一種負壓筒型基礎海上測風塔結構設計及整體運輸安裝方法

朱建國

江蘇道達風電設備科技有限公司，中國·江蘇 南通 226000

1 引言

目前，測風塔是一種用于測量風能參數的高聳塔架結構，即一種用于對近地（海）面氣流運動情況進行觀測、記錄的塔形構筑物，多由風力發電企業、氣象、環保部門建造，用于氣象觀測和大氣環境監測，大多建在陸地，隨著國家對環保的重視、對綠色能源的迫切需求及海上豐富的風力資源，海上風電產業爆發式發展，并不斷向深水區發展，海上測風塔需求量越來越大。由于上海施工環境特別惡劣，傳統的陸上測風塔已經不能滿足海上需求，另外一種海上導管架基礎，海上裝配式塔架的測風塔普遍制造成本偏高，海上打樁施工受天氣，潮汐等環境影響較大，而且海上拼裝高聳塔架施工周期長，危險性較大，同時同樣受天氣、潮汐的影響，可用于施工的窗口期很短。因此，負壓筒型基礎海上測風塔結構及整體運輸安裝方法更能夠滿足海上快捷安裝需求，充分利用好不多的海上施工窗口期。

2 測風塔主要部件及結構形式

2.1 測風塔主要部件

測風塔主要部件有筒型基礎、箱型連接、桁架過渡段、上部塔架（焊接桁架結構）、法蘭連接機構、附屬構件（維護平臺、靠船柱、測風儀懸臂桿）等相關主要部件組成。具體如圖1所示。

圖1 測風塔主要部件

2.2 各部件結構形式

筒型基礎為多筒結構，每個筒體分上下兩層結構，下層筒體為中空密封結構用于負壓下沉調平，四周筒壁布置加強筋板，投放至目標海域后下層筒體將通過安裝在浮吊船上負壓下沉調平系統輔助插入海底土層并調平測風塔，上層為隔艙型筒結構，使用T 型結構加強并將內外兩個筒體之間的空間分隔成多個艙室及內筒體艙室，在所有筒體艙室內可以灌裝設計需求的配重混凝土，在筒體與筒體之間使用箱型梁結構進行連接，使多筒基礎連接成為一個整體，提升整體承載力，箱型梁內部設置出氣口便于測風塔下沉，桁架結構的過渡段與基礎焊接，上部塔架采用塔型焊接管桁架結構，法蘭連接機構為上部塔架結構法蘭與過渡段法蘭連接，便于制作及組裝，整個過渡段與上部塔架采用桁架形式設計，使測風塔整體結構具有較強的穩定性及強度，更能適應惡劣的海上環境。

3 施工過程

負壓筒型基礎海上測風塔施工過程分為陸上基地制造、海上運輸、海上吊裝、負壓入泥調平、拋沙袋壓載五個主要過程。

3.1 陸上基地制造

陸上基地制造過程中將基礎筒體及連接段可以在工廠制作多個組件后運至基地生產線進行組裝，過渡段及上部塔架在生產線進行分片制造后組裝，并安裝工廠制作完成的靠船柱、爬梯、平臺、測風儀懸臂桿等附屬構件，使用碼頭前沿門式吊機吊起在運輸駁船上將基礎筒體、過渡段及上部塔基的合攏吊裝，吊裝完成后在基礎筒體各艙室內灌裝設計配重混凝土，完成整個測風塔的整個基地建造過程[1]。

3.2 海上整體運輸過程

海上整體運輸過程，由于測風塔基礎部分灌裝了配重混凝土，上部結構均為管桁架的形式結構重量較輕。因此重心很低，更加適合海上整體運輸，綁扎要求僅需使用限位將底部筒體焊接在固定駁船甲板上就可以滿足要求，在整個運輸過程中比較安全，并且可根據實際需要運輸的測風塔數量，采用不同噸位的運輸駁船進行運輸，多臺測風塔見圖2，大大節省運輸成本及運輸周期。

圖2 多臺測風塔

3.3 海上吊裝安裝過程

海上吊裝安裝過程，待運輸船舶到達目標海域之后，采用海上雙趴桿浮吊船雙吊鉤吊裝過渡段與上部塔架法蘭連接處下方設置的吊耳吊起脫離運輸駁船，具體見圖3，待運輸駁船撤離后，將測風塔整體緩慢下沉至海底，通過測風塔的自重將底部筒體的下層筒體插入海底土層一定深度，浮吊船在原位不動做好保護工作[2]。

圖3 海上吊裝安裝過程

3.4 負壓入泥調平

通過浮吊船吊著測風塔向下沉至海底后，測風塔的自重使基礎下部筒體部分入泥后，負壓調平系統開始工作，如圖4所示通過安裝在浮吊船負壓下沉調平控制系統（見圖4中電氣原理圖），控制預先安裝在測風塔基礎各個筒體里面的管路體系統（見圖4中管路系統原理圖）開始抽取負壓，使測風塔整體下沉至設計標高，然后通過安裝在測風塔法蘭面的傾角儀讀取測風塔的傾斜角度，利用負壓調平系統分別調節各個筒體內的壓力值，使測風塔角度修正至設計要求的范圍內，完成整個測風塔的負壓下沉調平工作。

圖4 負壓調平系統

3.5 拋沙袋壓載

待測風塔下沉并調平就位后進行拋沙袋作業壓載作業，防止海底暗流對測風塔基礎的沖刷并且提高基礎的承載力，待測風儀進行調試后，完成重力式多筒基礎測風塔結構制造及整體運輸安裝的整個流程[3]。

4 結語

通過測風塔的整個制造、運輸、安裝、壓載調平過程能夠看出本設計方案及運輸安裝方法是一種完全優于傳統的測風塔一套完整的施工解決方案，為施工企業節省了原材料、人工成本，為運輸公司降低了海上運輸風險，增加了運輸效率，當然對于海上測風塔的風電企業的業主單位最為有利，能夠使用更短的周期、更少的成本、更低海上作業風險搶占有限的海域資源，為完成海上風電場的前期規劃方案，提供第一手風力及風向資料。