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海上风电单桩基础及风机施工安装概述

近年来，伴随着全球能源消耗的持续攀升，海上风力发电作为一种关键的可再生能源形式日益凸显其重要性。相较于陆地风力发电，海上风电凭借其风能资源丰沛、风速波动性低、以及对陆地空间影响较小等显著优势，赢得了业界的广泛重视与资本投入。尽管如此，海上风电项目的开发、建设及运维仍遭遇多重技术难题。其中，海上风电单桩基础作为风机系统的关键支撑架构，其性能直接关系到整个风力发电装置的稳固性与运行可靠性。同时，风机系统的施工与安装作业需克服海洋环境的复杂多变及海上作业条件的诸多限制，以确保风机设备的安全部署与高效运营。

一、海上风电单桩基础施工概述

海上风电单桩基础是目前业内普遍采用的海上风力发电设施基础型式，其直径通常为6-10米，桩长约为100米。施工时采用重型液压打桩设备将钢管桩植入海床。桩顶配备法兰，通过螺栓与塔筒连接，适用于10-60米水深的多种容量风电机组安装。图1国内各地区海上风机基础类型及其占比

施工前，须进行海底地形与水深勘察，利用声呐技术分析水文地质条件，并通过钻孔取样、土工实验来评估海底土层的工程地质特性。此外，分析大直径桩基础的承载力，计算桩身在不同深度的极限轴向承载力。根据桩的规格、入泥深度和工期，选用适宜的打桩船、浮吊和液压锤等主要船舶机组进行钢管桩沉桩作业施工。海上风电单桩基础安装控制标准规定，单桩基础为泥面处，多桩风机基础塔底法兰面最大倾斜率允许值为0.00572弧度，泥面处位移控制在1L/500，桩端位移为1L/5000，其中L为入泥深度。单桩要出现反弯点或者是桩长增加对桩身泥面处水平位移基本无影响。整机结构（包括风机、塔筒、基础和地基）的自振频率需避开风轮转动频率(1P)和叶片通过频率(NP)范围，并保持安全裕量。风机厂家要求整机频率应介于0.195Hz至0.32Hz之间，以确保系统稳定性。

二、施工流程

1.抱桩器安装

施工前，须完成各项准备工作，包括施工船舶的预先定位。在打桩船尾部凹槽内安装抱桩器支撑座，随后吊装并放置抱桩器于预定支撑座上。打桩船拖航至指定桩基坐标点，执行抛锚作业，并通过锚泊系统精确定位打桩船及抱桩器。在抱桩器四脚导向管内插入临时支撑桩，使用振动锤将支撑桩打至设计高度。接着，提升抱桩器平台并移出船体，利用悬挂系统将其放置于临时支撑桩上。调整抱桩器的安装精度，重点控制水平度和垂直度，确保调平后与临时支撑桩牢固锁定，从而构建一个稳定可靠的海上抱桩作业平台。图2抱桩作业平台

2.钢管桩运输及起吊安装

采用运输驳船将钢管桩运送至海上施工区，溜尾船定位后，运输船靠泊。依据钢管桩的几何尺寸、吊耳配置及重量，选用适宜的浮吊设备执行钢管桩的吊运作业，完成钢管桩的起吊、竖立及送入作业流程。图3钢管桩运输

3.钢管桩入抱桩器

利用浮吊将钢管桩吊至抱桩器后，适度调节抱桩器平台的管箍，确保钢管桩的垂直度。钢管桩依靠自重沉入泥中至预定深度，随后调整桩顶的高程、位置及精度。在钢管桩顶端安装替打法兰，此过程中需测量法兰的水平度，以确保满足安装标准。

图4钢管桩入抱桩器

4.锤击沉桩

执行液压冲击锤起吊作业，进行钢管桩的锤击沉桩。在作业中，精准控制桩锤的打击力，以设计标高和贯入度为基准进行校准，确保所有钢管桩达到设计深度。沉桩过程中，每下沉0.3米，锤击次数不得超过300次，且桩身在打桩过程中承受的最大应力不得超过允许应力极限。沉桩完成后，卸下锤头并摘钩，安装内部作业平台，进行超声波探伤（UT）检测和验收。检测合格后，拔出定位柱，施工船舶移位，继续下一根钢管桩的施工。图5锤击沉桩

5.基础防护

目前风电场大直径单桩的基础防护通常采用抛填碎石的方式。抛填碎石前需要制定合理的方案，选用碎石颗粒较细且级配较好的碎石，碎石直径控制在为2.5-40cm之间。抛石填埋防护范围为距桩中心25m半径范围。使用聚丙烯网兜，网兜下设土工布（反滤层），该方式填充率可达到60%。按照初始冲刷坑3-5m，每台风机碎石量约为3000立方。通过调研发现采用先进的导管式抛石作业装备可实现精准、高效施工作业。导管式抛石相较于抓斗、网兜等吊放作业形式更易于通过工业自动化实现精准、高效作业，制约因素是国内先进的导管式抛石施工作业船舶资源少。施工作业过程可以通过实施三维声纳，水下视频等技术，实现抛石高程、抛石数量的监控；结合船舶自动导航、水下定位等技术形式，可实现抛石路径精准规划、抛石投放准确到位。

6.附属结构件安装

基础防护作业完成后，随即开展防撞管、爬梯、外部作业平台、电缆管道、牺牲阳极等辅助结构件的安装工作。为防范船舶意外触碰，于风电场最外侧风机连线外侧设定黄色航行警示标志，以引导航行船舶实施有效规避。船舶靠近风机结构时，应减速缓行，并安全停靠于风机基础的指定靠泊设施。在风机基础外围安装防撞钢管以提供缓冲保护，并在其