2023海上風電施工新技術

海上風電施工新技術

二〇二二年六月技術交流海上基礎施工方案風機基礎一般有單樁基礎、多樁基礎、重力式基礎、導管架基礎、負壓筒基礎、浮式基礎等多種結構形式。其中單樁基礎擁有加工制造簡單、安裝便捷、結構簡單，受力明確等優(yōu)勢，綜合國外已建海上風電場建設經驗，約三分之二的海上風電項目都采用單樁基礎，目前國內比較流行的外海風電基礎也大都是大直徑單樁基礎。單樁基礎直徑可達到8m以上，應用前景十分廣泛。多樁基礎比較適合我們，打樁船、混凝土攪拌船等我們自有，而且風電安裝船正在打造中。下面主要介紹：高樁承臺單樁三樁（四樁）水上導管架吸力式沉箱導管架四種樁基礎結構型式概述四種樁基礎結構型式概述高樁承臺單樁三（四）樁水上導管架吸力式沉箱導管架高樁承臺施工鋼套箱安裝承臺施工插打定位樁定位駁就位單樁施工單樁施工流程定位樁全部就位定位樁振沉單樁施工單樁施工流程單樁起吊單樁就位入抱樁器單樁施工流程單樁采用S-2000液壓錘沉樁單樁沉樁完畢單樁施工（無過渡段）單樁施工流程2單樁基礎施工方案（另外一種工藝）（有過渡段）施打輔助樁安裝定位平臺單樁基礎施打振動錘糾偏及沉樁

S-1800液壓錘性能名稱單位S-1800最大錘擊能量KNm1800最小錘擊能量KNm180錘擊次數擊/min35活塞質量t90液壓錘質量t206液壓錘直徑m1.83最大直徑m6.05液壓錘長度m16.5錘總高度m～20總質量t387液壓錘沉樁至設計標高拆除固定平臺拔樁，重復利用安放連接套筒單樁基礎調平單樁基礎灌漿

樁頂鉆機施工（直徑3m-8m)單樁施工單樁鉆孔施工適用孔徑φ3.0～φ8.0m

轉速/扭矩

0-20rpm/500kN.m

最大鉆孔深度120m巖層鉆進參數鉆壓為<1450kN排渣方式氣舉反循環(huán)供氣方式2×25m3/min

3三樁水上導管架基礎施工方案首先施打輔助樁總長型寬型深設計吃水正常作業(yè)工況140m39m6.6m3.3m風速13.8m/s波高3m波周期7s型長自存工況89.9m風速36m/s波高5m波周期8s樁腿數樁腿直徑樁腿長度主鉤吊重主鉤吊高副鉤吊重副鉤吊高43.3m60m700t距甲板120m120t距甲板126m自持力甲板載荷可變載荷全回轉舵槳30d12t/m21600t艏部2×450KW直徑φ1330艉部2×710KW直徑φ1650自升平臺在輔助樁邊頂升到位將定位架固定在輔助樁上振動錘糾偏及沉樁液壓錘沉樁至設計標高S-800液壓錘性能名稱單位S-800最大錘擊能量KNm800最小錘擊能量KNm80錘擊次數擊/min45活塞質量t40液壓錘質量t83液壓錘直徑m1.22最大直徑m4.32液壓錘長度m14.61錘總高度m～18總質量t154再將定位架吊回輔助樁拔出至下一風機點反復使用安放上部連接平臺將上部導管架安放至鋼管樁上，并安裝調平裝置三樁基礎進行調平灌漿固定上部平臺三樁水上導管架基礎施工完成4吸力式沉箱導管架基礎施工方案吸力式負壓大圓桶基礎施工案例吸力式沉箱基礎運輸至現場采用GPS定位系統(tǒng)，將沉箱基礎吊放至海底設計位置通過排水、排泥將沉箱基礎沉放至設計標高，同時糾偏四個沉箱，保證其垂直度要求將輔助吊架與排水系統(tǒng)取回自升平臺在沉箱基礎邊頂升到位將四管導管架運至現場通過GPS定位系統(tǒng)，將四管導管架吊放至海底對應的沉箱位置進行吸力式沉箱導管架基礎的調平水下灌漿固定四管導管架吸力式沉箱導管架基礎完成四種樁型的對比：施工特點高樁承臺基礎吊裝、沉樁均可利用現有船機設備，施工難度相對較低.不需要進行船機改造；國內已有成熟經驗，可多線施工三樁水上導管架基礎

