海上风电单桩基础坐底式平台船沉桩施工技术分析

胡伟剑

中国大唐集团有限公司广东分公司 广东 海珠 510000

引言

以人为本，维持可持续发展是我国的指导理论。在未来，针对能源进行开采与运用的重点，必然由陆地转向海洋。除了海底石油、天然气的开采之外，建设海上设施，充分利用充足的海洋风完成发电，不仅可以缓解化石能源火力发电方式面临的多方压力，还能从根本上保证我国供电网络的稳定运行。

1 海上风电单桩基础坐底式平台船沉桩施工项目的环境情况及作业要求

海上风电单桩基础施工技艺尽管已经得到了广泛应用，但相较于内陆地区，海滩环境的复杂程度及不可控因素更多，如海滩的高差较大，自然情况变动频繁，潮汐运动一旦较为剧烈，将会为风电基础施工造成严重的干扰。此外，依靠平台船施工时，船舶吊高、吊重的现实要求与船舶吃水浅的矛盾几乎处于“完全对立”的状态，作业船波及运输船舶依照潮汐运动进行定位时往往出现较大的偏离等，均会影响施工进度。因此，开展海上风电基础设施修建项目时，相关单位必须充分考虑实际环境，做好充足的准备，严格遵守硬性要求[1]。

本文以广东省某海上风电单桩沉桩工程项目为例进行分析，施工区域的自然情况及作业船舶的要求如下：

（1）该海上风电场与北侧最近的岛礁距离为11.5km，距西侧大陆最近距离为18km，厂址规划面积约56km2，水深为18～26m，规划容量达到322MW。

（2）该海上风电场工程风机基础施工、塔筒制造、风电机组安装施工标等分项工程中，共包括23台上海电气7.0MW 风机基础施工（均采用单桩基础施工，地质条件分类为非嵌岩，即为分别为13#～18#，30#～46#）、塔筒制造与运输、风电机组安装施工、1台海上升压站基础施工、安全监测工程施工所涉及的全部工作。

（3）作业区年日照2000～2500小时，日照最短为3月份。年降雨量1300～1800毫米，多集中在4～9月份。年平均气温18℃～22℃，最低气温在0℃以上；最高气温35℃～38℃，多出现于7月中旬至8月初受太平洋副热带高压控制期间。冬季偶有短时霜冻。根据现场勘测资料，11个钻孔泥面标高最浅的为-18.30m，最深为-24.26；基于场址水深图，大致呈现出从西北往东南水深越来越深，整个场址区域的水深为18～26m。

2 单桩基础式平台船沉桩施工控制技术

2.1 船机选型及改造技术要求

本工程最大单桩重约1558t、拟选用东海工7（2600t起重船）作为主起重船，苏航工818（1200t起重船）作为辅吊，镇航工868（800t起重船）进行基础防冲刷施工，完全能满足单桩沉桩施工及附属构件施工。经可打性分析，投入IHC S-3000液压打桩锤进行单桩沉桩施工，满足要求。拟投入风机安装施工使用的铁建风电01号为自升式风电安装船，满足于近海风电场施工作业，由船体、升降系统、起重机和打桩系统组成，船艏设置100人甲板楼，最大作业水深50米，配有1300t起重能力的绕桩吊，满足本工程7兆瓦风机安装施工要求。

完成上述接驳后，还需按照如下流程展开后续作业：

（1）①铺设平台，摆放底座，安装横梁；②完成左右两侧履带的安装，并将配重设备及转台放置于相应位置，进行调试；③安装动力站和小桅杆，再次配重并安装超起桅杆；④吊装抬起主臂及超起配重装置安装及吊钩串绕全部完成后，对“扳起”作业过程进行检查，并开展试运行检测。

（2）为了全面保证施工安全，提升定位的准确性，需要在船舶之上增设锚缆系统。经过精确的计算及分析，项目组认为起重船完成单桩结构的起吊、立桩、进龙口、稳桩、定位等作业，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 单桩沉桩施工技术简析

（1）平台船驻位前，安排潜水员下水摸探驻位位置是否有块石、铁块等杂物。驻位后，由测量人员对水深进行实时测量，保证平台船插腿过程中，船舶处于漂浮状态。

（2）平台船叉腿完成后，将4口全部放松并开始顶升，顶升时需严格按照船舶操作手册进行操作。完成顶升后，在平台船与基础直接搭设临时钢栈桥并焊接牢靠。

（3）做好风机安装施工准备之后，进行底段塔筒吊装作业：①底塔筒就位前，需在基础法兰上安装丁基橡胶条，实现密封；胶条距离法兰外边缘的距离为2～3mm；②将底塔筒缓慢移动至基础为之后，调整塔筒门的朝向，对准基础环上的法兰螺栓孔与底塔筒下的法兰螺栓孔；③将螺栓自下而上穿入对其的螺孔后，拧紧螺母，以螺栓露出螺纹端头为标准。中段及顶段的塔筒吊装可参照底塔筒吊装，均需保对螺栓进行紧固。

（4）钢管桩沉桩质量控制的有效措施如下：①单桩垂直度控制措施，共分为两种：其一，船上自带双层抱桩器；其二，辅助桩稳桩平台，均采用两层钢桁架作为定向导向架来控制单桩沉桩的垂直度。基于工程实际需求，采用定位平台稳桩，通过自重入土、压锤入土、轻击至可调土层三个阶段的不断观测调整来确保单桩质量指标。②单桩桩顶法兰保护措施。单桩顶部法兰在沉桩过程中不能受到损坏，因此沉桩时在桩顶上连接保护工装法兰。工装法兰通过高强螺栓与桩顶法兰紧密贴合。

（5）沉桩的流程为：①自沉入土。将起重船的主钩缓慢落下，在桩基的自重作用下逐渐下沉；当庄基底面接触海床面时，钢丝绳应力会有一个突变，此时应密切注意钢丝绳应力变化，防止钢丝绳脱钩，当钢管桩插入海床一定深度后，停止下降。②压锤。桩自沉完毕后，起重船主钩吊冲击锤至钢管桩桩顶，并开始压锤。③对沉桩进行锤击。在初始阶段，应保持能量小、频率低的原则，逐渐加大能量。钢管桩沉入1m后，需暂时停止作业，观察桩身垂直程度，发现偏离情况，可借助千斤顶进行调整。

3 结束语

本文结合实际工程案例，对施工区域的真实情况进行了介绍，围绕单桩的沉桩施工全过程技术难点展开了分析，最终结果符合项目预期，成本支出均控制在合理范围内。综合而言，基于专用船舶改进理念，运用现有材料设备，完成了单桩的沉桩施工，能够为今后的工程实践提供相对系统的参考，解决更多问题。