一、项目设计概况
    我公司开发的海上100MW 风电场位于江苏省如东县洋口渔港凌洋外滩，处于黄海海域潮间带。场区地势平坦，地面高程在-0.5~4.0m 之间。预装风机轮毂高度为80m，年平均风速6.49m/s。
    风电场场址位于沿海滩涂区，地势平坦开阔，地貌类型单一。基底地质构造简单，断层不发育，无区域性断层通过。场地地基土的液化等级为中等~严重。该建筑场地类别属Ⅲ类，场地土类型为中软土，地基承载力不小于90KPa。根据国家海洋局提供的洋口港潮汐预测表，风电场最大潮水位高程为3.41m。每个月涨潮时最大潮水位低于2.5m的14d，最大潮水位低于3.5m 的有23d。
    二、工程施工的要求和难点
    1．设计对施工的要求
    风机基础采用低桩高台柱（混凝土台柱）结构，基础承台直径28m，台柱直径7.8m。基础混凝土采用C40 海工混凝土，PHC 管桩分三圈布置，直径800mm。
    风机基础要承受巨大的弯扭荷载，为保证基础的受力特性，特别是承台与台柱结合部位的受力，混凝土基础必须一次性浇筑完成，中间不分仓、分缝。
    2．施工难点
    （1）施工流程
    风机基础施工流程为：PHC 管桩施工→钢板桩围堰→基坑开挖、清理、排水→仓面准备→混凝土浇筑→养护。
    （2）施工难点
    本工程的施工难点为PHC 管桩施工、钢板桩围堰施工和基础混凝土浇筑。
     1）PHC 管桩施工
    PHC 管桩施工有锤击法和静压法两种，由于风电场的地质情况非常差，遇一定频率的扰动容易液化，承载力将急速降低。如施工时遇基础土层液化，新打桩可能定位不准确，甚至可能造成已经施工好的管桩也发生倾斜，因此施工时要严密监测基础变化情况。若施工中发生基础土层液化，可采用沙土固化剂，但目前无法评估该固化剂对环境的影响。采用静压法可避免基础液化，但静压法施工较慢，完成一根桩需要1.5~2d，锤击法每d 可以施工5~6 根桩。建议管桩施工时先确定1~2 个机位作为试验基础，确定锤击管桩时对土层的影响范围及可能产生的液化情况，每施工完成一定数量的PHC 管桩后，暂停1~2d，让土层尽可能的回复原状，再继续管桩施工，总之要适时调整管桩施工方法。
    2）钢板桩围堰施工
    钢板桩围堰是定型产品，单块钢板桩长细比较大，容易弯曲变形，不能采用锤击贯入法施工。目前基本采用机械臂夹住钢板桩，高频振动，其周围土层迅速液化，略加压力即贯入，难点是每块钢板桩之间需紧密结合。江苏沿海钢板桩专业施工队伍较多，可以采用分包的方式施工。
    3）基础混凝土浇筑
    根据可研报告，每个风机基础混凝土量约1,300m³，基础最大仓面约600m²。由于受入仓强度的影响，基础浇筑时间在24h 左右，在这连续作业期间要受到两次潮汐的影响，混凝土连续供料（运输）是基础施工成败的关键。   3．年有效施工天数
     1）基础施工有效天数
    季风：根据工程所在区域气候特点，影响工程施工的6级大风天气天数为37d，7 级大风天气天数为12d，8 级大风天气天数为2d。
    台风：根据气象数据，该区域年台风影响天数考虑为6d。不良天气：根据气象数据，该区域不良天气日数（包括云雾、暴雷等影响施工的天气）总共为73.5d。潮汐：按施工平台大于3.5m 考虑，每个月能施工的天数为23d。
    考虑到海上施工复杂性和艰巨性，当风力大于6 级及下雨、雷暴和潮水大于3.5m 时均不施工，因此一年的有效施工天数为251d。
    2）吊装施工有效天数
    因天气影响的施工天数与基础施工相同，考虑到风机部件运输的复杂性，当潮水大于2.5m 时不运输，因此每个月的施工天数为18d，除去不良气候影响的叠加，每年的有效吊装天数为210d。
    三、选择施工方案的约束条件
    1．国家海洋局对海上风电（潮间带）的施工要求项目在国家海洋局报审环境影响评价时，海洋局明确指出：滩涂是珍贵的海洋资源，企业在建设过程中要充分保护滩涂资源。建设单位只能选择不能破坏海洋滩涂的非常规建设方式。
    2．施工约束条件   物料、设备等能安全高效的运输至各个机位是风电场建设的前提条件。风机安装时安装平台需平整，有足够的承载力满足吊车工作，且工作时段不能受潮水影响。
     四、施工方案探讨
    根据目前掌握的资料，初步有两种完全不同的施工方案，分别是以采用三一集团最新研制的履带式两栖运输车、两栖打桩机和两栖式吊车为主的施工方案；以某学院提供的承压式滩涂通道为主的施工方案。
    1．三一两栖式设备施工方案
    1）设备组成
