关键词：海上风电场；海上升压站；导管架基础；施工技术
1工程概况
福清兴化湾海上风电场项目位于福清兴化湾内，邻近福清核电厂址，由两块区域组成，总面积约48.6km2， A区位于福清牛头尾西侧浅海区，面积约20.4km2；B区位于核电厂址的西侧海域、小麦屿南侧、牛屿东侧，中心距离岸线4.7km，面积约18.5km2，A区与B区合计规划装机容量357.4MW，配套建造一座220kV海上升压站位于A区样机风场区，所处位置平均水深约9.50m，海上升压站主要分为上部组块和下部基础，其中下部基础分为导管架和钢管桩。
2导管架结构
升压站导管架长21m，宽16.5m，高21.5m，总重量997t，由四根桩腿套管和支管组成，材质采用DH36钢材，桩腿采用直径φ2850mm、壁厚55mm的钢管，桩腿套管内设有灌浆封隔器及打桩导向块，桩腿上设置靠船构件、栏杆、爬梯等附属设施，支管采用直径φ1524mm、壁厚28mm的钢管。
基础钢管桩直径2.5m、壁厚50mm，材质采用Q345C钢材，单根桩长48m、重145t。
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图1 导管架结构图
3施工技术
3.1稳桩平台施工
因采取先沉桩后安装导管架工艺，对钢管桩施工精度要求较高，需采用稳桩平台进行沉桩施工。
稳桩平台为双层导管架平台结构，长29m，宽24.5m，平台顶标高+10.0m，层高3m，设置4根辅助桩，桩径2m、壁厚22mm，辅助桩横向间距为21m，纵向间距为16.5m。平台设置8个吊点，在钢管桩龙口位置安装有8个千斤顶（单个千斤顶顶力50t，行程50cm）组成的顶撑系统。
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图2 稳桩平台结构图
稳桩平台及辅助桩采用3000t运输驳运输至施工现场，过驳至定位船并调平，稳桩平台四边及中心点用油漆进行标记，将测量仪器RTK架设在中心点位置上，将稳桩平台设计的中心点坐标输入至RTK中，根据RTK上显示的距离和方向偏差开始绞船，当接近中心点坐标时，采用点动绞锚，并将平台设计四个角点中任意一个点坐标输入RTK，然后将RTK放入对应角点，通过平台中心点和任意一角点坐标来调整船头方向来控制平台方向，使平台中心点到达设计中心点坐标且方向调整至与设计方位一致。
稳桩平台定位完成后，辅助桩通过350t起重船配合APE400振动锤进行施工，先施打对角两根辅助桩，施打到位后将稳桩平台吊至设计标高+10.0m处进行安放，并采用加劲板进行临时固定，临时固定焊脚高度不得小于16mm，同时定位船撤离，再继续施打剩余两根辅助桩。辅助桩沉桩完成后将平台通过套管与辅助桩进行整体固定，固定方式采用加劲板焊接连接，每根设置10道加劲板，焊脚高度不得低于16mm。
3.2钢管桩沉桩
根据钻孔资料，结合附近海域地质情况，通过可打性分析，最终采用350t起重船配合IHC S-800液压锤进行钢管桩沉桩施工。
考虑到现场涨落潮对运桩驳靠泊的影响，起重船船头方向调整至与潮流向一致且船头对准稳桩平台位置。起重船开始平吊钢管桩，当桩完全离开运桩驳甲板，利用起重船主、副钩相互配合完成竖桩。竖桩完成后副钩继续下放吊钩，使钢丝绳不受力，同时主钩继续上升吊钩完成竖桩。
竖桩完毕后，主钩起吊钢管桩，缓慢靠近入龙口，完成入龙口操作，利用GPS控制钢管桩的平面位置。桩中心平面位置满足要求后开始下桩，桩底入土1m后，在桩边的延长线上架设两台带弯管目镜的全站仪，采用十字丝和测距来观测和计算控制桩身的垂直度，并通过千斤顶组成的顶撑系统，调整钢管桩的平面位置及垂直度，直到桩的垂直度符合要求，沉桩过程中将垂直度偏差控制在3‰内。在观测过程中由于平台受风浪影响，仪器有轻微的晃动每次观测前需对全站仪重新精平，满足要求后方可进行观测。
钢管桩在自重作用下，下沉至泥面下一定深度后停滞下沉，钢管桩确认稳定后，起重船继续下放钢丝绳，使钢丝绳处于不受力且不脱钩状态。钢管桩确认稳定后，解除主吊耳处钢丝绳，开始起吊液压锤操作。套锤过程必须保证锤、桩的中轴线相吻合，当桩顶与锤接触后，逐步下放吊钩，使压桩重量逐步增加。在保证钢管桩垂直度的情况下，开始手动小能量锤击，采取打2击停顿一下，控制贯入度和锤击能量，不连续锤击，在桩尖穿过粉砂后方根据贯入度情况加大锤击能量。钢管桩锤击过程中每隔1m观测一次，垂直度发生偏差时通过千斤顶顶撑系统进行调整。因要及时反映桩的垂直度偏差，全站仪在测角、测距过程中要数值精确，计算数值准确，以免造成垂直度调整的偏差。沉桩结束后，需进行桩位、倾斜度、桩顶高程等进行测量复核。
