畢宇

（中交三航（上海）新能源工程有限公司，上海 200137）

我國海上風(fēng)能資源非常豐富，具備大規(guī)模發(fā)展海上風(fēng)電的風(fēng)資源條件，在節(jié)能減排、能源短缺、能源供應(yīng)安全形勢日趨嚴(yán)峻的大形勢下，海上風(fēng)電作為典型清潔能源越來越受到重視。單樁基礎(chǔ)又在風(fēng)電施工基礎(chǔ)中占比最高?，F(xiàn)有的大型單樁基礎(chǔ)直徑為4．2～7m，平均樁長約60～92m，平均樁重550～900t。單樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量、垂直度控制等要求較高（平面度≤50cm，垂直度≤3‰）。

目前國內(nèi)采用工藝輔助樁穩(wěn)樁平臺(tái)的方法解決超大型單樁基礎(chǔ)的沉樁技術(shù)。圖1為工藝輔助樁穩(wěn)樁平臺(tái)結(jié)構(gòu)，單樁基礎(chǔ)沉樁作業(yè)開始前，先將穩(wěn)樁平臺(tái)3吊起放置在海底平面上，穩(wěn)樁平臺(tái)頂部突出水面約2m；然后使用振動(dòng)錘將工藝樁2沉入海底至標(biāo)高，再將穩(wěn)樁平臺(tái)3吊起離水面7～8m，并與工藝樁2固定連接。上述作業(yè)完成后，將單樁基礎(chǔ)1喂入穩(wěn)樁平臺(tái)抱樁器4內(nèi)，抱樁器4內(nèi)的液壓千斤頂將單樁垂直度調(diào)整至達(dá)到要求后，使用液壓沖擊錘，將單樁基礎(chǔ)1沉至標(biāo)高。

圖1 工藝輔助樁穩(wěn)樁平臺(tái)結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出，使用現(xiàn)有工藝輔助樁穩(wěn)樁平臺(tái)進(jìn)行單樁基礎(chǔ)施工穩(wěn)樁作業(yè)，存在以下缺點(diǎn)：第一，水深加深時(shí)，穩(wěn)樁平臺(tái)的制作高度要增加，造成制作成本增加。第二，工藝輔助樁需要振動(dòng)錘沉樁，所以需要配置起重船和振動(dòng)錘，增加了船機(jī)設(shè)備配置。第三，穩(wěn)樁平臺(tái)與工藝輔助樁的固定，需要使用焊接工藝，工藝輔助樁拔起時(shí)，需要再將連接處割掉，整個(gè)過程繁瑣，操作不便，耗時(shí)、耗人力，造成整體工效降低。第四，穩(wěn)樁平臺(tái)移位需使用運(yùn)輸駁船。

為著重解決上述存在的四個(gè)方面的問題，在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)樁功能，保證單樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量的前提下，研究設(shè)計(jì)了一種新結(jié)構(gòu)型式的穩(wěn)樁平臺(tái)，解決以下技術(shù)問題：第一，能夠根據(jù)水深變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)氣隙；第二，平臺(tái)樁腿能夠自動(dòng)入泥和上拔，減少船機(jī)設(shè)備使用，降低施工成本；第三，平臺(tái)的操作及單樁基礎(chǔ)垂直度的測量、調(diào)整和監(jiān)控，均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作和控制。

新的穩(wěn)樁平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)功能為：①適用直徑5～7米管樁的沉樁前穩(wěn)樁、自動(dòng)調(diào)節(jié)單樁基礎(chǔ)垂直度，能夠承受的側(cè)向力500kN；②平臺(tái)自動(dòng)抬升；③自動(dòng)移動(dòng)與GPS定位；④單樁垂直度監(jiān)控；⑤自動(dòng)調(diào)整單樁垂直度。穩(wěn)樁平臺(tái)設(shè)計(jì)方案如圖2，由于本方案能夠自動(dòng)抬升，故與現(xiàn)有技術(shù)相比，節(jié)省了振動(dòng)錘和起重船。且能夠自動(dòng)移位，在轉(zhuǎn)移機(jī)位時(shí)，不需要使用運(yùn)輸駁船，可節(jié)省2臺(tái)運(yùn)輸駁船。本方案對單樁基礎(chǔ)垂直度的調(diào)節(jié)、控制及抬升系統(tǒng)的操作均為自動(dòng)化，操作簡便，提高了施工效率。

穩(wěn)樁平臺(tái)的施工原理見圖3，穩(wěn)樁平臺(tái)主要由平臺(tái)樁腿1、抬升系統(tǒng)2、舵漿系統(tǒng)3、錨絞車4、主平臺(tái)5、抱樁機(jī)構(gòu)6組成。

