東(dong)(dong)海(hai)(hai)(hai)(hai)大(da)橋海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)(feng)電場(chang)是(shi)亞洲第一(yi)座大(da)型海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)(feng)電場(chang),位(wei)于東(dong)(dong)海(hai)(hai)(hai)(hai)大(da)橋東(dong)(dong)側的(de)海(hai)(hai)(hai)(hai)域,風(feng)(feng)電場(chang)總(zong)裝機(ji)容(rong)(rong)量100MW,擬布置20臺單(dan)機(ji)容(rong)(rong)量5MW的(de)風(feng)(feng)電機(ji)組。在海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)修建風(feng)(feng)電場(chang),海(hai)(hai)(hai)(hai)洋水(shui)文、氣候條件和海(hai)(hai)(hai)(hai)底地(di)(di)(di)質(zhi)條件都(dou)非常復雜,給風(feng)(feng)電機(ji)組地(di)(di)(di)基(ji)基(ji)礎設計(ji)和建造(zao)帶(dai)來了(le)困(kun)難(nan)。風(feng)(feng)機(ji)地(di)(di)(di)基(ji)基(ji)礎設計(ji)和建造(zao),是(shi)海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)(feng)電場(chang)建設的(de)難(nan)題(ti)之一(yi),對其的(de)經濟(ji)性(xing)(xing)和適用性(xing)(xing)將(jiang)產(chan)生重要影響。在東(dong)(dong)海(hai)(hai)(hai)(hai)大(da)橋海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)(feng)電場(chang)設計(ji)中,設計(ji)單(dan)位(wei)對風(feng)(feng)機(ji)地(di)(di)(di)基(ji)基(ji)礎進(jin)行了(le)專題(ti)設計(ji)研究,對海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)(feng)電場(chang)風(feng)(feng)機(ji)基(ji)礎結構(gou)選(xuan)型、結構(gou)計(ji)算(suan)分析(xi)等進(jin)行了(le)深入研究,初(chu)步掌(zhang)握了(le)海(hai)(hai)(hai)(hai)上(shang)風(feng)(feng)機(ji)地(di)(di)(di)基(ji)基(ji)礎特性(xing)(xing)及若干設計(ji)技術關鍵。
風電(dian)場位于(yu)臨港新城(cheng)至(zhi)洋(yang)山(shan)深水港的(de)東海(hai)大(da)橋(qiao)兩側1000米以外沿線(xian),最北端距(ju)離南匯嘴岸線(xian)近6公里,最南端距(ju)岸線(xian)13公里,全部(bu)位于(yu)上海(hai)市境內。
預(yu)計總裝機容量10萬千瓦,單機容量不低于(yu)2000千瓦。未來預(yu)計發電(dian)(dian)量可(ke)達(da)2.6億度,可(ke)供上(shang)海(hai)20多萬戶(hu)居民(min)使(shi)用一年。海(hai)上(shang)風電(dian)(dian)場所發電(dian)(dian)能將通過海(hai)底電(dian)(dian)纜(lan)輸(shu)送回(hui)陸(lu)地。
東(dong)海(hai)大(da)橋(qiao)海(hai)上(shang)風(feng)電場位于(yu)東(dong)海(hai)大(da)橋(qiao)東(dong)側的東(dong)海(hai)海(hai)域(yu),風(feng)電場北端(duan)距岸(an)線8km,南(nan)端(duan)距岸(an)線13km,20臺5MW風(feng)機(ji)分三排布置,風(feng)機(ji)南(nan)北向(xiang)(xiang)間(jian)距(沿(yan)東(dong)海(hai)大(da)橋(qiao)走向(xiang)(xiang))750m,東(dong)西間(jian)距1.2km。工程海(hai)域(yu)水深9.9~11.9m,海(hai)底灘面高程-10.00~-10.67m。灘地表層主(zhu)要(yao)為淤泥。
目前國(guo)內還沒有海(hai)上(shang)(shang)風機基礎設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)的規(gui)(gui)程規(gui)(gui)范(fan)(fan),本工程設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)主要參考國(guo)內、外相關規(gui)(gui)范(fan)(fan)。主要依(yi)據(ju)的規(gui)(gui)范(fan)(fan)有:《海(hai)港(gang)水文規(gui)(gui)范(fan)(fan)》(JTJ214-98)、《建筑樁基技術(shu)規(gui)(gui)程》(JGJ94-94)、《Design of off-shore wind turbine structures》(DNV-OS-J101:2004)、《海(hai)上(shang)(shang)固定平臺(tai)規(gui)(gui)劃、設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)和(he)推薦(jian)作法工作應力(li)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)法》(SY/T10030—2004)和(he)《海(hai)上(shang)(shang)鋼結構疲勞(lao)強度分析推薦(jian)作法》(SY/T10049—2004)等。根據(ju)風機設(she)(she)備商提供的基礎荷載(zai)、基礎設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)要求分別進行承載(zai)極(ji)限(xian)狀態(tai)、疲勞(lao)極(ji)限(xian)狀態(tai)和(he)系(xi)統模態(tai)計(ji)(ji)(ji)算(suan)。
