東(dong)海(hai)大(da)橋(qiao)海(hai)上(shang)風(feng)(feng)電(dian)場(chang)是(shi)亞洲第一座大(da)型海(hai)上(shang)風(feng)(feng)電(dian)場(chang),位(wei)于東(dong)海(hai)大(da)橋(qiao)東(dong)側的海(hai)域,風(feng)(feng)電(dian)場(chang)總裝機(ji)(ji)(ji)容(rong)量100MW,擬(ni)布置20臺單機(ji)(ji)(ji)容(rong)量5MW的風(feng)(feng)電(dian)機(ji)(ji)(ji)組(zu)。在海(hai)上(shang)修建(jian)風(feng)(feng)電(dian)場(chang),海(hai)洋水文(wen)、氣候條件和海(hai)底(di)地質條件都(dou)非常復雜,給風(feng)(feng)電(dian)機(ji)(ji)(ji)組(zu)地基(ji)(ji)基(ji)(ji)礎設計(ji)(ji)(ji)和建(jian)造帶來了(le)(le)困難(nan)。風(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)地基(ji)(ji)基(ji)(ji)礎設計(ji)(ji)(ji)和建(jian)造,是(shi)海(hai)上(shang)風(feng)(feng)電(dian)場(chang)建(jian)設的難(nan)題之一,對其(qi)的經濟性(xing)(xing)和適用性(xing)(xing)將產生(sheng)重(zhong)要影響。在東(dong)海(hai)大(da)橋(qiao)海(hai)上(shang)風(feng)(feng)電(dian)場(chang)設計(ji)(ji)(ji)中,設計(ji)(ji)(ji)單位(wei)對風(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)地基(ji)(ji)基(ji)(ji)礎進行了(le)(le)專(zhuan)題設計(ji)(ji)(ji)研究,對海(hai)上(shang)風(feng)(feng)電(dian)場(chang)風(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)基(ji)(ji)礎結構選(xuan)型、結構計(ji)(ji)(ji)算(suan)分析等進行了(le)(le)深入研究,初步掌(zhang)握了(le)(le)海(hai)上(shang)風(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)地基(ji)(ji)基(ji)(ji)礎特性(xing)(xing)及若干設計(ji)(ji)(ji)技術關(guan)鍵。
風(feng)電場(chang)位(wei)于臨港(gang)新城(cheng)至洋山深水港(gang)的東(dong)海(hai)大橋兩側1000米以外沿線(xian),最北(bei)端(duan)距離南(nan)匯嘴岸(an)線(xian)近(jin)6公里,最南(nan)端(duan)距岸(an)線(xian)13公里,全(quan)部位(wei)于上海(hai)市境內。
預計總(zong)裝(zhuang)機容(rong)(rong)量(liang)10萬千瓦(wa),單(dan)機容(rong)(rong)量(liang)不(bu)低于2000千瓦(wa)。未來預計發(fa)電(dian)量(liang)可達(da)2.6億(yi)度,可供(gong)上海(hai)(hai)20多萬戶居民使用一年。海(hai)(hai)上風電(dian)場所(suo)發(fa)電(dian)能將通過(guo)海(hai)(hai)底電(dian)纜輸送回陸地(di)。
東(dong)海(hai)大(da)橋海(hai)上風(feng)(feng)電(dian)場位于東(dong)海(hai)大(da)橋東(dong)側(ce)的東(dong)海(hai)海(hai)域(yu),風(feng)(feng)電(dian)場北(bei)端距(ju)岸線(xian)(xian)8km,南(nan)端距(ju)岸線(xian)(xian)13km,20臺5MW風(feng)(feng)機分三排布(bu)置,風(feng)(feng)機南(nan)北(bei)向間距(ju)(沿東(dong)海(hai)大(da)橋走(zou)向)750m,東(dong)西(xi)間距(ju)1.2km。工程海(hai)域(yu)水深9.9~11.9m,海(hai)底灘(tan)面高程-10.00~-10.67m。灘(tan)地表層(ceng)主要為淤泥。
目(mu)前國內還沒有(you)海(hai)(hai)上(shang)(shang)風機基礎設(she)計(ji)的規程規范,本(ben)工程設(she)計(ji)主要(yao)參考國內、外相關規范。主要(yao)依據(ju)(ju)的規范有(you):《海(hai)(hai)港(gang)水文規范》(JTJ214-98)、《建筑(zhu)樁基技術規程》(JGJ94-94)、《Design of off-shore wind turbine structures》(DNV-OS-J101:2004)、《海(hai)(hai)上(shang)(shang)固定平(ping)臺規劃、設(she)計(ji)和(he)推薦作法工作應力設(she)計(ji)法》(SY/T10030—2004)和(he)《海(hai)(hai)上(shang)(shang)鋼(gang)結(jie)構(gou)疲勞強度分(fen)析(xi)推薦作法》(SY/T10049—2004)等(deng)。根據(ju)(ju)風機設(she)備商提(ti)供的基礎荷載、基礎設(she)計(ji)要(yao)求分(fen)別進行承載極限狀態(tai)、疲勞極限狀態(tai)和(he)系統模態(tai)計(ji)算(suan)。