主平臺(tái)5為箱型鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)連接，單層底、單甲板。艏部配備一套抱樁系統(tǒng)；左右舷各增設(shè)前后2個(gè)固樁室，布置4套升降系統(tǒng)；左右舷艏/艉對稱布置4套液壓絞車，做系泊（錨泊）定位系統(tǒng)；艉部配有2臺(tái)全回轉(zhuǎn)舵槳。

圖2 技術(shù)方案

平臺(tái)樁腿1為四根鋼管，不配樁靴，配沖樁系統(tǒng)。為適應(yīng)不同海床條件的作業(yè)，樁腿下部設(shè)置一截可拆卸樁腿。

抬升系統(tǒng)2安裝在自升式海上平臺(tái)的樁腿和平臺(tái)主體的交接處，通過齒輪齒條升降裝置驅(qū)動(dòng)平臺(tái)主體作上下運(yùn)動(dòng)，滿足海上平臺(tái)作業(yè)需要，單腿額定抬升能力為300t，平臺(tái)升降速度為 0．2～0．6m/min。

舵漿系統(tǒng)3為全回轉(zhuǎn)甲板組合式舵槳，由電機(jī)（或柴油機(jī)）帶動(dòng)，裝有固定螺距螺旋槳，螺旋槳在導(dǎo)流管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。推進(jìn)器帶有螺栓連接式安裝基座，安裝在船體甲板上。

錨絞車4在主平臺(tái)5左右舷艏/艉位置對稱布置，用于該穩(wěn)樁平臺(tái)系泊定位。其額定拉力為80kN。

抱樁機(jī)構(gòu)6為單層抱樁臂，抱樁直徑范圍為5～7m，能夠承受500kN側(cè)向力。通過油缸推動(dòng)滾輪，調(diào)節(jié)單樁基礎(chǔ)的垂直度；其單邊缺口，便于喂樁，帶封口機(jī)構(gòu)。

圖3 實(shí)施方案原理

方案實(shí)施：穩(wěn)樁平臺(tái)呈長方形船體，帶有四個(gè)圓柱形樁腿，每個(gè)樁腿下端可帶有簡易可拆式樁靴。平臺(tái)的型長 39．0m，型寬 21．6m，型深 2．46m。四個(gè)樁腿位置如下：四個(gè)樁腿沿中心線兩兩左右對稱，均位于中心線兩側(cè)9．0m 處，后樁腿中心線距尾端12．0m，兩個(gè)前樁腿與兩個(gè)后樁腿相距19．5m。平臺(tái)艉部為開口形式，開口尺寸為長度9．0m，寬度8．2m，開口周圍布置液壓穩(wěn)樁/抱樁系統(tǒng)。

穩(wěn)樁平臺(tái)艉部設(shè)有開口，尺寸為：長9．0m，寬8．2m；開口處設(shè)有雙層穩(wěn)樁系統(tǒng)，穩(wěn)樁油缸由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。下層穩(wěn)樁油缸基座直接布置在平臺(tái)主甲板上，上層穩(wěn)樁油缸基座分別布置在3個(gè)穩(wěn)樁油缸架上，3個(gè)穩(wěn)樁架為桁架結(jié)構(gòu)，高度為距主甲板7m，頂部通過走道連通。6個(gè)可調(diào)固定式油缸分別布置于上下兩層相同位置，油缸推力為40T。另外有4個(gè)頂推調(diào)節(jié)油缸布置在主甲板上（下層），油缸推力為70T。本穩(wěn)樁系統(tǒng)適應(yīng)樁徑 5．5～7．5m 的單管樁。

穩(wěn)樁平臺(tái)主甲板上設(shè)有休息區(qū)（兩層），位于主甲板右舷。一層為休息室和儲(chǔ)藏室，二層為機(jī)電控制室。在4個(gè)固樁架邊布置4套樁腿抬升系統(tǒng)液壓動(dòng)力站。

穩(wěn)樁平臺(tái)按自升式平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，最大作業(yè)水深 25m（含天文潮和風(fēng)暴潮差）。

該設(shè)計(jì)方案實(shí)施后，穩(wěn)樁平臺(tái)可在水深 25m 范圍內(nèi)泥砂質(zhì)海底海域或相類似海域按自升式平臺(tái)型式進(jìn)行作業(yè)，用于海上風(fēng)電安裝單鋼管樁施工輔助（穩(wěn)樁/定位）作業(yè)或其它水上以及岸邊各種小型設(shè)備吊裝任務(wù)的海洋工程設(shè)備，以減少原有單樁沉樁時(shí)附屬施工時(shí)間及成本，大大加快海上風(fēng)電場施工。