目前國(guo)外海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)風(feng)(feng)(feng)(feng)電(dian)場(chang)風(feng)(feng)(feng)(feng)機基(ji)礎(chu)(chu)(chu)從結(jie)構(gou)型式(shi)(shi)上(shang)(shang)(shang)(shang)主(zhu)要分為(wei)(wei)重(zhong)力固定式(shi)(shi)、支柱固定式(shi)(shi)及浮(fu)置式(shi)(shi)基(ji)礎(chu)(chu)(chu)。東(dong)海(hai)(hai)(hai)大(da)橋海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)風(feng)(feng)(feng)(feng)電(dian)場(chang)位于海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)近岸海(hai)(hai)(hai)水區(qu),海(hai)(hai)(hai)床(chuang)面(mian)以下20m深度內地基(ji)土(tu)以軟粘土(tu)為(wei)(wei)主(zhu)。根據西歐國(guo)家現有海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)風(feng)(feng)(feng)(feng)機塔(ta)架(jia)基(ji)礎(chu)(chu)(chu)結(jie)構(gou)型式(shi)(shi),并參(can)考國(guo)內外海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)石油平臺(tai)、海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)燈塔(ta)及海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)跨海(hai)(hai)(hai)大(da)橋的(de)設計經驗,認為(wei)(wei)采用固定式(shi)(shi)樁(zhuang)柱基(ji)礎(chu)(chu)(chu)比較合(he)(he)適(shi)。為(wei)(wei)此提出4種(zhong)基(ji)礎(chu)(chu)(chu)型式(shi)(shi)進行結(jie)構(gou)方(fang)(fang)案(an)設計。第(di)(di)1種(zhong)方(fang)(fang)案(an)為(wei)(wei)三(san)腳(jiao)架(jia)組合(he)(he)式(shi)(shi)基(ji)礎(chu)(chu)(chu)、第(di)(di)2種(zhong)方(fang)(fang)案(an)為(wei)(wei)4腳(jiao)架(jia)組合(he)(he)式(shi)(shi)基(ji)礎(chu)(chu)(chu),這(zhe)兩種(zhong)方(fang)(fang)案(an)均為(wei)(wei)參(can)考海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)石油平臺(tai)、海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)燈塔(ta)基(ji)礎(chu)(chu)(chu)的(de)結(jie)構(gou)型式(shi)(shi)。第(di)(di)3種(zhong)方(fang)(fang)案(an)為(wei)(wei)高樁(zhuang)承(cheng)臺(tai)群樁(zhuang)基(ji)礎(chu)(chu)(chu)。第(di)(di)4種(zhong)方(fang)(fang)案(an)為(wei)(wei)單(dan)根鋼管樁(zhuang)基(ji)礎(chu)(chu)(chu)方(fang)(fang)案(an),其(qi)為(wei)(wei)國(guo)外海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)(shang)(shang)淺海(hai)(hai)(hai)風(feng)(feng)(feng)(feng)機基(ji)礎(chu)(chu)(chu)的(de)常(chang)用結(jie)構(gou)型式(shi)(shi)。
從基(ji)礎(chu)結(jie)構(gou)特(te)點、適用(yong)自然條件、海上(shang)施工技術與經驗以及經濟(ji)性方面對(dui)上(shang)述(shu)4種基(ji)礎(chu)結(jie)構(gou)方案進行了(le)比較,最后選(xuan)擇(ze)4角架組合式基(ji)礎(chu)為推薦方案。
4腳架組合式基礎(chu)結構(gou)型式為(wei):用4根鋼(gang)管樁(zhuang)定位(wei)(wei)于海(hai)底,樁(zhuang)頂通過(guo)與鋼(gang)套管的固接(jie)支撐上部4腳架結構(gou),構(gou)成組合式基礎(chu)。4腳架承受(shou)上部塔架荷載(zai),并將荷載(zai)傳遞給4根鋼(gang)樁(zhuang)。施工時,先在(zai)4個鋼(gang)套管基座位(wei)(wei)置在(zai)基床拋約2m。
