東(dong)(dong)(dong)海(hai)(hai)(hai)(hai)大橋(qiao)海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)是(shi)亞洲第一(yi)座大型海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang),位(wei)(wei)于(yu)東(dong)(dong)(dong)海(hai)(hai)(hai)(hai)大橋(qiao)東(dong)(dong)(dong)側的(de)(de)海(hai)(hai)(hai)(hai)域,風(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)總裝機(ji)(ji)(ji)容量(liang)100MW,擬布置20臺(tai)單機(ji)(ji)(ji)容量(liang)5MW的(de)(de)風(feng)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)組。在海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)修建風(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang),海(hai)(hai)(hai)(hai)洋水文、氣(qi)候條件和海(hai)(hai)(hai)(hai)底(di)地(di)質條件都非常復雜(za),給風(feng)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)組地(di)基(ji)(ji)基(ji)(ji)礎(chu)設(she)計(ji)和建造帶來(lai)了困難。風(feng)機(ji)(ji)(ji)地(di)基(ji)(ji)基(ji)(ji)礎(chu)設(she)計(ji)和建造,是(shi)海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)建設(she)的(de)(de)難題之一(yi),對(dui)(dui)其的(de)(de)經濟性(xing)和適用性(xing)將產生重要影響(xiang)。在東(dong)(dong)(dong)海(hai)(hai)(hai)(hai)大橋(qiao)海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)設(she)計(ji)中,設(she)計(ji)單位(wei)(wei)對(dui)(dui)風(feng)機(ji)(ji)(ji)地(di)基(ji)(ji)基(ji)(ji)礎(chu)進行(xing)了專題設(she)計(ji)研(yan)究,對(dui)(dui)海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)風(feng)機(ji)(ji)(ji)基(ji)(ji)礎(chu)結構選型、結構計(ji)算分析等進行(xing)了深入(ru)研(yan)究,初步掌握了海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)機(ji)(ji)(ji)地(di)基(ji)(ji)基(ji)(ji)礎(chu)特性(xing)及若(ruo)干設(she)計(ji)技術(shu)關鍵。
風(feng)電場位于(yu)臨港(gang)新城(cheng)至洋山深水港(gang)的東海大橋兩側1000米以外沿線(xian),最(zui)北端距(ju)離南匯嘴岸(an)(an)線(xian)近6公(gong)里,最(zui)南端距(ju)岸(an)(an)線(xian)13公(gong)里,全(quan)部位于(yu)上海市境內。
預計總(zong)裝(zhuang)機容(rong)量10萬(wan)千瓦(wa),單機容(rong)量不低于2000千瓦(wa)。未來預計發電(dian)(dian)量可(ke)(ke)達2.6億(yi)度(du),可(ke)(ke)供(gong)上海20多萬(wan)戶居民使用一年。海上風(feng)電(dian)(dian)場(chang)所發電(dian)(dian)能將通過海底電(dian)(dian)纜輸送回陸地。
東(dong)(dong)海(hai)大橋海(hai)上風(feng)電場位(wei)于東(dong)(dong)海(hai)大橋東(dong)(dong)側的東(dong)(dong)海(hai)海(hai)域(yu),風(feng)電場北(bei)端(duan)距(ju)(ju)岸線(xian)(xian)8km,南(nan)(nan)端(duan)距(ju)(ju)岸線(xian)(xian)13km,20臺5MW風(feng)機分三排布置,風(feng)機南(nan)(nan)北(bei)向間距(ju)(ju)(沿東(dong)(dong)海(hai)大橋走向)750m,東(dong)(dong)西(xi)間距(ju)(ju)1.2km。工程(cheng)海(hai)域(yu)水深9.9~11.9m,海(hai)底灘(tan)面高程(cheng)-10.00~-10.67m。灘(tan)地表層主要為(wei)淤泥。
目前國(guo)(guo)內(nei)還沒有海上風(feng)機基礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)的(de)規(gui)(gui)程(cheng)規(gui)(gui)范(fan),本工程(cheng)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)主要(yao)(yao)參考國(guo)(guo)內(nei)、外相關規(gui)(gui)范(fan)。主要(yao)(yao)依據(ju)的(de)規(gui)(gui)范(fan)有:《海港水文規(gui)(gui)范(fan)》(JTJ214-98)、《建筑樁(zhuang)基技術規(gui)(gui)程(cheng)》(JGJ94-94)、《Design of off-shore wind turbine structures》(DNV-OS-J101:2004)、《海上固定平臺規(gui)(gui)劃、設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)和(he)推薦作(zuo)法(fa)工作(zuo)應力(li)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)法(fa)》(SY/T10030—2004)和(he)《海上鋼結(jie)構疲勞強(qiang)度(du)分(fen)析推薦作(zuo)法(fa)》(SY/T10049—2004)等。根據(ju)風(feng)機設(she)(she)(she)(she)備商提供的(de)基礎(chu)(chu)荷載、基礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)要(yao)(yao)求分(fen)別進行(xing)承(cheng)載極限狀態、疲勞極限狀態和(he)系統模態計(ji)(ji)算。
