风电场施工建设主要包括施工条件准备、施工交通运输、以及主体施工建设等内容。其中主体施工建设包括风机基础施工、风机安装、海上升压站和集控中心施工、风电场内连接海缆与输出海缆的敷设等，是海上风电场建设的重要环节。本期文章主要从风机施工建设的角度梳理介绍单桩基础施工相关技术问题。
单桩基础施工技术
单桩基础采用一根钢管桩，钢管桩直径6~10m，桩长数十米，采用大型液压打桩锤将其打入海床，单桩上部通过法兰及螺栓与塔筒连接。单桩基础目前在己建成的海上风电场中得到了最广泛的应用，单桩基础特别适于单机容量较小，水深较浅或中等水深水域。国外大多数己建成的海上风电场，如Horns Rev, Utgrunden,Arklow Bank, Scroby Sands及Kentish Flats等，均采用此种基础型式。
1有过渡段VS.无过渡段
有过渡段单桩基础为国外早期近海风电机组基础的最常用结构型式，其结构相对简单主要由一根钢管桩及连接段组成。在基础与塔筒之间的连接段钢管四周，设置靠船设施、钢爬梯及平台等，连接段钢管顶端设有与风机塔筒相连接的法兰。桩顶与连接段钢管通过高强灌浆进行连接，高强灌浆材料具有大流动度、无收缩、早强及高强等特点，与钢材的粘结强度大，可满足海上风机基础的灌浆需求。同时在连接钢管内壁以及相应桩段的外壁设置剪力键，以限制钢和灌浆材料界面间的纵向相对滑移，增强连接效果。连接钢管与上部风机塔筒通过法兰进行连接。
无过渡段单桩基础为国内潮间带或近海风电机组基础的最常用结构型式，具有较为广泛的应用。其基础型式为一根大直径钢管桩，与风机塔筒之间通过桩顶设置法兰相连接。
下面从两种不同型式的受力特点、施工周期及效率、施工经济性等方面进行对比分析。
01、型式受力特点
有过渡段单桩基础结构的核心区域是灌浆段，一旦灌浆段发生破坏，结构有倒塌的危险，欧洲早期的部分单桩基础出现过渡段灌浆材料破坏的情况。由于灌浆段具有不可检测性等特点，其安全主要取决于两点：一是设计的合理性，即尽可能的降低灌浆段的最大应力，预留足够的余度；二是施工需严格按要求进行，即尽可能的提高灌浆段的强度，满足设计要求。根据国内外海上风电场建设经验，提高设计的合理性可通过采用锥段过渡和剪力键等措施，但后者则依赖于施工单位的能力和经验。无过渡段单桩则不存在此类风险，同时可以避免灌浆段刚度变化引起的应力集中现象。因此，从结构受力角度考虑，无过渡段单桩基础较有过渡段基础更为合理。
02、施工周期及效率
对于有过渡段和无过渡段两种单桩型式，除海上过渡段施工外，生产车间内单桩加工、运输和海上打桩的步骤均相同。从打桩精度要求上，采取无过渡段单桩的打桩精度要求相对较高，有过渡段单桩基础在可控制的偏差下仍可通过连接段的调整控制上部垂直度，打桩保证率较高。从施工工序方面分析，有过渡段的单桩基础相对来说，多了过渡段安装和灌浆连接的工序，在施工时间上处于劣势。根据目前己施工的海上风电场项目采用的无过渡段单桩的打桩经验来看，对于无过渡段单桩基础的打桩精度控制上，均可以满足设计要求，因此，从施工效率来讲，无过渡段单桩优于有过渡段单桩。此外，有过渡段单桩所需的灌浆料需自国外进口，对国外供货依赖较大。
因此，无过渡段单桩基础虽然对吊装、打桩设备要求较高，但是桩体结构可整体陆上制作，质量有保障，且施工工序简单，工期短，相较于有过渡段单桩基础及其他基础型式存在明显的施工工序及工期的优势。
03、施工经济性
虽然与有过渡段单桩基础相比，无过渡段单桩基础由于需要采用更大的钢管桩，施工中对起吊船舶的吊装能力的要求更高，但是由于不需要连接段、灌浆连接材料、灌浆系统等，一般将具有更低的总成本，经济性更好。
综上，无过渡段单桩基础在受力特性上方案更合理、在施工周期及效率、经济性上更有优势，因此国内较多采用无过渡段单桩基础型式。
2深水区VS.浅水区
单桩基础应分为深水区单桩基础及浅水区单桩基础。这是由于海上风电场的水文特性一般随着水深变化而有所不同，同时，由于水深不同，桩基受力特征也会有所变化。一般来说，深水区下的单桩基础应具有更大的单桩直径、更大的埋深。
对于深水区单桩基础，海底高程较大，全天候水深条件均可满足大型施工船只吃水需要，可采用常规起重船、风电安装船、自升降式平台船施工。
图1 海上风电安装船（迁航状态）
图2 海上风电安装船（定位状态）
由于我国当前海上风电抢装需求巨大，而风电安装船数量有限，给海上施工方带来巨大压力。目前国内在役的海上风电安装船共有约40条，据统计，一条性能优异的风电安装船，一年可安装40台海上风机左右，一年理论最多也只能吊1600台，受各种因素影响，往往无法实现。
全球海上风电安装船与全球海上风电的装机总容量增长趋势基本保持一致，预计到2040年风电安装船市场保有量将增长到170艘左右，年均产生5-6座风电安装船订单。
未来，我国风电安装船将在更深水深、离岸更远、海况更复杂的水域作业，同时，海上风机单机功率不断向大型化发展，对风电安装船的甲板面积、吊重吊高、甲板载荷、定位以及打桩能力等方面也提出了更高的要求。这些新要求将不断促使海上风电安装船功能优化提升。
图3 自升自航式海上风电施工平台效果图
图3为3000吨自升自航式海上风电施工平台，目前处于研发设计阶段，是面向未来远海、深水的全新一代施工作业平台。平台配置一台3000吨全回转绕桩式起重机、齿轮齿条升降系统、动力定位系统，桁架式桩腿满足50米以上深水施工的要求，具有自航能力，满足无限航区要求，是目前国内自动化程度最高、作业能力最强的风电安装平台，交付后将开启国内风机、塔筒和桩基础集运输、安装为一体的深远海风电安装施工新模式。
对于浅水区单桩基础，水深条件不满足或仅在特定时间段内满足大型船只吃水需要，需采用可座滩船只施工，并依靠锚链和起抛锚艇辅助移船定位。
图4 起抛锚艇
由于国内近海海上风电安装船一般不具备移船定位能力，需要起抛锚艇进行辅助完成海上风电安装锚泊定位作业。国内起抛锚艇一般为钢制船体，可按照中国船级社《钢质海船入级与建造规范》要求设计建造，需满足海事局近海航区法规要求。
图4的起抛锚艇总长约40米，型宽11.2米，型深4米，设计吃水2.7米，定员为8人。推进系统为双机双桨，单台主机功率为1470KW ，整船系柱拖力大于50吨，同时，可兼拖带使用。
