在基础结构设计中,另一个改进的地方是对基础的强度修正。陆忠民告诉记者,机组吊装的时候,需要基础承受一定压力。这个压力的承受值设计为多少合适?如果在欧洲,通过已有的经验就可以求出承载的情况。但是东海大桥的土壤情况与欧洲截然不同,基础到底能不能承受我们所设计的荷载?这是一个问题。因此,通过最初的3台样机吊装,我们在现场做了装机载荷试验,对基础的强度进行了相应修正,使现场实际装机时能满足机组运行时的荷载要求。这些也是通过相关的相互性试验完成的。
结合特殊施工条件,进行针对性科研攻关
在此之前,我国缺乏海上风电场项目的施工经验,承担此次施工任务的中交第三航务工程有限公司宁波分公司,结合特殊施工条件进行针对性科研攻关,确定具体的施工方案。
回顾当时的施工情况,中交第三航务工程有限公司宁波分公司副总经理黄国梁向记者表示,与国外的做法不同,本工程采用了群桩基础,由于风电机组承台基础要承受复杂和恶劣的外来载荷,每根钢管桩的入土深度达66m,其中进入沙土层约40m,超出水工结构桩基常规施工的要求,钢管桩沉桩时对捶击能量的要求已到现有的桩锤的极限。
在项目开工前,施工方和设计方对沉桩可能性进行了分析,并结合类似地质条件下的桩基检测经验,选用了国内最大最新型的D220柴油锤进行锤击沉桩。这种锤的台击数最多达到6000次,这是我们以前从事的水工工程结构施工没有碰到过的。
即便这样,在试打第一根桩时,仍然碰到了难题。柴油锤打桩进行一段时间后,效能就降低了,最后桩锤的承载基本上达到了临界状态,也就是说根本打不动了。怎么办?后续桩也这么打的话,风电场根本不能按期完成基础施工。
经过一段时间的摸索,施工方终于发现,桩锤在长时间试打过程中,打桩机发热严重,致使桩锤效率降低,最后打不下去。而有效解决这一问题的方法也很简单,就是给桩锤适当的休息时间,让它打一段时间后,就休息一段时间,使柴油锤尽可能冷却,这样,再接着打的时候,桩锤就又能够发挥本身的效能了。这个问题的解决不需要对设计进行颠覆性的修改,因此从总体施工费用上来讲并没有多大差别,而实际上却使整个工程得以顺利地推进。
机组吊装过程时遇到的问题也超乎施工方的意料。根据可研报告,在机组吊装过程中,由于风电场中有海底电缆、天然气管道等管线通过,施工干扰因素较多。另外,风电场所处海域受风、浪、潮、雾、台风的影响较大,作业区内一年中有效的施工天数只有188天左右,而且为了避免大风大浪天气,海上施工船只需要经常往返避风,这也降低了施工作业效率。可研中报告中设置了两套吊装方案:一套是分体吊装,即采用大型浮船坞作为吊装风电机组的作业平台,利用该作业平台上的大型履带吊机起吊机组各部件并进行安装。另一种是整体吊装,即在陆上完成整机拼装,再由驳船将机组运输到风电场场址,用4000吨起重船完成最后的安装工作。此方案将海上风电场吊装的绝大部分工作在陆地上完成,避免了海上作业时间长、风险大的不利因素。
黄国梁说,在确定吊装方案时进行了大量调研,并在前期工程实例中进行了验证,最终认为在东海大桥这种海床淤泥较厚的情况下,分体吊装是不合适的,因此最终确定采用整体吊装方案。
那么,已经确定的机组吊装方案是否经得起实际吊装过程的检验?整体吊装方案的关键问题在于吊装过程中与基础的对准、定位问题。海上风电机组外形尺寸庞大,迎风面积大,外部自然条件恶劣、吊装作业可控性差,而吊装过程中则要求平稳进行,将碰撞控制在允许的范围内,因此难度极大。
这是我国第一次建设海上风电项目,缺乏相应的海上风电施工装备,没有专业的风电吊装船,只能利用现有船舶,在工程建设过程中对船舶进行改造。黄国梁称,机组整体吊装中有三大难题:其一,机组组装完毕后机舱高度达80m,风轮直径达125m,整机重心高达52m。如何将这一庞然大物在工程运输驳上稳固地组装起来,又如何在复杂、恶劣的海况条件下安全运抵海上现场?其二,海上整机吊装如何避免因起重船在海浪冲击下摇晃,而导致被吊机组在着陆时对过渡段连接法兰的撞击超过允许范围?其三,一旦机组在连接塔筒上着陆后,如何解决机组塔筒与连接塔筒上下法兰螺栓96个孔 的精确对中(上下连接的两个法兰直径为4.5m)?
针对这三大难题,中交第三航务工程有限公司确定了科研攻关目标:一是改建机组预拼装基地;二是在工程驳上进行机组预拼装、海上整机运输;三是在大型起重船上实施海上整机吊装;四是GPS引导快速初步定位;五是柔性吊装体系缓冲着陆就位;六是精定位系统自动精确定位。正是这些科研攻关目标的实现,保障了机组安装的顺利进行。