（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江杭州 311122）
Research and analysis of monopile foundation construction technology of offshore wind farm
Rong Hongbao
（POWER CHINA HUADONG ENGINEERING CORPORATION LIMITED, HANGZHOU, ZHEJIANG 311122,）
摘要：本文对海上风电单桩基础施工的工艺和船机设备进行了汇总，对比分析了沉桩施工方案的合理性和适用性，提出了不同海域环境下单桩基础沉桩施工方案的选择思路。
Abstract: this paper summarizes the technology and equipment of offshore wind power monopile foundation construction, compares and analyzes the rationality and applicability of pile sinking construction plan, and puts forward the selection of pile sinking construction plan for single pile foundation in different sea areas.
关键词：单桩基础沉桩施工 船机设备配置 辅助工艺定位导向架设施
Key words: monopile foundation driving construction Ship equipment configuration auxiliary process positioning guide frame facilities
1 概 述
单桩基础是目前海上风电场工程使用范围最为广泛的基础结构型式，施工效率高，工艺较为成熟。目前单桩基础沉桩施工方案，体现了国内近海海域单桩基础施工的先进组织思路与水平，船机设备的选择也符合目前国内现有大型工程船机设备的资源条件，代表了国内海上施工技术水平的先进性。本文汇总了国内单桩基础沉桩施工方案，对方案的适用情况进行了分类说明。
2 海上风电大直径单桩基础施工方案发展
2.1 单桩基础施工方案研究
目前国内单桩基础沉桩施工，主要的施工方案可汇总为以下三种模式：
方案一：以浮式起重船为主要起吊船只设备，辅助工艺定位导向架设施为精度控制措施
浮式起重船是目前国内主要的工程类船只，其中以扒杆式固定臂架起重船数量最多，全回转起重船数量较少。大型浮式起重船在单桩基础施工中，主要承担单桩结构的起吊、立桩、进龙口、稳桩、定位等作业，吊打沉桩之前全部的准备工作将由其完成，因此对主吊浮式起重船的性能要求很高。
辅助工艺定位导向平台设施是保证单管桩沉桩施工精度控制的主要配套设施，也是整个施工方案的关键工艺。稳桩平台上需设置扶正、导向装置，以调整大直径钢管桩的垂直度，稳桩平台的安装位置决定了以后钢桩沉桩的桩位，故必须严格控制稳桩平台的测量放样定位的准确度，特别要控制下桩龙口的定位精度。
此种施工方案主要考虑利用浮式起重船完成前期立桩、稳桩的工序，使用辅助工艺导向平台设施实现高精度的沉桩垂直度控制标准，通过大能量的液压打桩锤完成管桩的沉桩工作，其整体的施工工艺流程如下：
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方案二：以充水座底式半潜船只为主要沉桩稳定装备，配套大型浮式起重船完成沉桩施工
配套大型水箱结构的半潜式平底驳船或者浮坞设施具有较大容量的调节水舱设施，同时具有较大尺寸的船只体型，可实现在一定水深的环境下通过注水入隔舱使船只增加重量而下沉至泥面形成稳定的工作平台，宽大的船体底表面积和较强的刚度条件使得船只对海底地质条件和地形环境具有较强的适应性。
此类船只在福建和浙江地区沿海海工结构中的大型沉箱设施运输沉放等工作中广泛使用，施工设备的资源来向相对丰富，是一类具有特殊使用功能的工程船只。潜驳船型大、刚度强，充水坐底之后具有较强的抗风浪能力，可以成为提供稳固操作平台的基础设施。由半潜式驳船改造形成的单桩基础沉桩用施工平台，因没有大型起重设备，仍然仅承担管桩锤击沉桩及其过程中的纠偏、稳定工作，大量的前期工作仍然由浮式起重船完成，主要承担单桩结构的起吊、立桩、进龙口、稳桩、定位等作业，对浮式起重船的工作性能要求与方案一中的大型起重船要求一致，工作内容也基本相当。