    三一电气根据潮间带滩涂特性研制了一套专用设备，由2 台滩涂运输车（最大载重90t）、1 台履带式打桩机、1 台130t 履带吊车和1 台立柱式吊车组成，以上机械的最大接地比压≤35KPa，可以在本风电场滩涂上行走。
    2）各设备的功能
    ①滩涂运输车
    SYTY90 运输车自重120t，涉水深度≤2.5m，最大载重90t，外形尺寸20.5m×8m×5.5（6.75）m，行驶速度0~5km/h，油耗85l/h。适用于运输风机的所有部件以及风机基础的PHC 管桩，由于行走速度太慢，不适用于运输混凝土。
    ②履带式打桩机
    SYTZ800 滩涂打桩机自重100t，回转半径≤8.5m，行驶速度1.5km/h，油耗69l/h。工作水深≤2.5m，配装D100 柴油锤，适用于打桩长度不大于15m，桩径不大于800mm 的各类管桩。
    ③130t 两栖式履带吊
    SYTQ130 两栖起重机自重100t，转场速度2.0km/h，外形尺寸19m×8m×5.8m，油耗69l/h。最大起重能力130t；在无水和水深2.5m 以下滩涂路面行驶和工作，最大行驶速度为2.5km/h；装备GPS 路线管理系统，优化行驶路线，保证作业效率和安全性。
    ④立柱式起重机
    SYTQ100100-H 两栖起重机自重210t，外形尺寸16.6m×8.5m×3.2m，额定起重量×工作半径为125t×18m，工作风速≤13.8m/s，油耗85l/h。额定起重性能为100t/100m；在无水和水深2.5m 以下滩涂路面行驶和工作，最大行驶速度为2.0km/h；装备GPS 路线管理系统，优化行驶路线，保证作业效率和安全性。
    3）设备的优缺点
    目前三一科技已经研制出了滩涂两栖式运输车、打桩机和130t 两栖式履带吊车，立柱式起重机（主吊车）还未出厂。运输车空载和满载时运行良好，打桩机和履带吊试运行情况也很好。
    主要缺点有以下几点：
    ①设备均为履带式，在滩涂上行走会留下10~20cm 的车辙，如果反复行走，车辙甚至深达50cm，这对开放式养殖区的滩涂破坏是毁灭性的。如果选用该套设备，估计所有滩涂都要赔偿，费用很难统计。
    ②履带车不能在滩涂上转急弯，如果转急弯履带会将滩涂面层结构完全破坏（撕裂），车会陷入滩涂，需另外的运输车来救援，无法自行走出破坏区（现场试验时就遇到过一次）。
    ③没有验证该成套设备穿越海沟的能力，需要多次跨越检验其涉水能力。
    2．滩涂承压式通道方案
    1）方案简述
    采用钢结构做成路基板（厢），铺在滩涂上，利用路基板（箱）与地面接触面积大，使其承载力能满足风机设备超大件和超重件的运输。在机位的位置利用路基（箱）拼装成施工平台，保证风机部件能精准吊装。路基板（箱）考虑在扰动液化后承载力为20KPa 时能承载所有设备与部件的运输，并充分考虑其稳定性，不会发生下沉、侧翻等事故。
    2）通道与平台器材及设计方案
    ①承压式主干道器材
    承压式主干道器材是一种能够工作在过水滩涂的路面器材。根据滩涂泥面高程情况，将主干道承压器材做成厚度分别为0.2m 和0.5m 两种模块，长和宽分别为7.5m 和2.5m。器材为密闭箱型结构，铁板充分参与结构受力分配，比做成通透式桁架梁质量更轻，钢材更省。器材之间采用单双耳铰接，保证模块之间有一定的自由度并能快速安装和拆除。
    ②承压式施工平台器材
    施工平台要考虑吊车工作和设备堆放，因此平台统一做成12.5m×2.5m×1.8m，单个模块重量约12.0t，模块之间用有一定自由度的单双耳链接（铰接）。
    3）通道与平台平面布置及架设
    根据可研报告，整个工程区呈现西低东高和北低南高的分布方式。同时根据距工程区约5.0km 的洋口港多年潮汐资料和国家海洋局发布的2012 年、2013 年洋口港潮汐预报表，有以下统计规律：
    ①潮汐多为非正规半日潮，每月初一和十五左右为大潮，潮水位相对当月较高；
    ②平均每月最高潮水位低于3.5m 的时间有23d，平均每月最高潮水位低于2.5m 的时间有14d。
    因此通道布置原则为：通道高程不得低于2.5m，每个月有14d 不会被潮水淹没，其余时间利用潮水位低于2.5m的时段运输。
    施工平台布置原则为：平台最低高程不得低于4.0m，以保证平台上的设备不受潮水影响。