目前國(guo)外(wai)海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)風電場風機基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)從結(jie)構型(xing)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)上(shang)(shang)(shang)主(zhu)要分為(wei)(wei)(wei)(wei)重力(li)固(gu)定(ding)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、支柱固(gu)定(ding)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)及浮(fu)置式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)。東(dong)海(hai)(hai)大(da)橋(qiao)海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)風電場位(wei)于海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)近岸海(hai)(hai)水區(qu),海(hai)(hai)床面以下20m深(shen)度(du)內地基(ji)(ji)(ji)土以軟(ruan)粘土為(wei)(wei)(wei)(wei)主(zhu)。根(gen)據(ju)西歐國(guo)家現(xian)有海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)風機塔(ta)架(jia)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)結(jie)構型(xing)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),并參考國(guo)內外(wai)海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)石(shi)(shi)油(you)平臺、海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)燈塔(ta)及海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)跨(kua)海(hai)(hai)大(da)橋(qiao)的設(she)計經驗,認為(wei)(wei)(wei)(wei)采用固(gu)定(ding)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)樁柱基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)比較合(he)適。為(wei)(wei)(wei)(wei)此提(ti)出4種(zhong)(zhong)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)型(xing)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)進(jin)行結(jie)構方(fang)案(an)設(she)計。第1種(zhong)(zhong)方(fang)案(an)為(wei)(wei)(wei)(wei)三腳架(jia)組合(he)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)、第2種(zhong)(zhong)方(fang)案(an)為(wei)(wei)(wei)(wei)4腳架(jia)組合(he)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu),這兩種(zhong)(zhong)方(fang)案(an)均(jun)為(wei)(wei)(wei)(wei)參考海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)石(shi)(shi)油(you)平臺、海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)燈塔(ta)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)的結(jie)構型(xing)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。第3種(zhong)(zhong)方(fang)案(an)為(wei)(wei)(wei)(wei)高樁承臺群樁基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)。第4種(zhong)(zhong)方(fang)案(an)為(wei)(wei)(wei)(wei)單根(gen)鋼(gang)管(guan)樁基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)方(fang)案(an),其為(wei)(wei)(wei)(wei)國(guo)外(wai)海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)淺海(hai)(hai)風機基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)的常用結(jie)構型(xing)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。
