海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)坐底式平臺(tái)船沉樁施工技術(shù)分析

胡偉劍

中國(guó)大唐集團(tuán)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(xù)發(fā)展是我國(guó)的指導(dǎo)理論。在未來(lái)，針對(duì)能源進(jìn)行開(kāi)采與運(yùn)用的重點(diǎn)，必然由陸地轉(zhuǎn)向海洋。除了海底石油、天然氣的開(kāi)采之外，建設(shè)海上設(shè)施，充分利用充足的海洋風(fēng)完成發(fā)電，不僅可以緩解化石能源火力發(fā)電方式面臨的多方壓力，還能從根本上保證我國(guó)供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)坐底式平臺(tái)船沉樁施工項(xiàng)目的環(huán)境情況及作業(yè)要求

海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)施工技藝盡管已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但相較于內(nèi)陸地區(qū)，海灘環(huán)境的復(fù)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(dòng)頻繁，潮汐運(yùn)動(dòng)一旦較為劇烈，將會(huì)為風(fēng)電基礎(chǔ)施工造成嚴(yán)重的干擾。此外，依靠平臺(tái)船施工時(shí)，船舶吊高、吊重的現(xiàn)實(shí)要求與船舶吃水淺的矛盾幾乎處于“完全對(duì)立”的狀態(tài)，作業(yè)船波及運(yùn)輸船舶依照潮汐運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定位時(shí)往往出現(xiàn)較大的偏離等，均會(huì)影響施工進(jìn)度。因此，開(kāi)展海上風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)施修建項(xiàng)目時(shí)，相關(guān)單位必須充分考慮實(shí)際環(huán)境，做好充足的準(zhǔn)備，嚴(yán)格遵守硬性要求[1]。

本文以廣東省某海上風(fēng)電單樁沉樁工程項(xiàng)目為例進(jìn)行分析，施工區(qū)域的自然情況及作業(yè)船舶的要求如下：

（1）該海上風(fēng)電場(chǎng)與北側(cè)最近的島礁距離為11.5km，距西側(cè)大陸最近距離為18km，廠址規(guī)劃面積約56km2，水深為18～26m，規(guī)劃容量達(dá)到322MW。

（2）該海上風(fēng)電場(chǎng)工程風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工、塔筒制造、風(fēng)電機(jī)組安裝施工標(biāo)等分項(xiàng)工程中，共包括23臺(tái)上海電氣7.0MW 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工（均采用單樁基礎(chǔ)施工，地質(zhì)條件分類為非嵌巖，即為分別為13#～18#，30#～46#）、塔筒制造與運(yùn)輸、風(fēng)電機(jī)組安裝施工、1臺(tái)海上升壓站基礎(chǔ)施工、安全監(jiān)測(cè)工程施工所涉及的全部工作。

（3）作業(yè)區(qū)年日照2000～2500小時(shí)，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(xiàn)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(shí)霜凍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)資料，11個(gè)鉆孔泥面標(biāo)高最淺的為-18.30m，最深為-24.26；基于場(chǎng)址水深圖，大致呈現(xiàn)出從西北往東南水深越來(lái)越深，整個(gè)場(chǎng)址區(qū)域的水深為18～26m。

2 單樁基礎(chǔ)式平臺(tái)船沉樁施工控制技術(shù)

2.1 船機(jī)選型及改造技術(shù)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(zhèn)航工868（800t起重船）進(jìn)行基礎(chǔ)防沖刷施工，完全能滿足單樁沉樁施工及附屬構(gòu)件施工。經(jīng)可打性分析，投入IHC S-3000液壓打樁錘進(jìn)行單樁沉樁施工，滿足要求。擬投入風(fēng)機(jī)安裝施工使用的鐵建風(fēng)電01號(hào)為自升式風(fēng)電安裝船，滿足于近海風(fēng)電場(chǎng)施工作業(yè)，由船體、升降系統(tǒng)、起重機(jī)和打樁系統(tǒng)組成，船艏設(shè)置100人甲板樓，最大作業(yè)水深50米，配有1300t起重能力的繞樁吊，滿足本工程7兆瓦風(fēng)機(jī)安裝施工要求。

