輔助穩(wěn)樁平臺(tái)單樁基礎(chǔ)施工技術(shù)分析

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摘要:為解決傳統(tǒng)鋼桁架穩(wěn)樁平臺(tái)自重大、運(yùn)輸成本高、工期長(zhǎng)等問(wèn)題，經(jīng)反復(fù)研究提出了一種自升式輔助穩(wěn)樁平臺(tái)大直徑單樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。對(duì)自升式輔助穩(wěn)樁平臺(tái)大直徑單樁基礎(chǔ)施工工藝流程，輔助穩(wěn)樁平臺(tái)的駐位、施工船舶駐位、運(yùn)樁船靠泊、鋼管樁起吊翻身、鋼管樁吊裝入龍口、自沉及壓錘、內(nèi)平臺(tái)安裝等7項(xiàng)關(guān)鍵施工技術(shù)也做了充分的研究，研究成果有效地解決了傳統(tǒng)鋼桁架穩(wěn)樁平臺(tái)存在的諸多問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:海上風(fēng)電;自升式平臺(tái);大直徑單樁

目前我國(guó)大直徑無(wú)過(guò)渡段單樁施工傳統(tǒng)工藝流程是:①主起重船拋錨駐位，鋼桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)樁平臺(tái)及輔助樁運(yùn)輸船靠泊;②掛鉤起吊穩(wěn)樁平臺(tái)吊放調(diào)平，起吊插入輔助樁(4根)開始振沉;③提升輔助平臺(tái)，采用反吊焊接等方式進(jìn)行加固穩(wěn)定，打開龍口(抱樁器);④起吊大直徑工程樁翻身植樁，自沉結(jié)束后加錘(包括替打法蘭或替打段)，將管樁沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，過(guò)程中測(cè)量控制垂直度，如有高應(yīng)變檢測(cè)，遵照設(shè)計(jì)要求及檢測(cè)規(guī)范執(zhí)行［1－5］。許多學(xué)者對(duì)穩(wěn)樁平臺(tái)沉樁施工工藝進(jìn)行研究［6－10］。但是，傳統(tǒng)式鋼桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)樁平臺(tái)依然存在下列問(wèn)題:①傳統(tǒng)鋼桁架穩(wěn)樁平臺(tái)自重較大，需起重船舶吊放駐位，調(diào)平及施工難度較大，運(yùn)輸成本較高;②傳統(tǒng)輔助穩(wěn)樁平臺(tái)配套輔助樁需逐根振沉，提升平臺(tái)加固作業(yè)等施工時(shí)間較長(zhǎng);③輔助樁使用頻次達(dá)到一定程度后容易出現(xiàn)管口卷邊等情況，需進(jìn)行樁身切割及加長(zhǎng)處理。而自升式穩(wěn)樁平臺(tái)有著如下優(yōu)點(diǎn):①通過(guò)優(yōu)化平臺(tái)吊放轉(zhuǎn)運(yùn)工序，能夠提高工效，且機(jī)動(dòng)性強(qiáng);②調(diào)平效率高，輔助穩(wěn)樁平臺(tái)水平度調(diào)整數(shù)字化，確保工程樁垂直度控制;③機(jī)位平面定位精度高，減小施工難度，降低測(cè)量工作量。因此，對(duì)海上風(fēng)電自升式輔助穩(wěn)樁平臺(tái)大直徑單樁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究有一定意義。結(jié)合江蘇啟東海上風(fēng)電工程，對(duì)自升式輔助穩(wěn)樁平臺(tái)大直徑單樁基礎(chǔ)沉樁技術(shù)進(jìn)行研究，為類似工程提供參考。

1工程概況

H3號(hào)海上風(fēng)電場(chǎng)區(qū)中心離岸距離約37km，海底地形變化較為平緩，水深在10～16m之間。H3號(hào)場(chǎng)區(qū)形狀呈梯形，東西長(zhǎng)約16km，南北寬約2．7km，規(guī)劃場(chǎng)區(qū)面積約43km2，本項(xiàng)目共布置50臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，規(guī)劃裝機(jī)容量300MW。配套建設(shè)1座220kV海上升壓站，與H1號(hào)、H2號(hào)風(fēng)電場(chǎng)共用1座陸上集控中心，風(fēng)電場(chǎng)由12回35kV海底電纜匯流至海上升壓站，經(jīng)2臺(tái)220/35kV變壓器(180MVA)升壓后由2回220kV海底電纜登陸接至風(fēng)電場(chǎng)220kV陸上集控中心。

2施工流程

大直徑單樁基礎(chǔ)施工工藝流程:施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→自升式穩(wěn)樁平臺(tái)駐位→施工船舶駐位→運(yùn)樁船靠泊→鋼管樁起吊翻身→吊裝入龍口→自沉及壓錘→錘擊沉樁→內(nèi)平臺(tái)安裝→高應(yīng)變檢測(cè)及無(wú)損檢測(cè)→自升式平臺(tái)降船→到下一機(jī)位施工。

