海上風電大直徑單樁基礎腐蝕氣體排放施工技術

李 強，周 維，于帥池，宋仁壯，葛 暢

(1.華能遼寧清潔能源有限責任公司，遼寧 沈陽 110167；2.浙江大學海洋學院，浙江 舟山 316021)

我國正大力發展海上風電事業，沿海各省有著豐富的海上風能資源[1]。目前，海上風機基礎一般多采用大直徑單樁基礎[2-3]。風機基礎長期浸泡在海水中，樁內淤泥及微生物等腐爛造成樁內及底塔出現了刺激難聞的硫化物味道，經過氣體檢測，發現氣體中H2S含量為6～9 ppm，氧氣含量20.9%，需要對其內部采取排氣、抽水、清淤等辦法進行處理。風場中心離岸直線距離約為55 km，受風場周圍淺灘影響，航行距離約為70 km，海上運輸時間長，需提前做好進場計劃。同時離岸距離遠也造成了應急難度大、海上通訊困難、海上交通存在安全隱患等諸多問題。

目前，許多學者對大直徑單樁的防腐[4-5]、承載力[6-8]、沖刷[9-10]等開展了相關的研究，但是，對海上風電大直徑單樁腐蝕氣體排放施工技術還有待進一步的研究。結合大連莊河某海上風機大直徑單樁基礎建設項目，對大直徑單樁腐蝕氣體排放施工技術進行研究，對后續類似工程施工建設提供參考。

1 工程概況

華能江蘇大豐海上風電項目工程位于大豐區海域的毛竹沙，東臨米樹洋海槽、西臨陳家塢槽、北臨毛魚垳、南臨十船垳，場區規劃面積約127 km2，離岸距離約70 km，場區大部分區域水深約2～7 m(理論最低潮面起算)，沙洲中北部最淺約0.7 m，西側陳家塢處最深約10 m(見圖1)。

圖1 風場位置

1.1 單樁基礎

本工程共計51臺單樁基礎，為非嵌巖單樁鋼管樁結構，樁頂標高+12.0 m，鋼管樁樁頂設有法蘭盤與風機塔筒連接。樁頂設置有附屬構件，包含靠船防撞構件、爬梯、內平臺、外平臺、外加電流設備、電纜等。24臺6.2 MW級風機基礎，單樁直徑6.5～7.5 m，樁長約76～84.5 m，壁厚70～100 mm，主體用鋼量1 056.33～1 266.66 t。26臺7.5 MW級風機基礎，單樁直徑7.5～8.4 m，樁長約80.5～87 m，壁厚75～100 mm，主體用鋼量1 321.98～1 519.55 t。1臺8.0 MW級風機基礎，單樁直徑6.5～7.2 m，樁長約78.5 m，壁厚70～100 mm，主體用鋼量1 161.22 t(見圖2)。

圖2 風機基礎立面

1.2 工程地質

工程位于鹽城市大豐區東側的毛竹沙海域，場區整體底灘面地形變化較小，整體場區海底程-3.3～-12.8 m(1985國家高程基準)，場區水下均為海底灘涂，表層以粉土、粉砂為主，屬濱海相沉積地貌單元。

2 施工流程

施工流程如下：施工準備→通風與照明→記錄原始數據→積水處理→淤泥處理→氣體檢測→密封蓋板及收尾工作。

3 施工方法

3.1 施工準備

先用人工將塔筒外部的電動小吊機(220 V)運至外平臺處組裝好，調試完成后將其余物料運至外平臺，檢查單樁內平臺，內部水深并做好原始數據(①單樁內水面至單樁頂法蘭面高；②單樁內淤泥面至單樁頂法蘭面高；③原始氣體取樣)。

物料準備流程有：①準備單樁內部負壓式通風機，將污水泵和鋼絲軟管連接水泵放置單樁內部；②由于塔基內部作業環境較為陰暗，在施工人員正式進入內部施工前，接通臨時照明電路至基礎平臺及單樁內部，并做好臨時用電的防護與安全，確保作業期間光線充足，無死角。③臨時用電線路禁止隨意布置，需按要求進行必要的固定與綁扎。人員樁內施工作業時，只允許攜帶低于12 V電壓的照明設備，其他用電設備禁止啟用。④部分人員在外平臺安裝另一臺電動小吊機(380 V)后續將會運至內部用，安裝另一臺水泵，后續給內部抽水。

現場用電設備包含電動提升機、電動空壓機、潛水泵、高壓水泵、泥漿泵及LED照明燈，上述設備潛水泵與泥漿泵在工序上無需同時使用，考慮施工現場用電平均需要系數Kx=0.8，所有用電設備容量及計算負荷：

∑pe=3+7.5+7.5+7.5+5.5+0.1×10=32 kW

∑pjs=32×0.8=25.6 kW

滿足現場用電平均需要，且配電容量在安全范圍內。

3.2 記錄原始數據

塔基檢查人員上來后，打開塔筒門和塔基平臺蓋板，將通風機的通風管放到塔基下面，打開通風機現場人員走出塔筒門，負壓式通風機通風30 min以上。確認塔基內通風及空氣質量合格后，打開內平臺蓋板，測量樁內數據并記錄以下原始數據：

