2023海上风电施工新技术

海上风电施工新技术

二〇二二年六月技术交流海上基础施工方案风机基础一般有单桩基础、多桩基础、重力式基础、导管架基础、负压筒基础、浮式基础等多种结构形式。其中单桩基础拥有加工制造简单、安装便捷、结构简单，受力明确等优势，综合国外已建海上风电场建设经验，约三分之二的海上风电项目都采用单桩基础，目前国内比较流行的外海风电基础也大都是大直径单桩基础。单桩基础直径可达到8m以上，应用前景十分广泛。多桩基础比较适合我们，打桩船、混凝土搅拌船等我们自有，而且风电安装船正在打造中。下面主要介绍：高桩承台单桩三桩（四桩）水上导管架吸力式沉箱导管架四种桩基础结构型式概述四种桩基础结构型式概述高桩承台单桩三（四）桩水上导管架吸力式沉箱导管架高桩承台施工钢套箱安装承台施工插打定位桩定位驳就位单桩施工单桩施工流程定位桩全部就位定位桩振沉单桩施工单桩施工流程单桩起吊单桩就位入抱桩器单桩施工流程单桩采用S-2000液压锤沉桩单桩沉桩完毕单桩施工（无过渡段）单桩施工流程2单桩基础施工方案（另外一种工艺）（有过渡段）施打辅助桩安装定位平台单桩基础施打振动锤纠偏及沉桩

S-1800液压锤性能名称单位S-1800最大锤击能量KNm1800最小锤击能量KNm180锤击次数击/min35活塞质量t90液压锤质量t206液压锤直径m1.83最大直径m6.05液压锤长度m16.5锤总高度m～20总质量t387液压锤沉桩至设计标高拆除固定平台拔桩，重复利用安放连接套筒单桩基础调平单桩基础灌浆

桩顶钻机施工（直径3m-8m)单桩施工单桩钻孔施工适用孔径φ3.0～φ8.0m

转速/扭矩

0-20rpm/500kN.m

最大钻孔深度120m岩层钻进参数钻压为<1450kN排渣方式气举反循环供气方式2×25m3/min

3三桩水上导管架基础施工方案首先施打辅助桩总长型宽型深设计吃水正常作业工况140m39m6.6m3.3m风速13.8m/s波高3m波周期7s型长自存工况89.9m风速36m/s波高5m波周期8s桩腿数桩腿直径桩腿长度主钩吊重主钩吊高副钩吊重副钩吊高43.3m60m700t距甲板120m120t距甲板126m自持力甲板载荷可变载荷全回转舵桨30d12t/m21600t艏部2×450KW直径φ1330艉部2×710KW直径φ1650自升平台在辅助桩边顶升到位将定位架固定在辅助桩上振动锤纠偏及沉桩液压锤沉桩至设计标高S-800液压锤性能名称单位S-800最大锤击能量KNm800最小锤击能量KNm80锤击次数击/min45活塞质量t40液压锤质量t83液压锤直径m1.22最大直径m4.32液压锤长度m14.61锤总高度m～18总质量t154再将定位架吊回辅助桩拔出至下一风机点反复使用安放上部连接平台将上部导管架安放至钢管桩上，并安装调平装置三桩基础进行调平灌浆固定上部平台三桩水上导管架基础施工完成4吸力式沉箱导管架基础施工方案吸力式负压大圆桶基础施工案例吸力式沉箱基础运输至现场采用GPS定位系统，将沉箱基础吊放至海底设计位置通过排水、排泥将沉箱基础沉放至设计标高，同时纠偏四个沉箱，保证其垂直度要求将辅助吊架与排水系统取回自升平台在沉箱基础边顶升到位将四管导管架运至现场通过GPS定位系统，将四管导管架吊放至海底对应的沉箱位置进行吸力式沉箱导管架基础的调平水下灌浆固定四管导管架吸力式沉箱导管架基础完成四种桩型的对比：施工特点高桩承台基础吊装、沉桩均可利用现有船机设备，施工难度相对较低.不需要进行船机改造；国内已有成熟经验，可多线施工三桩水上导管架基础