目前(qian)國(guo)外(wai)海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電場風(feng)機(ji)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)從結(jie)(jie)構型式(shi)(shi)(shi)(shi)上(shang)(shang)主要分為(wei)(wei)重力固(gu)(gu)定(ding)式(shi)(shi)(shi)(shi)、支柱固(gu)(gu)定(ding)式(shi)(shi)(shi)(shi)及浮置式(shi)(shi)(shi)(shi)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)。東海(hai)(hai)(hai)(hai)大(da)橋海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電場位于海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)近(jin)岸海(hai)(hai)(hai)(hai)水區(qu),海(hai)(hai)(hai)(hai)床面(mian)以(yi)下20m深度內地基(ji)(ji)(ji)(ji)土以(yi)軟粘土為(wei)(wei)主。根據西(xi)歐國(guo)家現(xian)有海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)機(ji)塔(ta)(ta)架基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)結(jie)(jie)構型式(shi)(shi)(shi)(shi),并(bing)參考國(guo)內外(wai)海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)石油(you)(you)平臺(tai)、海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)燈塔(ta)(ta)及海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)跨海(hai)(hai)(hai)(hai)大(da)橋的(de)設(she)計經驗,認為(wei)(wei)采用(yong)固(gu)(gu)定(ding)式(shi)(shi)(shi)(shi)樁(zhuang)(zhuang)柱基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)比(bi)較(jiao)合適。為(wei)(wei)此(ci)提出4種(zhong)(zhong)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)型式(shi)(shi)(shi)(shi)進行結(jie)(jie)構方(fang)(fang)(fang)案(an)(an)(an)設(she)計。第(di)(di)1種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)(fang)案(an)(an)(an)為(wei)(wei)三(san)腳(jiao)架組(zu)合式(shi)(shi)(shi)(shi)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)、第(di)(di)2種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)(fang)案(an)(an)(an)為(wei)(wei)4腳(jiao)架組(zu)合式(shi)(shi)(shi)(shi)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu),這(zhe)兩種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)(fang)案(an)(an)(an)均為(wei)(wei)參考海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)石油(you)(you)平臺(tai)、海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)燈塔(ta)(ta)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)的(de)結(jie)(jie)構型式(shi)(shi)(shi)(shi)。第(di)(di)3種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)(fang)案(an)(an)(an)為(wei)(wei)高樁(zhuang)(zhuang)承臺(tai)群樁(zhuang)(zhuang)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)。第(di)(di)4種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)(fang)案(an)(an)(an)為(wei)(wei)單根鋼(gang)管樁(zhuang)(zhuang)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)方(fang)(fang)(fang)案(an)(an)(an),其為(wei)(wei)國(guo)外(wai)海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)淺(qian)海(hai)(hai)(hai)(hai)風(feng)機(ji)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)的(de)常用(yong)結(jie)(jie)構型式(shi)(shi)(shi)(shi)。
從基(ji)(ji)礎(chu)結構特(te)點(dian)、適用自(zi)然條件、海上施工技(ji)術(shu)與經驗以及經濟性方面對上述4種(zhong)基(ji)(ji)礎(chu)結構方案進(jin)行了(le)比較,最后選擇4角架組合式基(ji)(ji)礎(chu)為(wei)推薦(jian)方案。
4腳架(jia)組合(he)式(shi)基礎結構(gou)型式(shi)為:用4根鋼(gang)管(guan)樁定(ding)位于海(hai)底,樁頂通過與鋼(gang)套(tao)管(guan)的(de)固接支撐上(shang)部4腳架(jia)結構(gou),構(gou)成組合(he)式(shi)基礎。4腳架(jia)承受上(shang)部塔架(jia)荷(he)載(zai),并將荷(he)載(zai)傳遞(di)給4根鋼(gang)樁。施工時,先(xian)在4個(ge)鋼(gang)套(tao)管(guan)基座位置在基床(chuang)拋約2m。