從基(ji)(ji)(ji)礎結(jie)構特點、適用自然(ran)條件、海(hai)上施(shi)工技術與(yu)經(jing)驗以(yi)及經(jing)濟性方面對上述4種基(ji)(ji)(ji)礎結(jie)構方案進行了比(bi)較,最(zui)后選擇(ze)4角架組(zu)合式基(ji)(ji)(ji)礎為推薦方案。
4腳架(jia)(jia)組合式(shi)(shi)基(ji)礎結構型式(shi)(shi)為:用4根(gen)鋼管樁定位于海底,樁頂(ding)通(tong)過與鋼套管的固(gu)接支撐上部4腳架(jia)(jia)結構,構成組合式(shi)(shi)基(ji)礎。4腳架(jia)(jia)承受上部塔架(jia)(jia)荷載,并將荷載傳(chuan)遞給4根(gen)鋼樁。施工時,先在4個鋼套管基(ji)座位置在基(ji)床拋約2m。
厚度(du)(du)的(de)高強土工網裝碎(sui)石,以(yi)提高地基土對4腳(jiao)桁(heng)架的(de)承載力,然后(hou)沉放(fang)4腳(jiao)桁(heng)架的(de)預(yu)制鋼(gang)(gang)(gang)構(gou)件(jian),預(yu)制鋼(gang)(gang)(gang)構(gou)件(jian)沉放(fang)定(ding)位(wei)后(hou),再(zai)將4根(gen)(gen)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)直(zhi)樁(zhuang)穿過(guo)鋼(gang)(gang)(gang)套(tao)管(guan)(guan)打入(ru)海床中(zhong)(zhong),每根(gen)(gen)樁(zhuang)直(zhi)徑(jing)為2.2m,樁(zhuang)長55m,樁(zhuang)頂高程(cheng)為-3m,樁(zhuang)尖高程(cheng)為-58m,樁(zhuang)尖進入(ru)粉細(xi)砂層中(zhong)(zhong),基樁(zhuang)呈等邊4邊形分(fen)(fen)布,間距為16m。鋼(gang)(gang)(gang)套(tao)管(guan)(guan)外壁(bi)配帶(dai)特制固樁(zhuang)器與基樁(zhuang)初步連接(jie)(jie),在調整上(shang)部結構(gou)水平度(du)(du)后(hou),再(zai)采用高強灌漿法完(wan)成鋼(gang)(gang)(gang)套(tao)管(guan)(guan)與鋼(gang)(gang)(gang)樁(zhuang)的(de)固接(jie)(jie)。上(shang)部4腳(jiao)架為預(yu)制鋼(gang)(gang)(gang)構(gou)件(jian),其包括12根(gen)(gen)直(zhi)徑(jing)2m的(de)水平和斜向鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)連桿,其分(fen)(fen)別連接(jie)(jie)4個鋼(gang)(gang)(gang)套(tao)管(guan)(guan)以(yi)及位(wei)于中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)直(zhi)徑(jing)6.5m的(de)上(shang)部豎向鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)。
上(shang)(shang)(shang)(shang)海(hai)(hai)東(dong)海(hai)(hai)大橋10萬(wan)千瓦(wa)(wa)海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)項(xiang)目是全(quan)(quan)球歐洲之外第(di)一(yi)個海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)并網項(xiang)目,也是中國第(di)一(yi)個國家海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)示(shi)范(fan)項(xiang)目。該項(xiang)目位于東(dong)海(hai)(hai)大橋東(dong)側的上(shang)(shang)(shang)(shang)海(hai)(hai)市(shi)海(hai)(hai)域,距(ju)離(li)岸線8-13千米,平均水深10米,總裝機容(rong)量102兆瓦(wa)(wa),全(quan)(quan)部采用華銳風(feng)電(dian)(dian)自主研發(fa)的34臺3兆瓦(wa)(wa)海(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)機組。預計未來年(nian)發(fa)電(dian)(dian)量可達2.6億(yi)度(du),所發(fa)電(dian)(dian)能將(jiang)通(tong)過海(hai)(hai)底電(dian)(dian)纜輸送回陸地,可供(gong)上(shang)(shang)(shang)(shang)海(hai)(hai)20多萬(wan)戶居民使用一(yi)年(nian),相當(dang)于每(mei)年(nian)節約燃煤10萬(wan)噸(dun),每(mei)年(nian)減排二(er)氧化碳(tan)20萬(wan)噸(dun)。
東(dong)海大橋海上(shang)風電(dian)場(chang)在我(wo)國(guo)風電(dian)場(chang)建(jian)設史上(shang)創造了多(duo)項“第一”:第一次采用(yong)自主(zhu)研發的(de)3兆瓦離岸型(xing)機(ji)組,標志著我(wo)國(guo)大功(gong)率風電(dian)機(ji)組裝(zhuang)備制(zhi)造業(ye)躋身世(shi)界(jie)先進行(xing)列;第一次采用(yong)海上(shang)風機(ji)整體吊(diao)裝(zhuang)工(gong)藝,大大縮短了海上(shang)施工(gong)周期,創造了一個(ge)月在工(gong)裝(zhuang)船上(shang)組裝(zhuang)10臺(tai)(tai)、海上(shang)吊(diao)裝(zhuang)8臺(tai)(tai)的(de)記錄;在世(shi)界(jie)上(shang)第一次使用(yong)高(gao)(gao)樁承(cheng)臺(tai)(tai)基礎(chu)設計,有效解決(jue)了高(gao)(gao)聳風機(ji)承(cheng)載、抗(kang)拔、水平移位的(de)技術難題。