樁基定位及樁基垂直度要求高，需借助輔助裝置解決定位及調平，需灌注灌漿料予以固定導管架單樁基礎需配備大型船機設備，需借助輔助裝置用于定位及調平，需灌注灌漿料予以固定連接套筒吸力式沉箱導管架基礎水下作業(yè)工作量大，需借助輔助裝置用于定位及調平，施工質量較難保證，需在水下灌注灌漿料予以固定四管導管架；但此工藝中差異性沉降問題需仔細研究三海上風機安裝方案風機整體拼裝、運輸、現場整體吊裝方案現場自升平臺風機分體安裝方案海上風機安裝方案風力發(fā)電機組有多種安裝策略：主要包括單葉式安裝、兔耳式安裝、三葉式安裝、整體式安裝1.風機組件吊裝的優(yōu)化根據吊裝工藝的不同，通用的風機安裝形式分單葉片式、三葉片式和兔耳式。單葉片式是先機艙葉轂組件連接后吊裝，然后吊裝每片葉片；三葉片式是先在甲板面上將葉轂和葉片組裝，然后整體吊裝；兔耳式是甲板面上將葉轂和2片葉片組裝，吊裝后最后一片葉片散裝?，F在的主流安裝方式是單葉片式和三葉片式，目前主流風機功率是4MW~6MW。1.1風機組件吊裝介紹三葉片式的吊裝順序為：底段塔筒預組裝（底段塔筒吊裝→中段塔筒吊裝→頂段塔筒吊裝）→機艙，發(fā)電機組裝（機艙發(fā)電機組件吊裝）→葉輪拼裝→葉輪吊裝→配合調試。單葉片式吊裝順序為：底段塔筒預組裝（底段塔筒吊裝→中段塔筒吊裝→頂段塔筒吊裝）→機艙，發(fā)電機組裝（機艙發(fā)電機組件吊裝）→葉輪吊裝→葉片逐一吊裝→配合調試。海上風機安裝方案2.2.2輔起重機形式的選擇輔起重機的種類主要有：繞樁式起重機、甲板圓筒式起重機和活動式甲板履帶起重機。繞樁式起重機設置在固樁室頂，平臺樁腿穿過起重機筒體，起重機可以繞平臺樁腿回轉。采用繞樁式起重機可以充分利用固樁室結構，減小起重機筒體高度，減小增加的空船質量。因為繞樁式起重機設置在固樁室頂，對甲板使用面積無影響，可節(jié)約甲板面積。但是回轉軸承的加大導致吊機的成本將極大增大。甲板圓筒式起重機的起重機筒體直接插入船體，采用普通圓柱筒體起重機則可減小筒體直徑，因為采用較小的回轉軸承可減少吊機成本的增加。但是起重機筒體占用一定的面積，將導致減小可用裝載風機組件的面積。另為，普通起重機需將筒體插入船體內，增加的鋼材質量較繞樁吊要大?；顒邮郊装迓膸У跗鹬貦C的優(yōu)點有：使用位置靈活方便，便于葉片翻身，從運輸船上吊裝風機組件時可以拆分組合以方便甲板的利用。使用履帶式起重機，該平臺的舾裝數將降低，將對錨重量、錨機規(guī)格、錨鏈長度以及系泊荷載等造成影響，在系泊設備方面可以節(jié)約成本。使用履帶式起重機的缺點有：由于甲板荷載的原因，履帶式起重機不能配置很大，例如在開敞作業(yè)甲板的設計荷載為117.7kN/m2（12t/m2）時，根據履帶式起重機的甲板接觸面積和自身質量，最大只能配置150t的起重能力，根據風機筒體組件重量，超過6MW的筒體吊裝翻身時起重能力不足。而且履帶起重機在同等吊重的情況下，吊高也是無法與甲板圓筒式起重機和繞樁式起重機相比的。因此，在選擇輔吊機時，還是要看平臺使用的海域及需要吊裝的風機型號。海上風機安裝方案3平臺拔樁的優(yōu)化3.1拔樁過程中的常見問題對自升式平臺來說，單樁支持荷載顯著上升，考慮到單個樁靴的面積不可能無限增加，對地壓力就會顯著提升。實際上，目前1200t級自升式風電安裝平臺的樁靴對地壓力已經達到了近686kN/m2（70t/m2），入泥深度可達近20m。即使在海床條件相對較好的江蘇海上風電場，自升式風電安裝平臺的拔樁困難問題也是常見的。例如：某自升式風電安裝平臺2017年12月至2018年5月共就位21次，其中遇到2次拔樁困難問題，概率達到近10%。另為，在站樁過程中，在樁靴與海底將要接觸式，考慮到平臺的沉浮動作，樁靴將對海底面碰撞，容易導致樁靴變形的發(fā)生，如果樁靴上設置人孔蓋、小艙蓋等，容易導致樁靴進水，損失少量浮力。3.2優(yōu)化建議由于樁靴底部主要是吸附力，樁靴上表面主要考慮沖洗。一般考慮沖樁管路中同時配置壓縮空氣和高壓水，在樁靴底部的噴嘴可以由壓縮空氣與高壓水交替噴出，用于破吸附。頂部用高壓水沖洗，沖掉泥沙，便于拔樁。樁靴外表面盡量不設置小艙蓋，樁靴內的檢修可以通過從樁腿內部下去進入樁靴，結構上盡量保持樁靴內通道通暢。對于群樁基礎，可以采用大型浮吊整體安裝對于單樁基礎，擬采用自升式風電安裝船單體安裝或者半潛駁坐底安裝風機安裝施工海上風機安裝方案1風機整體拼裝、運輸、現場整體吊裝方案2400t雙臂架起重船2000t自航“蛟龍?zhí)枴睎|海大橋風電場風機安裝主要過程：