1)內平臺以下氣體檢測結果。

2)單樁內水面至單樁頂法蘭高H1。

3)單樁內泥面至單樁頂法蘭高H2。

見圖3。

圖3 測量位置

3.3 積水處理

現場人員確定水深，做好記錄，檢查確認抽水泵運行狀態完好，各管道、線路接頭連接完好，無破損、漏水、滲水等現象發生，將抽水泵放到塔基底部，調試完成后，接通電源，將出水管順出塔筒外部。所有連接管路均需臨時固定在附近固定設施上，在管路通過的電氣柜上加以防水塑料絕緣膜蓋好，防止電氣柜受潮、電氣元件受損。在用萬用表測量確認基礎平臺插座電壓為380 V，通電抽出塔基積水。用一臺通風機鏈接軟管向單樁內部打氧，確保單管樁內部氧氣充足。

3.4 塔基淤泥處理

1)強制通風;現場人員打開通風機強制負壓式通風和塔基淤泥清理同時進行，保證塔基下有害氣體及時排除。排風管道通過變流器冷卻系統入風口側面可拆解式蓋板引出風機塔筒外部。強制通風15～30 min后，用繩子將實時監測設備放入內底部，查看讀數是否低于10 mg/m3氧含量大于19.5%；不符合繼續通風，直至達標為止。工作時塔基平臺留一至兩人作為監護人員和塔基下工作保持溝通以確保施工人員安全。

2)泥漿泵吸排作業;施工人員穿戴好安全防護設備(頭燈、安全帽、工作服、全身式安全帶、工作鞋)，同時監護人員將電動吊機(最大載重300 kg)吊鉤與施工人員安全帶U型環相扣，施工人員通過監護人員有效搭建的軟梯至塔基底部，作業人員到達塔基底部后，沿樁基壁側布置泥漿泵。使用對講機通知塔基外的人員，先后啟動高壓水泵和泥漿泵。塔筒內的作業人員使用高壓水泵帶動高壓水槍抽取海水，充分攪拌使海水與淤泥充分混合，再由泥漿泵把混合的泥漿抽出，并排出塔基外。高壓水槍的供水管在風機內部為一根整體的管路，無需進行管道處理。大部分淤泥去除后，工作人員使用高壓水槍，將殘余的淤泥趕掃至泥漿泵吸口附近，由泥漿泵繼續排出塔基外。泥沙中的垃圾、石塊很容易破壞泥漿泵的葉輪或燒毀電機，為防止水下吸泥時造成堵塞，需要在泥漿泵的吸口處加一道防護網，以有效防止泥漿泵的堵塞。

3.5 表面覆蓋層的處理

根據覆蓋層的軟硬程度，確認清理的厚度，以單樁內原始泥面標高或樁體內壁記號為基準，一般控制在0.3～0.5 m左右或遇硬質土層即可停止。針對表面的淤泥質及微生物殘骸等的覆蓋層情況，施工人員以鐵鏟進行鏟除至隨身攜帶的手提筒內，并通過吊繩吊運至風機外部進行集中處理，防止污染周圍環境。為防止清淤過程中鐵鏟等工具劃傷樁基內壁防腐涂層，當開挖至樁壁附近時，更換為塑料小鏟進行逐步清理。針對有腐蝕或破損的內壁表面進行ST3級打磨處理，使用蒸餾水對打磨過的鋼管樁內壁進行擦拭，待內壁表面干燥后進行“一底兩面”防腐施工處理，漆膜總厚度不低于200 μm。

3.6 灑水泥處理

由于淤泥層微生物較多，為了確保有效防止微生物的繁殖從而產生腐蝕性氣體，待上述所有施工工序結束后，施工人員穿戴好空氣呼吸器。根據合同要求，使用干水泥對塔基底部進行鋪設殺菌，并使用硬化強度大于52.5 MPa混凝土對塔基底部進行鋪設。每臺風機鋼管樁底部水泥鋪設用量為500 kg。

3.7 氣體檢測

現場人員將塔基下面的氣體送至檢測部門檢測出報告。并且針對現場吸水、清淤處理后。送檢的時間以現場處理完成后，15 d以上由專業現場取樣化驗，并最終形成正式報告。具體檢測項見表1。

表1 氣體檢測項、測試依據

4 結 語

為解決海上風機基礎長期浸泡在海水中，樁內淤泥及微生物等腐爛造成樁內及底塔出現有害性氣體的問題，提出一種海上風機大直徑單樁副使氣體排放施工方法。

首先，將現場用電設備安裝就位，需使配電容量在安全范圍內。記錄鋼管樁內原始數據，并進行塔筒內現場積水處理。

其次，對塔基淤泥處理包括兩個部分：通風機強制負壓式通風；高壓水槍抽取海水并充分攪拌由泥漿泵把混合的泥漿抽出。

最后，提出表面覆蓋層的處理、灑水泥處理、氣體檢測等后續處理施工技術。