3施工方案

3．1自升式輔助穩(wěn)樁平臺(tái)駐位

自升式輔助平臺(tái)采用駁船搭載GPS錨泊定位系統(tǒng)，至機(jī)位旁5m左右開始下錨，前后均采用八字錨且垂直向外45°進(jìn)行下錨，將機(jī)位理論坐標(biāo)輸入GPS定位系統(tǒng)，之后通過(guò)絞錨的方式進(jìn)行精確定位，并進(jìn)行調(diào)整，船舶定位平面偏差控制在300mm以內(nèi)。經(jīng)測(cè)量人員復(fù)核誤差在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)(小于等于500mm)，則利用液壓頂升系統(tǒng)進(jìn)行樁腿頂升，頂升過(guò)程依次調(diào)整樁腿行程，防止造成頂升困難或結(jié)構(gòu)損壞。以設(shè)計(jì)鋼管樁標(biāo)高(+13m)為參照，上層抱樁器頂標(biāo)高設(shè)置為+21．0m。當(dāng)整體平臺(tái)提升到位后，通過(guò)操作樁腿液壓系統(tǒng)頂升承載力以及頂升高度進(jìn)行平臺(tái)水平度精確調(diào)平，四角高差不大于10mm。

3．2施工船舶駐位

施工現(xiàn)場(chǎng)為外海無(wú)掩護(hù)作業(yè)，海況條件惡劣，首先采用浮漂確定施工機(jī)位位置，以確保鋼樁平面位置在允許偏差范圍內(nèi)。自升式穩(wěn)樁平臺(tái)定位完成后，施工船舶駐位示意圖見圖1。主起重船駐位與穩(wěn)樁平臺(tái)左前方船間平行距離約為20m，前后均采用八字錨且前錨垂直向外60°，后錨垂直向外45.

3．3運(yùn)樁船靠泊

施工船舶駐位完成后，運(yùn)樁船逆水流情況下沿既定拋錨定位路線駛?cè)耄ㄟ^(guò)拖輪或錨艇協(xié)助完成方位調(diào)整，船艏通過(guò)纜繩與主起重船連接，平行布置，靠泊在主吊船下風(fēng)區(qū)域，隨后使用錨艇為船艉拋兩口8字錨，完成運(yùn)樁船駐位。

3．4鋼管樁起吊翻身

主起重船2個(gè)主鉤負(fù)責(zé)主吊任務(wù)，索具掛鋼管樁上吊耳，副鉤負(fù)責(zé)抬吊輔助翻轉(zhuǎn)立樁，索具掛鋼管樁下吊耳，通過(guò)主鉤起副鉤落的操作實(shí)現(xiàn)鋼管樁翻轉(zhuǎn)豎立，起吊之前在吊耳外邊緣纏繞多層土工布，避免在吊裝過(guò)程中破壞吊耳外邊緣的防腐涂料，并連接纜風(fēng)繩，有利于鋼絲繩的摘除和保護(hù)，將副鉤鋼絲繩和卡環(huán)連接完畢后，通過(guò)卡環(huán)連接樁底翻身吊耳，主副鉤協(xié)同作業(yè)，將鋼管樁平吊離開甲板面。當(dāng)樁完全離開運(yùn)樁駁甲板10cm且呈水平狀態(tài)時(shí)，暫停起吊，檢查鋼絲繩受力情況，無(wú)異常后繼續(xù)起吊，待鋼管樁抬起離運(yùn)樁方駁約1m后，運(yùn)樁駁起錨并離開吊樁施工范圍。然后將鋼管樁緩緩放到水面附近，并利用水深進(jìn)行翻樁。期間，鋼管樁仍應(yīng)保持水平狀態(tài)，主起重船主鉤逐漸上升副鉤逐漸放低直至不受力。翻樁過(guò)程中，84樁底距離海床面應(yīng)留有2m左右的安全距離，避免鋼管樁突然觸底導(dǎo)致主鉤脫鉤，待鋼管樁呈豎直狀態(tài)后，解除副鉤約束，完成翻樁。

3．5鋼管樁吊裝入龍口

在鋼管樁翻身直立后，主起重船通過(guò)人工將卸扣銷軸拉出的方式，使副鉤抬吊的索具脫離樁管吊耳，并通過(guò)絞錨使主起重船移到與自升式穩(wěn)樁平臺(tái)同一中軸線上，然后再通過(guò)船首八字錨絞錨調(diào)整主起重船與穩(wěn)樁平臺(tái)的距離，使鋼管樁進(jìn)入龍口，然后抱樁器進(jìn)行抱合。翻樁完成后，主起重船吊住鋼管樁，通過(guò)松緊錨鏈調(diào)整樁身平面位置并同時(shí)調(diào)整樁身方向。移樁期間，起重船應(yīng)與導(dǎo)向架保持至少2m的安全距離。入龍口前，將8臺(tái)千斤頂伸縮量調(diào)至最小，以保證鋼管樁能順利進(jìn)入龍口，進(jìn)入龍口后，在抱樁器上的經(jīng)緯儀觀察架立點(diǎn)處分別布設(shè)1臺(tái)經(jīng)緯儀，并在兩個(gè)約成80°的方向上觀測(cè)鋼管樁樁身垂直度，通過(guò)升降主鉤、扒桿轉(zhuǎn)動(dòng)及調(diào)節(jié)千斤頂，將鋼管樁的垂直度調(diào)整至1‰以內(nèi)，最后調(diào)整千斤頂?shù)纳炜s量，完成鋼管樁樁身預(yù)抱緊工作。

