超大型海上风电单桩基础发运技术研究及应用

南通润邦海洋工程装备有限公司 江苏 启东 226255

引言

根据国家能源局出台的《风电发展“十三五”规划》，积极稳妥地推进海上风电建设，到2020年全国海上风电开工建设规模达到1000万千瓦，力争累计并网容量达到500万千瓦以上。根据权威机构预测2020年、2021年将新增海上风电并网容量34.13GW、5.02GW；累计并网容量将于2020年底、2025年底分别达到10.84GW、40.34GW。如推进顺利，前述2025年底累计装机容量（40.34GW）较2018年底（3.63GW）将实现逾10倍增长。可见，我国海上风电建设将在近几年迎来快速发展的黄金时期。

1 海上风电单桩基础发运概述

目前国内海上风电基础主要采用导管架、单桩基础、高桩承台等形式。因单桩基础承载力高，水平抗弯性好、施工简单、对环境扰动小等优点，已经被越来越多的海上风电项目所应用和推广[1]。

随着海上风电项目建设速度加快，项目逐步向深水区域推进，广东、福建等深水区域1500T以上单桩数量不断增加，如何解决1500T以上超大型单桩发运问题显得越来越重要。目前针对1500T以上单桩，国内制桩厂家主要有吊装、滚装和滑移三种发运方式。现就三种发运技术进行研究并在后期项目中应用推广。

2 海上风电单桩基础吊装发运

海上风电单桩吊装主要分为龙门吊吊装和浮吊吊装两种形式。龙门吊吊装具有吊装速度快、吊装平稳性好等优点。1500T单桩需要配备1800T以上吨位龙门吊，1800T龙门吊投资在8000万元以上，建设周期在1年以上，同时要求具备水深在6米以上的港池或者船坞条件，在风电抢装潮期间无法快速适应，因投资成本高、建设周期长等特点不被较多工厂认可。该方案对于双桩发运要求运输船舶吨位在8000T以上，该技术受大风、潮水等影响，适合于新建的单桩制造厂家。浮吊吊装超大型单桩要求吊装吨位在2500T以上，且要求浮吊桅杆长，该方案具有吊装速度快、吊装安全等特性，受海上打桩的影响，大型浮吊设备资源紧张、吊装成本高、码头水深大等特点，同时需配备3-4艘拖轮配合，整个吊装过程组织起来较为复杂，目前该技术方案只在个别大型国有企业使用[2]。

3 海上风电单桩基础滚装发运

海上风电单桩滚装主要使用轴线车滚装技术。1500T单桩基础按照1.3的安全系数，需要轴线车载重量达到2000T左右。该技术一般采用2个PPU， 至少56个35T的轴线小车，要求运输船舶在7000T以上（如双桩发运需要求在8000T以上)，型深要求在6.5米以上，排载量在1200T/h以上。模块车组进行软、硬连接，通过液压油缸0～700mm的行程来调整平衡，实现潮水、运输船、单桩之间的协调。运输船通过装载计算机进行计算，按照25%、50%、75%、100%的装载量分多步进行滚装，确保运输船排载速度与模块车上船速度相匹配。对于江苏等区域超差要求较大，尽量在大潮汛期间装船。在发运过程中尽量使用拖轮稳船，防止走锚现象导致安全事故。该技术具备发运成本低、时间快、运输过程稳定等优点，但是存在发运成本高、发运时间不可控等不足，适合在无大型龙门吊制造厂家使用[3]。

4 海上风电基础滑移发运

海上风电单桩滑移主要采用顶升滑移装置进行滑移。1500T以上单桩按照1.2的安全系数，需要1800T顶升滑移装置。该技术要求码头承载能力在6T/㎡以上，采用2台20T卷扬机作为动力，并配备2个动滑轮进行配合，岸上和船上各布置2台600～900t顶升滑移装置，通过顶升滑移装置液压控制部分有效调整2米高潮水落差，通过四氟板将摩擦系数降低，单桩牵引力控制在100T以内。在整个滑移过程中使用2台20T卷扬机作为辅助力确保运输稳船。滑移上船系统的核心设备为顶升滑移装置，顶升滑移装置的液压、电控系统全部与机械结构集成，体积紧凑，顶升滑移装置具备升降功能，顶升调节高度为1210～3310mm，且两侧油缸可自动同步，顶升工作安全平稳高效。顶升滑移装置采用遥控器控制，每台设备配一台遥控器，操作灵活，使用便捷；顶升滑移装置底部配备聚四氟乙烯耐磨板，摩擦系数仅为0.06，对滑移牵引力要求较低。顶升滑移装置为一个可扩展的平台，通过横梁上管桩固定底座的更换，可适应不同管径的管桩，极限装载能力为10m直径1500t管桩，适用于目前国内在建、将建的所有海上风电场钢管桩。滑移上船系统使单桩基础的整体制作、合拢不受场地的限制，对场地平整度、承载力要求较低，可降低总装场地基础建设投资。滑移上船系统不受滑移距离的限制，滑道均为分节布置，无须额外安装，直接搁置在水泥地上即可使用，横移、纵移均可。滑移上船系统不受起重设备限制，可极大节约起重投资。滑移上船系统对码头标高和超差限制较小，另外使用滑移上船系统，管桩转运、装船过程平稳可控，抗风、抗浪能力较强，比传统吊装方式适用于更广泛的环境工程[4]。

该技术主要适用没有大型龙门吊制桩厂家，能在7级以内大风以内滑移作业，发运成本仅为浮吊吊装的5%，轴线车滚装的10%，具备作业窗口期周期长、成本低、安全性高等特点，值得在国内进行推广，目前国内仅润邦海洋掌握该项技术和设备制造能力。