桩基定位及桩基垂直度要求高，需借助辅助装置解决定位及调平，需灌注灌浆料予以固定导管架单桩基础需配备大型船机设备，需借助辅助装置用于定位及调平，需灌注灌浆料予以固定连接套筒吸力式沉箱导管架基础水下作业工作量大，需借助辅助装置用于定位及调平，施工质量较难保证，需在水下灌注灌浆料予以固定四管导管架；但此工艺中差异性沉降问题需仔细研究三海上风机安装方案风机整体拼装、运输、现场整体吊装方案现场自升平台风机分体安装方案海上风机安装方案风力发电机组有多种安装策略：主要包括单叶式安装、兔耳式安装、三叶式安装、整体式安装1.风机组件吊装的优化根据吊装工艺的不同，通用的风机安装形式分单叶片式、三叶片式和兔耳式。单叶片式是先机舱叶毂组件连接后吊装，然后吊装每片叶片；三叶片式是先在甲板面上将叶毂和叶片组装，然后整体吊装；兔耳式是甲板面上将叶毂和2片叶片组装，吊装后最后一片叶片散装。现在的主流安装方式是单叶片式和三叶片式，目前主流风机功率是4MW~6MW。1.1风机组件吊装介绍三叶片式的吊装顺序为：底段塔筒预组装（底段塔筒吊装→中段塔筒吊装→顶段塔筒吊装）→机舱，发电机组装（机舱发电机组件吊装）→叶轮拼装→叶轮吊装→配合调试。单叶片式吊装顺序为：底段塔筒预组装（底段塔筒吊装→中段塔筒吊装→顶段塔筒吊装）→机舱，发电机组装（机舱发电机组件吊装）→叶轮吊装→叶片逐一吊装→配合调试。海上风机安装方案2.2.2辅起重机形式的选择辅起重机的种类主要有：绕桩式起重机、甲板圆筒式起重机和活动式甲板履带起重机。绕桩式起重机设置在固桩室顶，平台桩腿穿过起重机筒体，起重机可以绕平台桩腿回转。采用绕桩式起重机可以充分利用固桩室结构，减小起重机筒体高度，减小增加的空船质量。因为绕桩式起重机设置在固桩室顶，对甲板使用面积无影响，可节约甲板面积。但是回转轴承的加大导致吊机的成本将极大增大。甲板圆筒式起重机的起重机筒体直接插入船体，采用普通圆柱筒体起重机则可减小筒体直径，因为采用较小的回转轴承可减少吊机成本的增加。但是起重机筒体占用一定的面积，将导致减小可用装载风机组件的面积。另为，普通起重机需将筒体插入船体内，增加的钢材质量较绕桩吊要大。活动式甲板履带吊起重机的优点有：使用位置灵活方便，便于叶片翻身，从运输船上吊装风机组件时可以拆分组合以方便甲板的利用。使用履带式起重机，该平台的舾装数将降低，将对锚重量、锚机规格、锚链长度以及系泊荷载等造成影响，在系泊设备方面可以节约成本。使用履带式起重机的缺点有：由于甲板荷载的原因，履带式起重机不能配置很大，例如在开敞作业甲板的设计荷载为117.7kN/m2（12t/m2）时，根据履带式起重机的甲板接触面积和自身质量，最大只能配置150t的起重能力，根据风机筒体组件重量，超过6MW的筒体吊装翻身时起重能力不足。而且履带起重机在同等吊重的情况下，吊高也是无法与甲板圆筒式起重机和绕桩式起重机相比的。因此，在选择辅吊机时，还是要看平台使用的海域及需要吊装的风机型号。海上风机安装方案3平台拔桩的优化3.1拔桩过程中的常见问题对自升式平台来说，单桩支持荷载显著上升，考虑到单个桩靴的面积不可能无限增加，对地压力就会显著提升。实际上，目前1200t级自升式风电安装平台的桩靴对地压力已经达到了近686kN/m2（70t/m2），入泥深度可达近20m。即使在海床条件相对较好的江苏海上风电场，自升式风电安装平台的拔桩困难问题也是常见的。例如：某自升式风电安装平台2017年12月至2018年5月共就位21次，其中遇到2次拔桩困难问题，概率达到近10%。另为，在站桩过程中，在桩靴与海底将要接触式，考虑到平台的沉浮动作，桩靴将对海底面碰撞，容易导致桩靴变形的发生，如果桩靴上设置人孔盖、小舱盖等，容易导致桩靴进水，损失少量浮力。3.2优化建议由于桩靴底部主要是吸附力，桩靴上表面主要考虑冲洗。一般考虑冲桩管路中同时配置压缩空气和高压水，在桩靴底部的喷嘴可以由压缩空气与高压水交替喷出，用于破吸附。顶部用高压水冲洗，冲掉泥沙，便于拔桩。桩靴外表面尽量不设置小舱盖，桩靴内的检修可以通过从桩腿内部下去进入桩靴，结构上尽量保持桩靴内通道通畅。对于群桩基础，可以采用大型浮吊整体安装对于单桩基础，拟采用自升式风电安装船单体安装或者半潜驳坐底安装风机安装施工海上风机安装方案1风机整体拼装、运输、现场整体吊装方案2400t双臂架起重船2000t自航“蛟龙号”东海大桥风电场风机安装主要过程：

