超大型海上風電單樁基礎發運技術研究及應用

南通潤邦海洋工程裝備有限公司 江蘇 啟東 226255

引言

根據國家能源局出臺的《風電發展“十三五”規劃》，積極穩妥地推進海上風電建設，到2020年全國海上風電開工建設規模達到1000萬千瓦，力爭累計并網容量達到500萬千瓦以上。根據權威機構預測2020年、2021年將新增海上風電并網容量34.13GW、5.02GW；累計并網容量將于2020年底、2025年底分別達到10.84GW、40.34GW。如推進順利，前述2025年底累計裝機容量（40.34GW）較2018年底（3.63GW）將實現逾10倍增長。可見，我國海上風電建設將在近幾年迎來快速發展的黃金時期。

1 海上風電單樁基礎發運概述

目前國內海上風電基礎主要采用導管架、單樁基礎、高樁承臺等形式。因單樁基礎承載力高，水平抗彎性好、施工簡單、對環境擾動小等優點，已經被越來越多的海上風電項目所應用和推廣[1]。

隨著海上風電項目建設速度加快，項目逐步向深水區域推進，廣東、福建等深水區域1500T以上單樁數量不斷增加，如何解決1500T以上超大型單樁發運問題顯得越來越重要。目前針對1500T以上單樁，國內制樁廠家主要有吊裝、滾裝和滑移三種發運方式。現就三種發運技術進行研究并在后期項目中應用推廣。

2 海上風電單樁基礎吊裝發運

海上風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、吊裝平穩性好等優點。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，在風電搶裝潮期間無法快速適應，因投資成本高、建設周期長等特點不被較多工廠認可。該方案對于雙樁發運要求運輸船舶噸位在8000T以上，該技術受大風、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雜，目前該技術方案只在個別大型國有企業使用[2]。

3 海上風電單樁基礎滾裝發運

海上風電單樁滾裝主要使用軸線車滾裝技術。1500T單樁基礎按照1.3的安全系數，需要軸線車載重量達到2000T左右。該技術一般采用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。模塊車組進行軟、硬連接，通過液壓油缸0～700mm的行程來調整平衡，實現潮水、運輸船、單樁之間的協調。運輸船通過裝載計算機進行計算，按照25%、50%、75%、100%的裝載量分多步進行滾裝，確保運輸船排載速度與模塊車上船速度相匹配。對于江蘇等區域超差要求較大，盡量在大潮汛期間裝船。在發運過程中盡量使用拖輪穩船，防止走錨現象導致安全事故。該技術具備發運成本低、時間快、運輸過程穩定等優點，但是存在發運成本高、發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 海上風電基礎滑移發運

海上風電單樁滑移主要采用頂升滑移裝置進行滑移。1500T以上單樁按照1.2的安全系數，需要1800T頂升滑移裝置。該技術要求碼頭承載能力在6T/㎡以上，采用2臺20T卷揚機作為動力，并配備2個動滑輪進行配合，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整2米高潮水落差，通過四氟板將摩擦系數降低，單樁牽引力控制在100T以內。在整個滑移過程中使用2臺20T卷揚機作為輔助力確保運輸穩船。滑移上船系統的核心設備為頂升滑移裝置，頂升滑移裝置的液壓、電控系統全部與機械結構集成，體積緊湊，頂升滑移裝置具備升降功能，頂升調節高度為1210～3310mm，且兩側油缸可自動同步，頂升工作安全平穩高效。頂升滑移裝置采用遙控器控制，每臺設備配一臺遙控器，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展的平臺，通過橫梁上管樁固定底座的更換，可適應不同管徑的管樁，極限裝載能力為10m直徑1500t管樁，適用于目前國內在建、將建的所有海上風電場鋼管樁。滑移上船系統使單樁基礎的整體制作、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建設投資。滑移上船系統不受滑移距離的限制，滑道均為分節布置，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。滑移上船系統不受起重設備限制，可極大節約起重投資。滑移上船系統對碼頭標高和超差限制較小，另外使用滑移上船系統，管樁轉運、裝船過程平穩可控，抗風、抗浪能力較強，比傳統吊裝方式適用于更廣泛的環境工程[4]。

該技術主要適用沒有大型龍門吊制樁廠家，能在7級以內大風以內滑移作業，發運成本僅為浮吊吊裝的5%，軸線車滾裝的10%，具備作業窗口期周期長、成本低、安全性高等特點，值得在國內進行推廣，目前國內僅潤邦海洋掌握該項技術和設備制造能力。