厚(hou)度的(de)(de)高強土工網裝碎石,以提高地基土對4腳(jiao)桁(heng)架的(de)(de)承載力,然后沉(chen)放4腳(jiao)桁(heng)架的(de)(de)預制(zhi)(zhi)(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)構(gou)(gou)(gou)件,預制(zhi)(zhi)(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)構(gou)(gou)(gou)件沉(chen)放定位后,再(zai)將4根(gen)(gen)(gen)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管直(zhi)樁(zhuang)(zhuang)穿過(guo)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)套(tao)管打入(ru)海床中(zhong)(zhong)(zhong),每根(gen)(gen)(gen)樁(zhuang)(zhuang)直(zhi)徑(jing)為(wei)2.2m,樁(zhuang)(zhuang)長55m,樁(zhuang)(zhuang)頂(ding)高程(cheng)為(wei)-3m,樁(zhuang)(zhuang)尖高程(cheng)為(wei)-58m,樁(zhuang)(zhuang)尖進入(ru)粉細砂層中(zhong)(zhong)(zhong),基樁(zhuang)(zhuang)呈等邊4邊形分布,間(jian)距(ju)為(wei)16m。鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)套(tao)管外壁配帶特(te)制(zhi)(zhi)(zhi)固(gu)樁(zhuang)(zhuang)器與基樁(zhuang)(zhuang)初步連(lian)接(jie),在調整上部(bu)結構(gou)(gou)(gou)水平(ping)度后,再(zai)采用(yong)高強灌漿法完(wan)成鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)套(tao)管與鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)樁(zhuang)(zhuang)的(de)(de)固(gu)接(jie)。上部(bu)4腳(jiao)架為(wei)預制(zhi)(zhi)(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)構(gou)(gou)(gou)件,其(qi)包括(kuo)12根(gen)(gen)(gen)直(zhi)徑(jing)2m的(de)(de)水平(ping)和斜向(xiang)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管連(lian)桿(gan),其(qi)分別連(lian)接(jie)4個鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)套(tao)管以及位于中(zhong)(zhong)(zhong)心的(de)(de)直(zhi)徑(jing)6.5m的(de)(de)上部(bu)豎(shu)向(xiang)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管。
上(shang)海(hai)(hai)(hai)東(dong)海(hai)(hai)(hai)大橋10萬(wan)千(qian)瓦海(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)電(dian)項目(mu)是全(quan)球歐洲(zhou)之外第(di)一(yi)個海(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)電(dian)并網項目(mu),也是中國(guo)(guo)第(di)一(yi)個國(guo)(guo)家海(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)電(dian)示范項目(mu)。該項目(mu)位(wei)于東(dong)海(hai)(hai)(hai)大橋東(dong)側(ce)的(de)上(shang)海(hai)(hai)(hai)市海(hai)(hai)(hai)域,距離岸線8-13千(qian)米,平均水深(shen)10米,總裝機(ji)容量(liang)(liang)102兆瓦,全(quan)部采用(yong)華銳風(feng)電(dian)自主研(yan)發的(de)34臺(tai)3兆瓦海(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)電(dian)機(ji)組。預計(ji)未來年(nian)(nian)發電(dian)量(liang)(liang)可達2.6億度,所發電(dian)能將(jiang)通(tong)過(guo)海(hai)(hai)(hai)底電(dian)纜輸(shu)送(song)回陸(lu)地(di),可供上(shang)海(hai)(hai)(hai)20多萬(wan)戶(hu)居民使用(yong)一(yi)年(nian)(nian),相當于每年(nian)(nian)節約燃煤10萬(wan)噸(dun),每年(nian)(nian)減(jian)排二氧化碳20萬(wan)噸(dun)。
東海(hai)(hai)大(da)橋(qiao)海(hai)(hai)上(shang)風電(dian)(dian)(dian)場(chang)在(zai)我國(guo)風電(dian)(dian)(dian)場(chang)建設(she)史(shi)上(shang)創造了多項“第(di)一(yi)”:第(di)一(yi)次(ci)采(cai)用自主研發(fa)的3兆瓦離岸型機(ji)組(zu),標志(zhi)著(zhu)我國(guo)大(da)功率風電(dian)(dian)(dian)機(ji)組(zu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備制造業躋身世(shi)(shi)界先進行列;第(di)一(yi)次(ci)采(cai)用海(hai)(hai)上(shang)風機(ji)整體吊裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)工(gong)(gong)藝(yi),大(da)大(da)縮短了海(hai)(hai)上(shang)施(shi)工(gong)(gong)周期,創造了一(yi)個月在(zai)工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)船上(shang)組(zu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)10臺(tai)、海(hai)(hai)上(shang)吊裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)8臺(tai)的記錄;在(zai)世(shi)(shi)界上(shang)第(di)一(yi)次(ci)使用高樁(zhuang)承(cheng)臺(tai)基礎(chu)設(she)計,有效解決了高聳(song)風機(ji)承(cheng)載、抗(kang)拔、水平移位的技術難題。