，2022，36（9）：18-21.

[4]周國興，張金發，張震宇，等.海上風電自升式輔助穩樁平臺大直徑單樁基礎施工技術[J].水電與新能源，2022，36（9）：47-49.

[5]胡忠平，鄭川，張毅.海上風電大直徑單樁附屬構件安裝及施工測量技術[J].水電與新能源，2022，36（6）：4-7+11.

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