1.風機碼頭基地整體組裝2.風機整體運輸船海上拖航3.風機整體運輸至現場，等待起重船整體吊裝4.風機由2400t雙臂架起重船整體吊裝5.整體風機從運輸船上起吊風機整體軟著陸過程中6.風機整體軟著陸安裝海上風機安裝方案2現場自升平臺風機分體安裝方案在基地碼頭前沿將風機組裝成五大件碼頭前沿風機機艙、輪轂及兩片風葉組裝成“兔子頭機艙”施工工藝闡述：由拖輪將“海上作業(yè)平臺”送至風機安裝點潤邦自升平臺介紹總長型寬型深設計吃水正常作業(yè)工況140m39m6.6m3.3m風速13.8m/s波高3m波周期7s型長自存工況89.9m風速36m/s波高5m波周期8s施工工藝闡述：由拖輪將“海上作業(yè)平臺”送至風機安裝點潤邦自升平臺介紹樁腿數樁腿直徑樁腿長度主鉤吊重主鉤吊高副鉤吊重副鉤吊高43.3m60m700t距甲板120m120t距甲板126m自持力甲板載荷可變載荷全回轉舵槳30d12t/m21600t艏部2×450KW直徑φ1330艉部2×710KW直徑φ1650施工工藝闡述：由拖輪將“海上作業(yè)平臺”送至風機安裝點將“海上作業(yè)平臺”四腳支撐海底，平臺脫離海面將裝有整套風機組件的駁船運至海上作業(yè)平臺靠泊平臺上的起重機將駁船上風機五大組件逐件吊至導管架上風機安裝施工方案塔筒整體安裝+機艙、輪轂一體化安裝+葉片安裝半潛式風電安裝船灘涂區(qū)，半潛駁改為深潛座底風電安裝船。即風機安裝考慮通過在半潛駁甲板上設置大型的履帶式起重機作為起吊設施進行安裝。半潛式風電安裝船順一1600噸深潛座底多功能風電工程船可以同時裝載2套10兆瓦風機部件及整套打樁設備，本船裝備3000千焦的液壓打樁錘。該船有漂浮或者坐底兩種作業(yè)模式，漂浮作業(yè)最大水深達80米，深潛坐底作業(yè)最大水深達32米。船上配置的1600噸桅桿式回轉起重機采用中心起吊的作業(yè)方式。半潛式風電安裝船近日，廣東粵電湛江外羅海上風電項目完成首樁基礎施工。此次完成的首臺海上風電管樁，單樁重量約950噸，長75.5米。海上升壓站安裝海上升壓站安裝海底電纜鋪設一、深水區(qū)單樁施工1、風電安裝船打樁2、方駁改造的插樁船打樁3、自升式平臺打樁4、定位架+抱樁器打樁

風電安裝船自帶抱樁器+大型液壓錘三航局今年首次在大連莊河海上風場運用“風華號“完成單樁基礎和風機安裝的“一體化”施工。1、風電安裝船打樁方駁改造拋錨初定位+定位樁插打+抱樁器浮吊吊液壓錘打樁目前采用較多2、方駁改造的插樁船打樁3、自升式打樁平臺船長型寬型深36.396m22.022m2.876m設計吃水最大作業(yè)水深燃油自持力2m40m15天甲板作業(yè)區(qū)荷載樁腿10t/㎡4xφ1.5mx60m表

江蘇浩衡多功能平臺船參數4、定位架+抱樁器打樁二、淺水區(qū)單樁施工1、半潛駁坐灘打樁、安裝2、起重船坐灘打樁、安裝3、自升式平臺打樁、安裝

1、將半潛駁改造成深潛座底式風電安裝船即風機安裝考慮通過在半潛駁甲板上設置大型的履帶式起重機作為起吊設施進行安裝。主要適用于潮間帶及近海施工。2、起重船坐灘打樁、安裝風機3、自升式打樁平臺（需考慮漲落潮影響，以免擱淺）船長型寬型深36.396m22.022m2.876m設計吃水最大作業(yè)水深燃油自持力2m40m15天甲板作業(yè)區(qū)荷載樁腿10t/㎡4xφ1.5mx60m表