3.3导管架安装
导管架因质量要求严，精度要求高，为保证加工质量，导管架在专业海洋钢构件加工厂进行加工制作，检验合格后采用4000t自航驳运输施工现场。为确保运输过程中的稳定及安全，在导管架摆放区域的甲板面进行调平处理，用于垫平的钢板（每个腿用12片500mm×500mm的钢板环向布设）与甲板面进行焊接。同时制作专用的托盘工装对导管架进行加固，对横跨船宽方向的2根横撑管设置固定卡扣结构进行固定，每侧设置2道卡扣；对平行于船长方向的2根横撑管每侧设置4道固定卡扣结构进行固定。
升压站导管架总重997t，吊具选用8X61+IWR，φ200mm的钢丝绳及300t的卸扣，采用1500t浮式起重船进行导管架的吊装施工。起吊施工时，采用浮态双钩固定拔杆起吊的方式进行吊装，通过4根φ200mm的钢丝绳分别挂扣于四个吊耳上，钢丝绳另一端两两挂扣于双主钩的山子型钩头。
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安装起吊前先试吊、调平，调平导管架水平度后，使其平稳起吊。在导管架顶部平台上顺着两个轴线方向分别放置高精度数显水平尺，实时测量水平度，通过调整左右钢丝绳长度及副钩增加辅助吊点方式进行调平，将水平度控制在3‰内，再开始套钢管桩。为了控制起吊时导管架套管的旋转方向，实现顺利下放，在靠近船艏一侧的两根套管上设置缆风绳，缆风绳另一头设置于船舶锚机上，实现对角线牵拉。
导管架顺利套入钢管桩后，利用提前设置好的特制门架，使导管架最终通过门架坐落在钢管桩基础上，通过调整门架垫片将导管架水平度控制在3‰内，并进行连接固定。
导管架吊装完成后，对四根钢管桩及套管与上部组件连接位置的高程进行测量，4根钢管桩桩顶所有测点之间的最大高程差应控制在5mm内， 套管与上部组件连接位置的高程差应控制在40mm内。
3.4导管架灌浆连接
导管架与钢管桩间隙空间需要进行灌浆处理，预制灌浆管线及溢浆口布置6个，依次从下向上，高度上均匀分布，灌浆施工时由最下面的灌浆口开始逐步实施灌浆作业，直至顶部溢浆。
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为提高灌浆施工效率，采用主泵对第一根桩基的环形空间进行灌浆时，将备用管线布置在主灌浆软管旁边，一旦发生主灌浆软管堵塞或泄漏，备用软管可立即替换主灌浆软管；当主泵结束第一根桩腿的灌浆后，拆除主灌浆软管与预制灌浆口的连接，将主灌浆软管连接至第二根桩腿的预制灌浆口，重复此步骤直至4根桩腿灌浆全部结束。
灌浆作业环境的选择对灌浆施工影响较大，一般来说，海上风电灌浆施工的适宜温度5℃~25℃。如果现场温度条件不满足所选灌浆材料使用要求，不能进行灌浆施工，需要按照材料供应商提供的施工要求采取措施后才能进行灌浆施工。灌浆施工对于海上的风浪条件要求也较高，需在风力六级以下、浪高1.5m以下可对环形空间进行灌浆作业。
在正式泵送灌浆料前，必须对灌浆软管进行润管作业，防止在泵送灌浆料时产生堵塞情况，并确认管路上所有的阀门均处于打开状态，在灌浆施工过程中，密切关注灌浆料浆体的温度、流动度、含气量、表观密度的变化，同时观察灌浆泵出口处灌浆施工压力，持续泵送直到灌浆材料开始从灌浆环形空间顶端溢出。确认溢浆完成后，静置并使浆料中的气泡充分溢出，待静置结束后，进行压力屏浆，至此灌浆结束。
4结语
海上升压站导管架基础施工技术难度大、精度要求高，随时新技术、新设备的不断更新，导管架施工将会有更多的施工工艺，采用先沉桩后安装导管架工艺不仅缩短了工期，同时也创造了良好的经济效益。
论文作者:余镇江,
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷23期
论文发表时间:2020/4/3
标签：导管论文; 钢管论文; 海上论文; 平台论文; 起重船论文; 钢丝绳论文; 中心点论文; 《建筑实践》2019年38卷23期论文;