海上风电单桩稳桩平台研究

毕宇

（中交三航（上海）新能源工程有限公司，上海 200137）

我国海上风能资源非常丰富，具备大规模发展海上风电的风资源条件，在节能减排、能源短缺、能源供应安全形势日趋严峻的大形势下，海上风电作为典型清洁能源越来越受到重视。单桩基础又在风电施工基础中占比最高。现有的大型单桩基础直径为4．2～7m，平均桩长约60～92m，平均桩重550～900t。单桩基础施工质量、垂直度控制等要求较高（平面度≤50cm，垂直度≤3‰）。

目前国内采用工艺辅助桩稳桩平台的方法解决超大型单桩基础的沉桩技术。图1为工艺辅助桩稳桩平台结构，单桩基础沉桩作业开始前，先将稳桩平台3吊起放置在海底平面上，稳桩平台顶部突出水面约2m；然后使用振动锤将工艺桩2沉入海底至标高，再将稳桩平台3吊起离水面7～8m，并与工艺桩2固定连接。上述作业完成后，将单桩基础1喂入稳桩平台抱桩器4内，抱桩器4内的液压千斤顶将单桩垂直度调整至达到要求后，使用液压冲击锤，将单桩基础1沉至标高。

图1 工艺辅助桩稳桩平台结构

从图1可以看出，使用现有工艺辅助桩稳桩平台进行单桩基础施工稳桩作业，存在以下缺点：第一，水深加深时，稳桩平台的制作高度要增加，造成制作成本增加。第二，工艺辅助桩需要振动锤沉桩，所以需要配置起重船和振动锤，增加了船机设备配置。第三，稳桩平台与工艺辅助桩的固定，需要使用焊接工艺，工艺辅助桩拔起时，需要再将连接处割掉，整个过程繁琐，操作不便，耗时、耗人力，造成整体工效降低。第四，稳桩平台移位需使用运输驳船。

为着重解决上述存在的四个方面的问题，在实现稳桩功能，保证单桩基础施工质量的前提下，研究设计了一种新结构型式的稳桩平台，解决以下技术问题：第一，能够根据水深变化，自动调节气隙；第二，平台桩腿能够自动入泥和上拔，减少船机设备使用，降低施工成本；第三，平台的操作及单桩基础垂直度的测量、调整和监控，均实现自动化操作和控制。

新的稳桩平台能够实现功能为：①适用直径5～7米管桩的沉桩前稳桩、自动调节单桩基础垂直度，能够承受的侧向力500kN；②平台自动抬升；③自动移动与GPS定位；④单桩垂直度监控；⑤自动调整单桩垂直度。稳桩平台设计方案如图2，由于本方案能够自动抬升，故与现有技术相比，节省了振动锤和起重船。且能够自动移位，在转移机位时，不需要使用运输驳船，可节省2台运输驳船。本方案对单桩基础垂直度的调节、控制及抬升系统的操作均为自动化，操作简便，提高了施工效率。

稳桩平台的施工原理见图3，稳桩平台主要由平台桩腿1、抬升系统2、舵浆系统3、锚绞车4、主平台5、抱桩机构6组成。

主平台5为箱型钢质结构连接，单层底、单甲板。艏部配备一套抱桩系统；左右舷各增设前后2个固桩室，布置4套升降系统；左右舷艏/艉对称布置4套液压绞车，做系泊（锚泊）定位系统；艉部配有2台全回转舵桨。

图2 技术方案

平台桩腿1为四根钢管，不配桩靴，配冲桩系统。为适应不同海床条件的作业，桩腿下部设置一截可拆卸桩腿。

抬升系统2安装在自升式海上平台的桩腿和平台主体的交接处，通过齿轮齿条升降装置驱动平台主体作上下运动，满足海上平台作业需要，单腿额定抬升能力为300t，平台升降速度为 0．2～0．6m/min。

舵浆系统3为全回转甲板组合式舵桨，由电机（或柴油机）带动，装有固定螺距螺旋桨，螺旋桨在导流管内转动。推进器带有螺栓连接式安装基座，安装在船体甲板上。

锚绞车4在主平台5左右舷艏/艉位置对称布置，用于该稳桩平台系泊定位。其额定拉力为80kN。

抱桩机构6为单层抱桩臂，抱桩直径范围为5～7m，能够承受500kN侧向力。通过油缸推动滚轮，调节单桩基础的垂直度；其单边缺口，便于喂桩，带封口机构。

图3 实施方案原理

方案实施：稳桩平台呈长方形船体，带有四个圆柱形桩腿，每个桩腿下端可带有简易可拆式桩靴。平台的型长 39．0m，型宽 21．6m，型深 2．46m。四个桩腿位置如下：四个桩腿沿中心线两两左右对称，均位于中心线两侧9．0m 处，后桩腿中心线距尾端12．0m，两个前桩腿与两个后桩腿相距19．5m。平台艉部为开口形式，开口尺寸为长度9．0m，宽度8．2m，开口周围布置液压稳桩/抱桩系统。

稳桩平台艉部设有开口，尺寸为：长9．0m，宽8．2m；开口处设有双层稳桩系统，稳桩油缸由液压系统驱动。下层稳桩油缸基座直接布置在平台主甲板上，上层稳桩油缸基座分别布置在3个稳桩油缸架上，3个稳桩架为桁架结构，高度为距主甲板7m，顶部通过走道连通。6个可调固定式油缸分别布置于上下两层相同位置，油缸推力为40T。另外有4个顶推调节油缸布置在主甲板上（下层），油缸推力为70T。本稳桩系统适应桩径 5．5～7．5m 的单管桩。

稳桩平台主甲板上设有休息区（两层），位于主甲板右舷。一层为休息室和储藏室，二层为机电控制室。在4个固桩架边布置4套桩腿抬升系统液压动力站。

稳桩平台按自升式平台进行作业时，最大作业水深 25m（含天文潮和风暴潮差）。

该设计方案实施后，稳桩平台可在水深 25m 范围内泥砂质海底海域或相类似海域按自升式平台型式进行作业，用于海上风电安装单钢管桩施工辅助（稳桩/定位）作业或其它水上以及岸边各种小型设备吊装任务的海洋工程设备，以减少原有单桩沉桩时附属施工时间及成本，大大加快海上风电场施工。