方案三：以自升式船只为主要沉桩稳定平台设施，配套大型浮式起重船完成立桩等前期工作
自升式海上移动平台目前主要作为海上施工作业操作平台进行自然条件恶劣的外海工程，其船体通过升降系统将桩腿伸入海底，当桩腿到达海底时，能将船身升离水面一定距离以承载船体重量，为海上作业提供一个类似陆域环境的平稳工作平台，基本不受风、浪、潮流的影响，通过调节支腿的下放长度可在高低不平的海床上保持平衡稳定，适用水深范围较广，能满足单桩基础施工对打桩精度的控制要求。自升式平台船只在国外海上风电场单桩基础施工与风机安装领域使用广泛，具有丰富的施工经验。
随着国内海上风电市场的快速发展，以自升式起重船为代表的海洋施工装备在国内也进行了一定数量的建造，一批高性能的自升式起重船下水并服务于单桩基础沉桩施工，对于起重能力较大的自升式船只，可利用自备的起重机械独立完成单桩基础沉桩工作，对于起重能力较小的自升式起重船，需要大型浮式起重船协助其完成前期工作，由大型浮式起重船与其配合完成管桩的吊立、入龙口等工作。
根据上述对三种施工方案的汇总，各方案的完整性和施工各工序的覆盖性均满足单桩基础沉桩施工的需求，船机设备性能均满足各自承担工艺的需求，关键的沉桩精度控制措施与设备方面，各方案均提出了合理设计，因此三种实施方案在国内海上风电场项目单桩基础沉桩施工均有成功实施的案例。
2.2 单桩基础施工方案特征剖析与适应性研究
目前国内现有的近海海域单桩基础施工方案与船只设备配套，汇总相应的特征，并精简主要的内容，总体可分为三类：
方案一：浮式起重船+辅助工艺定位导向架设施，代表的施工单位为中交集团系统内企业，此类企业海上施工业绩丰富，工程船只设备的资源量多，尤其对沉桩等关键海上施工工序的经验丰富，在关键技术与设备的设计研究方面有良好的基础，便于方案的成功实施与成熟应用。
方案二：自升式平台船+浮式起重船，代表施工单位为海上石油行业内企业。以自升式平台船为主的单桩基础施工，是国外单桩基础施工的首选方案，具有大量的工程案例和成功经验，得到了各方的广泛认可。在国内建造自升式平台船后，此种施工方案所必需的船机设备基础已经具备，具有广泛实施单桩基础施工的条件。
方案三：充水式半潜驳船+浮式起重船，代表施工单位为中交集团系统内企业和大型桥梁类施工企业，此种施工方案对船只性能要求较高，同时后续在船只改造方面还有大量的设计、建造与功能评估等工作，改造后船只对工程海域在海洋环境、地质等方面的适应性要求较高。
3 结 语
大直径单桩基础施工是海上风电场工程的关键项目，实施难度大，工艺复杂，经过国内企业不断的摸索与实践，目前的施工工艺水平逐渐成熟，总结其主要经验如下：
(1) 复杂海洋环境下打桩精度的控制是单桩基础的关键问题，解决此类问题目前最为合理的方案为保证施工船只的稳定性，即不采用漂浮式起重船进行施工而采用自升式起重船在站立稳定的工况下进行施工，在现有国内的施工资源和能力范围下，此种施工方案可保证单桩基础的施工要求，应增加对自升式起重船使用能力的深层次开发。
(2) 管桩的立桩一般采用起重船直接从运输船上起吊、架立形成竖直状态后进入龙口或夹桩器，单管桩空中翻身工艺是整个基础施工中安全控制要求最高的环节，国内大部分采用双船抬吊、一船控制管桩尾部的措施，工艺复杂，双船控制难度大，目前部分项目采用了单艘起重船三吊钩起吊的模式，实现了单船完成管桩竖立的工艺，降低了施工过程中的起吊安全风险，可研究后借鉴推广。
参考文献：
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邮寄联系方式：
荣洪宝 15967141191
浙江省杭州市余杭区高教路201号 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司（新能源工程院）
论文作者:荣洪宝
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/10
标签：起重船论文; 桩基础论文; 船只论文; 海上论文; 施工方案论文; 工艺论文; 龙口论文; 《科学与技术》2019年第08期论文;