    根据地形图，通道最大长度需要4,400m，根据浮式滩涂通道架设经验，按工人中等熟练程度考虑，平均每小时能架设40 纵长米，架设1,000 纵长米通道需要25h，撤收转移时间一般是架设时间的一半。每天工作按6h 计（扣除准备时间），这样架设及撤收转移一条1,000 纵长米的通道需大约一周的时间。风电场区域施工只要规划得当，形成流水作业，滩涂通道的架设作业时间能够满足总进度计划的需要。
    五、两种施工方案的比较
    1．方案的完整性和可行性
    两栖式施工设备很完美的解决了潮间带风机的吊装及桩基础施工问题，但没有解决好混凝土浇筑的难题。三一科技提出了采用混凝土泵输送的方案，但笔者认为本工程不适合采用混凝土泵浇筑，原因如下：
    ①大体积混凝土不适合采用混凝土泵浇筑，大体积混凝土包括混凝土方量大和浇筑仓面大两方面，只要其中一方面较大都属于大体积混凝土。本工程单个风机基础仓面约600m²，混凝土约1,300m³，属于大体积混凝土。
    ②泵送混凝土塌落度较大，而风机基础混凝土要求一次性浇筑到位，在施工承台斜坡面和台柱时高塌落度混凝土不能成型，必须采用低塌落度混凝土，而低塌落度混凝土无法采用混凝土泵输送。
    ③一般泵送混凝土水平距离不大于600m，而本工程大部分泵送距离在1.5km 到4.5km 之间。即使采用高压混凝土拖泵，输送距离也不能大于1.5km，采取接力泵送的办法理论上可行，实际困难目前无法克服，泵送混凝土基本不可靠。
    因此三一方案由于没有仔细论证混凝土运输方案，而使该方案不完整，不够严谨。如果基础土建方案没有解决，整个方案的可行性也大打折扣。
    滩涂通道用大面积刚性构件将软基础变成刚性基础很好的解决风机基础及吊装的全部问题，方案非常圆满。
    2．两方案费用比较
    （1）三一科技共提供2 台履带式运输车，1 台打桩机，1 台130t 辅助履带式吊车和1 台立柱式主吊车，属于最低配置，没有备用。根据和三一科技谈判的结果，租用这5 套设备费用约5,000 万。但是混凝土拖泵及泵管、支撑泵管所需的负压桶的价格约1,800 万，因此总费用为6,800 万，而且泵送混凝土还基本不可行。如果让三一科技提供5 台运输车的话，租金肯定超过7,000 万元。
    （2）滩涂通道需用钢结构约1 万t，根据目前钢结构制作费用约8,500 元/t，总费用约8,500 万，不包括滩涂通道的安拆费用。如果考虑废钢材回收残值的话，按1,500 元/t计，残值为1,500 万元，因此滩涂通道的实际费用约7,000万。
    从以上可以看出，滩涂通道需投入的费用和三一两栖设备所需的费用基本持平，甚至可能更低（主要得益于目前国内钢材市场疲软，钢价走低）。钢材价格的波动对滩涂通道价格影响巨大。
    3．工期比较
    三一方案由于打桩机、辅助吊车和主吊转场速度慢，且设备数量只有一台，生产效率低。按照目前设备的情况，参照前述一年的有效施工天数，粗步估算施工工期需要26 个月。
    采用滩涂通道方案，可以投入多套施工设备，施工工期估算约14 个月。
    4．质量比较
    采用三一科技的设备，人员从岸上到施工地点很不方便，不利于紧急情况的撤离。工人日常生活和业主、监理的日常监管都很困难。
    滩涂通道方案则很好的解决了人员到施工点的交通问题，非常易于业主和监理的日常监管，工程质量肯定会好于监管困难的三一方案。
    5．安全和环境影响
    三一科技已造出的设备只进行了空载行走试验，直观感觉工况良好，但未进行标准工况和跨越海沟等滩涂通常情况的模拟试验。
    由于三一设备全部为履带式，从空载行走的情况看，车辙深度约10cm，如遇到反复行走的部分，车辙深度约40~50cm，现实施工时运输车也不可能只沿着最初的车辙行驶（地基反复碾压也可能液化），滩涂将完全被破坏。可能面临海洋局的行政处罚和渔民的巨额渔业资源损失赔偿，后续可预见的麻烦、扯皮非常多，阻工现象估计会经常发生。
    滩涂通道是利用大接触面积来换取相应的承载力，原理非常简单，应用中也非常安全、可靠，所有风险都在可控范围内。
    滩涂通道将占用的滩涂面积限定在铺设钢构件的区域，对滩涂的破坏非常小，不会被海洋局行政处罚，渔民的渔业资源损失范围也非常好鉴定。
    六、小结和建议
    三一集团研发的两栖设备对风机吊装方案解决很完美，但忽略了风机基础施工的方案和对滩涂环境的保护，严重影响该套设备对潮间带风电场施工一揽子解决方案的完美性。滩涂通道（路基箱）方案对潮间带风电场施工一揽子解决方案趋于完美，效率也高，投资可能略低于三一两栖施工设备。因此采用滩涂通道方案更优，其在质量控制、安全和环境影响方面都优于两栖施工设备。