超大型海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)發(fā)運技術(shù)研究及應(yīng)用

南通潤邦海洋工程裝備有限公司 江蘇 啟東 226255

引言

根據(jù)國家能源局出臺的《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，積極穩(wěn)妥地推進(jìn)海上風(fēng)電建設(shè)，到2020年全國海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1000萬千瓦，力爭累計并網(wǎng)容量達(dá)到500萬千瓦以上。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測2020年、2021年將新增海上風(fēng)電并網(wǎng)容量34.13GW、5.02GW；累計并網(wǎng)容量將于2020年底、2025年底分別達(dá)到10.84GW、40.34GW。如推進(jìn)順利，前述2025年底累計裝機(jī)容量（40.34GW）較2018年底（3.63GW）將實現(xiàn)逾10倍增長。可見，我國海上風(fēng)電建設(shè)將在近幾年迎來快速發(fā)展的黃金時期。

1 海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)發(fā)運概述

目前國內(nèi)海上風(fēng)電基礎(chǔ)主要采用導(dǎo)管架、單樁基礎(chǔ)、高樁承臺等形式。因單樁基礎(chǔ)承載力高，水平抗彎性好、施工簡單、對環(huán)境擾動小等優(yōu)點，已經(jīng)被越來越多的海上風(fēng)電項目所應(yīng)用和推廣[1]。

隨著海上風(fēng)電項目建設(shè)速度加快，項目逐步向深水區(qū)域推進(jìn)，廣東、福建等深水區(qū)域1500T以上單樁數(shù)量不斷增加，如何解決1500T以上超大型單樁發(fā)運問題顯得越來越重要。目前針對1500T以上單樁，國內(nèi)制樁廠家主要有吊裝、滾裝和滑移三種發(fā)運方式?，F(xiàn)就三種發(fā)運技術(shù)進(jìn)行研究并在后期項目中應(yīng)用推廣。

2 海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)吊裝發(fā)運

海上風(fēng)電單樁吊裝主要分為龍門吊吊裝和浮吊吊裝兩種形式。龍門吊吊裝具有吊裝速度快、吊裝平穩(wěn)性好等優(yōu)點。1500T單樁需要配備1800T以上噸位龍門吊，1800T龍門吊投資在8000萬元以上，建設(shè)周期在1年以上，同時要求具備水深在6米以上的港池或者船塢條件，在風(fēng)電搶裝潮期間無法快速適應(yīng)，因投資成本高、建設(shè)周期長等特點不被較多工廠認(rèn)可。該方案對于雙樁發(fā)運要求運輸船舶噸位在8000T以上，該技術(shù)受大風(fēng)、潮水等影響，適合于新建的單樁制造廠家。浮吊吊裝超大型單樁要求吊裝噸位在2500T以上，且要求浮吊桅桿長，該方案具有吊裝速度快、吊裝安全等特性，受海上打樁的影響，大型浮吊設(shè)備資源緊張、吊裝成本高、碼頭水深大等特點，同時需配備3-4艘拖輪配合，整個吊裝過程組織起來較為復(fù)雜，目前該技術(shù)方案只在個別大型國有企業(yè)使用[2]。

3 海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝發(fā)運

海上風(fēng)電單樁滾裝主要使用軸線車滾裝技術(shù)。1500T單樁基礎(chǔ)按照1.3的安全系數(shù)，需要軸線車載重量達(dá)到2000T左右。該技術(shù)一般采用2個PPU， 至少56個35T的軸線小車，要求運輸船舶在7000T以上（如雙樁發(fā)運需要求在8000T以上)，型深要求在6.5米以上，排載量在1200T/h以上。模塊車組進(jìn)行軟、硬連接，通過液壓油缸0～700mm的行程來調(diào)整平衡，實現(xiàn)潮水、運輸船、單樁之間的協(xié)調(diào)。運輸船通過裝載計算機(jī)進(jìn)行計算，按照25%、50%、75%、100%的裝載量分多步進(jìn)行滾裝，確保運輸船排載速度與模塊車上船速度相匹配。對于江蘇等區(qū)域超差要求較大，盡量在大潮汛期間裝船。在發(fā)運過程中盡量使用拖輪穩(wěn)船，防止走錨現(xiàn)象導(dǎo)致安全事故。該技術(shù)具備發(fā)運成本低、時間快、運輸過程穩(wěn)定等優(yōu)點，但是存在發(fā)運成本高、發(fā)運時間不可控等不足，適合在無大型龍門吊制造廠家使用[3]。

4 海上風(fēng)電基礎(chǔ)滑移發(fā)運

海上風(fēng)電單樁滑移主要采用頂升滑移裝置進(jìn)行滑移。1500T以上單樁按照1.2的安全系數(shù)，需要1800T頂升滑移裝置。該技術(shù)要求碼頭承載能力在6T/㎡以上，采用2臺20T卷揚機(jī)作為動力，并配備2個動滑輪進(jìn)行配合，岸上和船上各布置2臺600～900t頂升滑移裝置，通過頂升滑移裝置液壓控制部分有效調(diào)整2米高潮水落差，通過四氟板將摩擦系數(shù)降低，單樁牽引力控制在100T以內(nèi)。在整個滑移過程中使用2臺20T卷揚機(jī)作為輔助力確保運輸穩(wěn)船。滑移上船系統(tǒng)的核心設(shè)備為頂升滑移裝置，頂升滑移裝置的液壓、電控系統(tǒng)全部與機(jī)械結(jié)構(gòu)集成，體積緊湊，頂升滑移裝置具備升降功能，頂升調(diào)節(jié)高度為1210～3310mm，且兩側(cè)油缸可自動同步，頂升工作安全平穩(wěn)高效。頂升滑移裝置采用遙控器控制，每臺設(shè)備配一臺遙控器，操作靈活，使用便捷；頂升滑移裝置底部配備聚四氟乙烯耐磨板，摩擦系數(shù)僅為0.06，對滑移牽引力要求較低。頂升滑移裝置為一個可擴(kuò)展的平臺，通過橫梁上管樁固定底座的更換，可適應(yīng)不同管徑的管樁，極限裝載能力為10m直徑1500t管樁，適用于目前國內(nèi)在建、將建的所有海上風(fēng)電場鋼管樁。滑移上船系統(tǒng)使單樁基礎(chǔ)的整體制作、合攏不受場地的限制，對場地平整度、承載力要求較低，可降低總裝場地基礎(chǔ)建設(shè)投資?；粕洗到y(tǒng)不受滑移距離的限制，滑道均為分節(jié)布置，無須額外安裝，直接擱置在水泥地上即可使用，橫移、縱移均可?；粕洗到y(tǒng)不受起重設(shè)備限制，可極大節(jié)約起重投資。滑移上船系統(tǒng)對碼頭標(biāo)高和超差限制較小，另外使用滑移上船系統(tǒng)，管樁轉(zhuǎn)運、裝船過程平穩(wěn)可控，抗風(fēng)、抗浪能力較強(qiáng)，比傳統(tǒng)吊裝方式適用于更廣泛的環(huán)境工程[4]。

該技術(shù)主要適用沒有大型龍門吊制樁廠家，能在7級以內(nèi)大風(fēng)以內(nèi)滑移作業(yè)，發(fā)運成本僅為浮吊吊裝的5%，軸線車滾裝的10%，具備作業(yè)窗口期周期長、成本低、安全性高等特點，值得在國內(nèi)進(jìn)行推廣，目前國內(nèi)僅潤邦海洋掌握該項技術(shù)和設(shè)備制造能力。