1.风机码头基地整体组装2.风机整体运输船海上拖航3.风机整体运输至现场，等待起重船整体吊装4.风机由2400t双臂架起重船整体吊装5.整体风机从运输船上起吊风机整体软着陆过程中6.风机整体软着陆安装海上风机安装方案2现场自升平台风机分体安装方案在基地码头前沿将风机组装成五大件码头前沿风机机舱、轮毂及两片风叶组装成“兔子头机舱”施工工艺阐述：由拖轮将“海上作业平台”送至风机安装点润邦自升平台介绍总长型宽型深设计吃水正常作业工况140m39m6.6m3.3m风速13.8m/s波高3m波周期7s型长自存工况89.9m风速36m/s波高5m波周期8s施工工艺阐述：由拖轮将“海上作业平台”送至风机安装点润邦自升平台介绍桩腿数桩腿直径桩腿长度主钩吊重主钩吊高副钩吊重副钩吊高43.3m60m700t距甲板120m120t距甲板126m自持力甲板载荷可变载荷全回转舵桨30d12t/m21600t艏部2×450KW直径φ1330艉部2×710KW直径φ1650施工工艺阐述：由拖轮将“海上作业平台”送至风机安装点将“海上作业平台”四脚支撑海底，平台脱离海面将装有整套风机组件的驳船运至海上作业平台靠泊平台上的起重机将驳船上风机五大组件逐件吊至导管架上风机安装施工方案塔筒整体安装+机舱、轮毂一体化安装+叶片安装半潜式风电安装船滩涂区，半潜驳改为深潜座底风电安装船。即风机安装考虑通过在半潜驳甲板上设置大型的履带式起重机作为起吊设施进行安装。半潜式风电安装船顺一1600吨深潜座底多功能风电工程船可以同时装载2套10兆瓦风机部件及整套打桩设备，本船装备3000千焦的液压打桩锤。该船有漂浮或者坐底两种作业模式，漂浮作业最大水深达80米，深潜坐底作业最大水深达32米。船上配置的1600吨桅杆式回转起重机采用中心起吊的作业方式。半潜式风电安装船近日，广东粤电湛江外罗海上风电项目完成首桩基础施工。此次完成的首台海上风电管桩，单桩重量约950吨，长75.5米。海上升压站安装海上升压站安装海底电缆铺设一、深水区单桩施工1、风电安装船打桩2、方驳改造的插桩船打桩3、自升式平台打桩4、定位架+抱桩器打桩

风电安装船自带抱桩器+大型液压锤三航局今年首次在大连庄河海上风场运用“风华号“完成单桩基础和风机安装的“一体化”施工。1、风电安装船打桩方驳改造抛锚初定位+定位桩插打+抱桩器浮吊吊液压锤打桩目前采用较多2、方驳改造的插桩船打桩3、自升式打桩平台船长型宽型深36.396m22.022m2.876m设计吃水最大作业水深燃油自持力2m40m15天甲板作业区荷载桩腿10t/㎡4xφ1.5mx60m表

江苏浩衡多功能平台船参数4、定位架+抱桩器打桩二、浅水区单桩施工1、半潜驳坐滩打桩、安装2、起重船坐滩打桩、安装3、自升式平台打桩、安装

1、将半潜驳改造成深潜座底式风电安装船即风机安装考虑通过在半潜驳甲板上设置大型的履带式起重机作为起吊设施进行安装。主要适用于潮间带及近海施工。2、起重船坐滩打桩、安装风机3、自升式打桩平台（需考虑涨落潮影响，以免搁浅）船长型宽型深36.396m22.022m2.876m设计吃水最大作业水深燃油自持力2m40m15天甲板作业区荷载桩腿10t/㎡4xφ1.5mx60m表