江蘇浩衡多功能平臺船參數船名：鐵建樁01規(guī)格：樁架高108m航區(qū)：國際近海打樁船鐵建樁01是目前國內配置領先的超大型打樁船，兼具起重功能。樁架高108m，船長77.75m，寬28m,型深5.6m，設計吃水3m。配備S600電控液壓錘、D180型柴油錘。可施打90m+水深的鋼管樁、PHC樁等各類預制樁，樁徑范圍在0.8-3.5m之間。最大起重總量320t。主要適用工程：高樁碼頭、水上平臺、海上深水基礎船名：鐵建潛01規(guī)格：10000t舉力航區(qū)：國際近海半潛駁鐵建潛01為帶輔助推進裝置的非自航半潛甲板駁?？傞L78.6m，型寬40m，型深6m，高22.8m，設計吃水4.8m，最大沉深25.5m。在遮蔽海域作業(yè)時，具有10000t舉力。主要適用工程：7500t級沉箱出運、國際近海無人拖航。船名：鐵建砼01規(guī)格：200m3/h航區(qū)：國際近海砼攪拌船鐵建砼01按雙線生產能力200m3/h設計建造的大型混凝土攪拌船，總長75.6m，型寬24.6m，型深5.45m，設計吃水3.2m。單船一次儲料連續(xù)澆筑能力1400m3（搗實）。排水量、倉容量、生產效率、布料半徑、綠色環(huán)保等各項指標均國內領先。主要適用工程：水上大型承臺、灌注樁等大方量混凝土的連續(xù)澆筑船名：風電安裝船規(guī)格：1300t吊裝能力航區(qū)：國際近海風電安裝船1300噸自升自航式風電安裝船采用國際先進設計理念，性能參數處于國內領先水平，配置1300噸-25米全回轉繞樁式起重機，具備Φ8米-1300噸鋼管樁的翻樁及打樁能力，最大作業(yè)水深50米，設計航速7.5節(jié)，配備DP2動力定位系統(tǒng)和四點錨泊定位系統(tǒng)，具備惡劣海況作業(yè)與風暴條件自持能力，滿足遠洋調遣與近海作業(yè)要求，續(xù)航力3000海里，甲板作業(yè)面積約2500平方米，入CCS船級社。主要適用工程：8MW海上風機安裝及沉樁，大型構件運輸、吊裝。合理化建議序號船名起重荷載吊機形式起吊高度樁腿船舶規(guī)格吃水作業(yè)水深1華電1001號120t/700t（全）全回轉、甲板吊65m/120m4xφ3.3m長60m140mx39mx6.6m3.3m3~25m2龍源振華叁號2000t/1500t全回轉、甲板吊120m4xφ4.2m長85m100.8mx43.2mx8.4m5.8m最大工作水深50m3龍源振華二號800t全回轉、不繞樁108m4xφ3.2m長67m76.8mx42mx6m2.7m35m以內海域4三航風華號360t/1000t全回轉、繞樁吊57m/110m4xφ3.6m長80m81.6mx40.8mx7.2m4.9m40m以內泥砂質海域5海洋38號250t全回轉、甲板吊110m長42m，2.8x2.8正方形板架結構89.62mx36mx5m5m工作水深2.5~12m6BH001號300t全回轉、甲板吊\4xφ3.6m長92.5m74.4mx39.2mx7.5m5.5m最大作業(yè)水深45m7精銦1號800t全回轉、繞樁吊\4x85m85.8mx40mx7m4.8m最大作業(yè)水深45m國內現有自升式風電安裝船性能參數合理化建議國內現有自升式風電安裝船性能參數序號船名起重荷載吊機形式起吊高度樁腿船舶規(guī)格吃水作業(yè)水深8福船三峽1000t全回轉、繞樁吊110m4x85m108.5xm40.8mx7.8m4.6m最大工作水深50m9大橋福船1000t全回轉、繞樁吊110m4x85m108.5mx40.8mx7.8m4.6m最大工作水深50m10天津港航（港航平9）1200t全回轉、甲板吊110m4x73m88.2mx42mx6.8m4.0m最大工作水深40m11托本號1000t全回轉110m78m120.781mx40mx8m2.4m45m以內泥砂質海域12海洋69（海洋風電69）500t全回轉繞樁吊\長75m85.5mx40mx7m4.5m適合5-40m水深13海洋風電38250t全回轉、甲板吊\長42m89.62mx36mx5m\作業(yè)水深小于35m合理化建議國內現有大型起重船性能參數序號船名起重能力（t）起吊高度（m）船長（m）型寬（m）型深（m）吃水（m）所屬單位1長大海升3200t108m/123.7m110m48m8.4m4.8m廣東長大2藍疆號3800t（有限回轉）/2500t（全）87m/102m157.5m48m12.5m8m中海洋3德流號1700t/320t80m115m45m9m6.8m煙臺打撈局