3．6自沉及壓錘

鋼管樁垂直度調(diào)整至設(shè)計(jì)值以內(nèi)后，主鉤緩慢下放，鋼管樁開始自沉。應(yīng)注意的是，在鋼管樁接觸泥面的過(guò)程中，如下沉速度過(guò)快，易造成鋼管樁受土阻力影響而提前脫鉤，故自沉過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻觀察起重船的起重量變化不應(yīng)過(guò)快。自沉過(guò)程中持續(xù)使用2臺(tái)經(jīng)緯儀對(duì)鋼管樁樁身垂直度進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。如自沉過(guò)程中，樁身垂直度超出設(shè)計(jì)允許值，則通過(guò)提升、下降主鉤及調(diào)節(jié)千斤頂重新將鋼管樁垂直度調(diào)整至設(shè)計(jì)值內(nèi)并繼續(xù)自沉。如偏差過(guò)大(超出1‰)，則將鋼管樁抬離泥面，待鋼管樁樁身處于自由垂直狀態(tài)后，再重新下放。鋼管樁自沉無(wú)進(jìn)尺后，主鉤慢慢減少受力直至完全不受力時(shí)，靜置觀察5min以上，如無(wú)異常，則下放主鉤并解除吊索具約束。樁自沉完畢后，主鉤用鋼絲繩配卡環(huán)連接沖擊錘頂?shù)觞c(diǎn)，將錘套好，然后吊至樁頂并開始?jí)哄N。壓錘及沉樁時(shí)將吊錘鋼絲繩完全下方，需使用克令吊及吊袋輔助托吊沖擊錘油管，油管下安裝移動(dòng)萬(wàn)向滑輪，防止油管磨損。

3．7內(nèi)平臺(tái)安裝

沉樁完成后，起重船吊機(jī)將內(nèi)平臺(tái)及相關(guān)物料(螺栓、噴鋅、密封膠等)吊至樁頂并進(jìn)行安裝，4名施工人員通過(guò)爬梯進(jìn)入內(nèi)平臺(tái)，根據(jù)鋼管樁出場(chǎng)標(biāo)記的內(nèi)平臺(tái)安裝線與內(nèi)平臺(tái)上的標(biāo)記對(duì)齊，擰緊內(nèi)平臺(tái)螺栓，涂抹密封膠。內(nèi)平臺(tái)脫鉤后，使用相同吊索具將替打法蘭掛鉤并吊回至船甲板。替打法蘭拆除后，施工人員噴涂噴鋅，2～3名測(cè)量員進(jìn)入內(nèi)平臺(tái)進(jìn)行樁頂法蘭水平度測(cè)量。

4結(jié)語(yǔ)

為解決傳統(tǒng)鋼桁架穩(wěn)樁平臺(tái)自重較大，運(yùn)輸成本較高，施工時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題，提出一種海上風(fēng)電自升式輔助穩(wěn)樁平臺(tái)大直徑單樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。首先，總結(jié)我國(guó)目前海上風(fēng)電大直徑無(wú)過(guò)渡段單樁施工傳統(tǒng)工藝流程，并總結(jié)傳統(tǒng)式鋼桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)樁平臺(tái)依然存在的問(wèn)題。其次，提出自升式輔助穩(wěn)樁平臺(tái)大直徑單樁基礎(chǔ)施工工藝流程。最后，提出自升式輔助穩(wěn)樁平臺(tái)駐位、施工船舶駐位、運(yùn)樁船靠泊、鋼管樁起吊翻身、鋼管樁吊裝入龍口、自沉及壓錘、內(nèi)平臺(tái)安等7項(xiàng)關(guān)鍵施工技術(shù)。本工法成功運(yùn)用于江蘇華威啟東H1號(hào)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目和啟東華爾銳啟東H3號(hào)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，克服了海上風(fēng)電項(xiàng)目“搶裝潮”嚴(yán)峻形勢(shì)下船機(jī)設(shè)備緊張、傳統(tǒng)輔助穩(wěn)樁平臺(tái)工序繁雜、工期緊張等施工難點(diǎn)，逐步成為單樁基礎(chǔ)施工主要工藝方法，施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度效益明顯，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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作者：周國(guó)興 張金發(fā) 張震宇 葛暢 單位：中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江華東工程咨詢有限公司 浙江大學(xué)海洋學(xué)院