江苏浩衡多功能平台船参数船名：铁建桩01规格：桩架高108m航区：国际近海打桩船铁建桩01是目前国内配置领先的超大型打桩船，兼具起重功能。桩架高108m，船长77.75m，宽28m,型深5.6m，设计吃水3m。配备S600电控液压锤、D180型柴油锤。可施打90m+水深的钢管桩、PHC桩等各类预制桩，桩径范围在0.8-3.5m之间。最大起重总量320t。主要适用工程：高桩码头、水上平台、海上深水基础船名：铁建潜01规格：10000t举力航区：国际近海半潜驳铁建潜01为带辅助推进装置的非自航半潜甲板驳。总长78.6m，型宽40m，型深6m，高22.8m，设计吃水4.8m，最大沉深25.5m。在遮蔽海域作业时，具有10000t举力。主要适用工程：7500t级沉箱出运、国际近海无人拖航。船名：铁建砼01规格：200m3/h航区：国际近海砼搅拌船铁建砼01按双线生产能力200m3/h设计建造的大型混凝土搅拌船，总长75.6m，型宽24.6m，型深5.45m，设计吃水3.2m。单船一次储料连续浇筑能力1400m3（捣实）。排水量、仓容量、生产效率、布料半径、绿色环保等各项指标均国内领先。主要适用工程：水上大型承台、灌注桩等大方量混凝土的连续浇筑船名：风电安装船规格：1300t吊装能力航区：国际近海风电安装船1300吨自升自航式风电安装船采用国际先进设计理念，性能参数处于国内领先水平，配置1300吨-25米全回转绕桩式起重机，具备Φ8米-1300吨钢管桩的翻桩及打桩能力，最大作业水深50米，设计航速7.5节，配备DP2动力定位系统和四点锚泊定位系统，具备恶劣海况作业与风暴条件自持能力，满足远洋调遣与近海作业要求，续航力3000海里，甲板作业面积约2500平方米，入CCS船级社。主要适用工程：8MW海上风机安装及沉桩，大型构件运输、吊装。合理化建议序号船名起重荷载吊机形式起吊高度桩腿船舶规格吃水作业水深1华电1001号120t/700t（全）全回转、甲板吊65m/120m4xφ3.3m长60m140mx39mx6.6m3.3m3~25m2龙源振华叁号2000t/1500t全回转、甲板吊120m4xφ4.2m长85m100.8mx43.2mx8.4m5.8m最大工作水深50m3龙源振华二号800t全回转、不绕桩108m4xφ3.2m长67m76.8mx42mx6m2.7m35m以内海域4三航风华号360t/1000t全回转、绕桩吊57m/110m4xφ3.6m长80m81.6mx40.8mx7.2m4.9m40m以内泥砂质海域5海洋38号250t全回转、甲板吊110m长42m，2.8x2.8正方形板架结构89.62mx36mx5m5m工作水深2.5~12m6BH001号300t全回转、甲板吊\4xφ3.6m长92.5m74.4mx39.2mx7.5m5.5m最大作业水深45m7精铟1号800t全回转、绕桩吊\4x85m85.8mx40mx7m4.8m最大作业水深45m国内现有自升式风电安装船性能参数合理化建议国内现有自升式风电安装船性能参数序号船名起重荷载吊机形式起吊高度桩腿船舶规格吃水作业水深8福船三峡1000t全回转、绕桩吊110m4x85m108.5xm40.8mx7.8m4.6m最大工作水深50m9大桥福船1000t全回转、绕桩吊110m4x85m108.5mx40.8mx7.8m4.6m最大工作水深50m10天津港航（港航平9）1200t全回转、甲板吊110m4x73m88.2mx42mx6.8m4.0m最大工作水深40m11托本号1000t全回转110m78m120.781mx40mx8m2.4m45m以内泥砂质海域12海洋69（海洋风电69）500t全回转绕桩吊\长75m85.5mx40mx7m4.5m适合5-40m水深13海洋风电38250t全回转、甲板吊\长42m89.62mx36mx5m\作业水深小于35m合理化建议国内现有大型起重船性能参数序号船名起重能力（t）起吊高度（m）船长（m）型宽（m）型深（m）吃水（m）所属单位1长大海升3200t108m/123.7m110m48m8.4m4.8m广东长大2蓝疆号3800t（有限回转）/2500t（全）87m/102m157.5m48m12.5m8m中海洋3德流号1700t/320t80m115m45m9m6.8m烟台打捞局