產業知識專欄
單樁基礎怎麼打進海床?認識基礎安裝船 Foundation Installation Vessel
一支離岸風力機高達數百公尺,但真正讓它穩穩站在海上的,往往是藏在海面下的巨大基礎。
其中最常見的形式之一,就是單樁基礎(Monopile):一根巨大的鋼製圓筒,其中一部分必須深入海床,才能承受風力機長期受到的風、浪與結構載重。單樁通常是以打樁方式固定於海床,而大型15 MW風力機使用的單樁重量可能超過千公噸。
負責把這些巨型基礎送到海上並完成安裝的,就是基礎安裝船(Foundation Installation Vessel)。
第一步不是打樁,而是先把單樁「站起來」
為了方便運輸,單樁通常以水平姿態放在船上。
抵達施工位置後,大型起重機會透過吊具(Lifting Tool)抓住單樁上端,底部則由翻樁架(Upending Frame)支撐,將原本躺著的單樁慢慢旋轉成直立狀態。
接著再利用夾樁器/導向定位架(Pile Gripper / Pile Guiding and Positioning Frame)控制位置與垂直度,讓數十至上百公尺長的鋼管準確對準預定基礎位置。對浮式安裝船而言,還可能使用具運動補償功能的定位架,降低船體運動帶來的影響。
巨大的單樁,是怎麼「打」進海床的?
定位完成後,真正的打樁作業才開始。
大型打樁錘(Pile Driving Hammer)會被吊到單樁頂端,透過打樁錘與砧座系統( Hammer and Anvil System)反覆將衝擊能量傳入單樁。
部分系統單次能量可達約 4,000 kJ,每分鐘可產生約 30至60次衝擊。隨著一錘又一錘落下,單樁逐漸穿入海床,直到達到設計要求的深度與承載條件。
所以所謂「打樁」,並不是像釘釘子一樣一次敲到底,而是一連串受到嚴密監控的海上工程。
不是所有海床都能直接用錘子打
海床地質不同,安裝方式也不能一成不變。如果遇到非常堅硬的地層、岩盤或其他不適合直接打樁的條件,工程團隊可能改採預鑽孔(pre-drilling),再將單樁放入鑽好的孔洞中並以灌漿固定;若海床中存在巨石,也可能需要結合鑽掘與打樁。
因此,在真正施工前進行的地球物理調查(Geophysical Survey)與地工調查(Geotechnical Survey)就非常重要。工程師必須先知道海床底下是砂、黏土、巨石還是岩盤,才能決定單樁究竟「打不打得下去」。
打樁聲音也是工程的一部分
大型打樁會在水中產生強烈的水下噪音,因此施工除了結構安全,也需要考量海洋生態。
依場址與法規要求,工程可能採取漸進式啟動(Soft Start)、氣泡幕(Bubble Curtain)或其他噪音減緩措施。
所以,基礎安裝船的任務不只是把一根巨大鋼管敲進海底。它整合了大型吊裝、翻樁、精準定位、打樁設備、動態定位與環境控制等能力,把一根重達千噸的單樁,從水平運輸狀態一步步變成牢牢扎進海床的風力機基礎。
我們在海面上看到的是一支風力機,但在它站起來以前,工程師早已先在海床裡完成了一場巨大的「打樁工程」。
參考資料
• Guide to an offshore wind farm | An informative resource for offshore wind (包括照片來源)
• BOEM Homepage | Bureau of Ocean Energy Management
延伸閱讀
• 海床如何「照X光」?認識地球物理調查船 Geophysical Survey Vessel
• 如何在海底鑽洞取土?認識地工調查船 Geotechnical Survey Vessel