完成上述接駁后，還需按照如下流程展開(kāi)后續(xù)作業(yè)：

（1）①鋪設(shè)平臺(tái)，擺放底座，安裝橫梁；②完成左右兩側(cè)履帶的安裝，并將配重設(shè)備及轉(zhuǎn)臺(tái)放置于相應(yīng)位置，進(jìn)行調(diào)試；③安裝動(dòng)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(duì)“扳起”作業(yè)過(guò)程進(jìn)行檢查，并開(kāi)展試運(yùn)行檢測(cè)。

（2）為了全面保證施工安全，提升定位的準(zhǔn)確性，需要在船舶之上增設(shè)錨纜系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算及分析，項(xiàng)目組認(rèn)為起重船完成單樁結(jié)構(gòu)的起吊、立樁、進(jìn)龍口、穩(wěn)樁、定位等作業(yè)，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(shù)簡(jiǎn)析

（1）平臺(tái)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(cè)量人員對(duì)水深進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，保證平臺(tái)船插腿過(guò)程中，船舶處于漂浮狀態(tài)。

（2）平臺(tái)船叉腿完成后，將4口全部放松并開(kāi)始頂升，頂升時(shí)需嚴(yán)格按照船舶操作手冊(cè)進(jìn)行操作。完成頂升后，在平臺(tái)船與基礎(chǔ)直接搭設(shè)臨時(shí)鋼棧橋并焊接牢靠。

（3）做好風(fēng)機(jī)安裝施工準(zhǔn)備之后，進(jìn)行底段塔筒吊裝作業(yè)：①底塔筒就位前，需在基礎(chǔ)法蘭上安裝丁基橡膠條，實(shí)現(xiàn)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(dòng)至基礎(chǔ)為之后，調(diào)整塔筒門的朝向，對(duì)準(zhǔn)基礎(chǔ)環(huán)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(duì)其的螺孔后，擰緊螺母，以螺栓露出螺紋端頭為標(biāo)準(zhǔn)。中段及頂段的塔筒吊裝可參照底塔筒吊裝，均需保對(duì)螺栓進(jìn)行緊固。

（4）鋼管樁沉樁質(zhì)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(wěn)樁平臺(tái)，均采用兩層鋼桁架作為定向?qū)蚣軄?lái)控制單樁沉樁的垂直度?；诠こ虒?shí)際需求，采用定位平臺(tái)穩(wěn)樁，通過(guò)自重入土、壓錘入土、輕擊至可調(diào)土層三個(gè)階段的不斷觀測(cè)調(diào)整來(lái)確保單樁質(zhì)量指標(biāo)。②單樁樁頂法蘭保護(hù)措施。單樁頂部法蘭在沉樁過(guò)程中不能受到損壞，因此沉樁時(shí)在樁頂上連接保護(hù)工裝法蘭。工裝法蘭通過(guò)高強(qiáng)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(dāng)莊基底面接觸海床面時(shí)，鋼絲繩應(yīng)力會(huì)有一個(gè)突變，此時(shí)應(yīng)密切注意鋼絲繩應(yīng)力變化，防止鋼絲繩脫鉤，當(dāng)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(kāi)始?jí)哄N。③對(duì)沉樁進(jìn)行錘擊。在初始階段，應(yīng)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(shí)停止作業(yè)，觀察樁身垂直程度，發(fā)現(xiàn)偏離情況，可借助千斤頂進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)施工區(qū)域的真實(shí)情況進(jìn)行了介紹，圍繞單樁的沉樁施工全過(guò)程技術(shù)難點(diǎn)展開(kāi)了分析，最終結(jié)果符合項(xiàng)目預(yù)期，成本支出均控制在合理范圍內(nèi)。綜合而言，基于專用船舶改進(jìn)理念，運(yùn)用現(xiàn)有材料設(shè)備，完成了單樁的沉樁施工，能夠?yàn)榻窈蟮墓こ虒?shí)踐提供相對(duì)系統(tǒng)的參考，解決更多問(wèn)題。