厚度的高(gao)強(qiang)土工網裝碎(sui)石,以提高(gao)地基土對(dui)4腳(jiao)桁(heng)架(jia)(jia)的承(cheng)載(zai)力,然(ran)后沉(chen)放(fang)4腳(jiao)桁(heng)架(jia)(jia)的預制鋼(gang)(gang)(gang)(gang)構件,預制鋼(gang)(gang)(gang)(gang)構件沉(chen)放(fang)定位后,再將(jiang)4根鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)直(zhi)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)穿(chuan)過鋼(gang)(gang)(gang)(gang)套(tao)管(guan)(guan)打(da)入(ru)(ru)海床中,每根樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)直(zhi)徑為(wei)2.2m,樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)長55m,樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)頂(ding)高(gao)程(cheng)為(wei)-3m,樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)尖(jian)高(gao)程(cheng)為(wei)-58m,樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)尖(jian)進入(ru)(ru)粉細砂(sha)層中,基樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)呈等(deng)邊4邊形分(fen)布,間距(ju)為(wei)16m。鋼(gang)(gang)(gang)(gang)套(tao)管(guan)(guan)外壁(bi)配帶特制固(gu)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)器與基樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)初(chu)步連接(jie),在(zai)調整上(shang)部結構水平(ping)度后,再采用(yong)高(gao)強(qiang)灌(guan)漿法(fa)完成鋼(gang)(gang)(gang)(gang)套(tao)管(guan)(guan)與鋼(gang)(gang)(gang)(gang)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)的固(gu)接(jie)。上(shang)部4腳(jiao)架(jia)(jia)為(wei)預制鋼(gang)(gang)(gang)(gang)構件,其(qi)(qi)包(bao)括12根直(zhi)徑2m的水平(ping)和斜(xie)向鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)連桿(gan),其(qi)(qi)分(fen)別連接(jie)4個鋼(gang)(gang)(gang)(gang)套(tao)管(guan)(guan)以及位于(yu)中心的直(zhi)徑6.5m的上(shang)部豎(shu)向鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)。
上(shang)(shang)海(hai)(hai)(hai)東(dong)海(hai)(hai)(hai)大橋10萬千瓦海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)項目是全(quan)球歐(ou)洲(zhou)之(zhi)外第一(yi)個(ge)海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)并網(wang)項目,也是中國(guo)第一(yi)個(ge)國(guo)家海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)示范(fan)項目。該項目位于東(dong)海(hai)(hai)(hai)大橋東(dong)側(ce)的(de)上(shang)(shang)海(hai)(hai)(hai)市海(hai)(hai)(hai)域(yu),距(ju)離(li)岸線8-13千米,平均水(shui)深10米,總(zong)裝(zhuang)機容量(liang)102兆(zhao)瓦,全(quan)部采用華銳風(feng)電(dian)(dian)自主研發(fa)的(de)34臺3兆(zhao)瓦海(hai)(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電(dian)(dian)機組。預計(ji)未來年(nian)發(fa)電(dian)(dian)量(liang)可達2.6億度(du),所(suo)發(fa)電(dian)(dian)能將通過海(hai)(hai)(hai)底電(dian)(dian)纜輸送(song)回陸地(di),可供上(shang)(shang)海(hai)(hai)(hai)20多萬戶居(ju)民使用一(yi)年(nian),相當于每年(nian)節(jie)約燃煤10萬噸,每年(nian)減排(pai)二氧化碳20萬噸。
東海(hai)(hai)大(da)(da)橋海(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)電場在(zai)我(wo)國風(feng)電場建(jian)設史上(shang)(shang)創(chuang)造了(le)(le)(le)多項“第(di)一”:第(di)一次采用(yong)自(zi)主研發的(de)3兆瓦(wa)離岸型機(ji)(ji)組(zu),標志著我(wo)國大(da)(da)功(gong)率風(feng)電機(ji)(ji)組(zu)裝(zhuang)備制造業躋身世界先進行列;第(di)一次采用(yong)海(hai)(hai)上(shang)(shang)風(feng)機(ji)(ji)整體吊裝(zhuang)工(gong)藝,大(da)(da)大(da)(da)縮短了(le)(le)(le)海(hai)(hai)上(shang)(shang)施(shi)工(gong)周期(qi),創(chuang)造了(le)(le)(le)一個月在(zai)工(gong)裝(zhuang)船上(shang)(shang)組(zu)裝(zhuang)10臺(tai)、海(hai)(hai)上(shang)(shang)吊裝(zhuang)8臺(tai)的(de)記錄;在(zai)世界上(shang)(shang)第(di)一次使用(yong)高樁承臺(tai)基礎(chu)設計(ji),有效解決(jue)了(le)(le)(le)高聳(song)風(feng)機(ji)(ji)承載、抗拔、水平移位的(de)技術難題。