江四林
中国水利水电第七工程局有限公司 四川成都 610000
摘要：经济的发展伴随而来的是水利工程建设的快速发展，作为基础设施及民生大计建设工程的重要组成部分，灌浆技术的施工质量对于水电站风电机组的基础工程建设的整体质量发挥着越来越重要作用。但由于海水水文环境比较复杂，可操作性不强，因此水下灌浆作业难度高，需要引起足够的重视，才能确保工程质量。因此，本文对先打桩导管架基础风电机组基础灌浆技术分析，以期为同类工程提供参考。
关键词：水电站；土石坝；混凝土防渗墙；施工技术
1引言
风电机组基础混凝土灌浆施工是一项相对庞大的工程，施工质量受多种因素、多个环节的共同影响，由于水利工程施工单位数量的不断增加，竞争压力和质量要求也越来越高，因此在施工过程中，相关施工人员和监理人员应熟练掌握地下基础灌浆的施工技术，严格控制工序和质量，更多地运用新工艺、新方法、新技术，避免渗漏或裂缝、坍塌问题，对于提高水电站风电机组的施工质量，确保水利工程的稳定与安全具有重要的意义。
2风电机组导管架概述
导管架是一种重量轻、灵活性好，对海床地质条件适应能力较强且满足较深海域的水上风电基础，在我国（如江苏如东潮间带风电场）及发达国家海上风电场已经得到了较多应用。水深较深的海域，通常选择水下灌浆的方法。除风作用之外，海水的波浪等推动力借助导管架结构经砼传输至钢管桩，然后，钢管桩将载荷传输至海床。发电机组平台中，导管架（腿柱）既要承受整个平台的重量，又要承受各种外界因素造成的交变应力，因此是一个关键性的部位。在导管架结构中，连接多向管件的接头称为管节点。导管架基础构造以及钢管桩相互之间的连接通常依靠灌浆施工，由于波浪、海流等水文环境较为复杂，因此导管架的安全性与稳定性与灌浆质量息息相关，需要合理设施，仔细谋划，从而避免引起风电场建设项目的滞后。
3风电机组导管架基础构造
导管架基础主体为空间钢结构，材料均为钢制，且框架为对称结构。主体结构包括过渡段、导管架两部分组成。主简体、主斜撑、平台甲板等结构构成了过渡段的主要结构。型钢平台外挑双排钢管脚手架用于放置必要的电气设备。腿柱的4根主腿作为主体结构的支撑腿，分布呈倾斜状态，在主腿之间均布X 斜撐，从而使四根主腿构成了相对牢固的桁架结构。4跟钢管桩呈正方形对称分布于海床之上，桩顶设置在泥面底部，导管架4跟主腿末端依次接入钢管桩上方内腔，再采取水下灌浆措施构成一个整体。具体结构详见图1。
图1 导管架结构示意图
通常情况下，导管架基础结构形式主要包括两种：一种是先打桩导管架，另一种是后打桩导管架。其中，先打桩导管架是先在水下安装导管架基础结构，再打钢管桩，最后实施导管架基础整体吊装作业，详见图2。
图2 先打桩导管架基础
在吊装的整个过程中，利用导管架支撑腿端部接入钢管桩，在安装过程中必须要进行调平，然后开始灌注桩水下注浆，使固定导管架及钢管桩口有效连接。后打桩导管架主要构造是采用先打钢管桩，再于水下安装导管架，并进行水下灌浆施工（图3）。
图3 后打桩导管架主要构造
先打桩导管架与后打桩导管架主体结构是无明显差异的，两种方式对比，先打桩导管架的优势比较明显，具体表现在：
（1）桩靴是属于桩尖的一种类型，亦称为桩帽。与后打桩导管架基础支撑腿末端设计安装桩靴相比，在先打桩导管架支撑腿末端则可以不用设计、安装桩靴，使安装费用、人工成本有所降低。即使先打桩导管架基础在沉桩工程铺设钢管桩过程中必须进行模架定位安装，然而价格模架施工的费用均摊至整个风场的基础投入里，相比带桩靴的单台导管架基础更具经济性。在石油工业行业中，采用后打桩导管架基础形式的比较多，但相对后打桩导管架基础形式的成本局限，在大型风场开发选择先打桩导管架基础形式更多，从而有利于减小成本。
(2) 后打桩导管架基础形式的导管架通常应采用大型安装船舶实施安装，并且钢管桩也要借助大型的安装船实施安装。对于先打桩导管架基础形式的导管架来说，虽然也需要大型的安装船实施安装，但打桩可通过起重能力较小的辅助船来实现。也就是说，先打桩导管架基础形式的导管架施工作业能够与打桩任务在同一时间里开展，有效降低了施工周期。
4先打桩导管架基础灌浆结构
4.1先打桩导管架支撑腿结构
支撑腿和钢管桩相互连接位置构成导管架基础环混凝土灌注套筒，在支持腿尾部设计安装有导向板以及钢结构抗剪切键，把导管架支撑腿深入水下钢管桩时，利用导向板能够使导管架上的支撑腿平滑进入水下钢管桩，避免在插入过程中支撑腿和水下钢管桩构件承受的拉力作用点与构件的轴心偏离，从而引起平垫环形密封圈单边受力较大而破损；导向板还能够确保支撑腿和水下钢管桩保持轴度相同，使环形间隙能均匀的充填，并且使载荷均匀分布。
4.2封浆结构
上下两段钢管桩的端口相对，端口内壁设法兰，法兰上垫超高真空法兰铜垫环形密封圈，也可以选择橡胶密封圈，使之跟水下钢管桃、支撑腿保持较好密闭。借助真空法兰铜垫环形密封和导管架支腿端处，确保钢管桩密封达到最佳状态，避免砼凝土浆液渗漏和浪费，实现灌浆质量目标。
4.3灌浆管线布置
先打桩导管架支撑腿里侧与混凝土灌注导管通过焊接来进行有效连接。混凝土灌注导管上部位置处于导管架平台上，导管支撑腿末端和灌注导管下端共同深入钢桩上端端口内。混凝土灌注导管末端位置有2根分叉管，空洞分叉深度预计有7m，包括深入连接缝隙上部的高处灌注管以及深入连接缝隙下端的低位注浆管，下部混凝土灌注导管深入空法兰铜垫环形密封圈橡胶垫周围，从混凝土灌注位置下部开始灌浆。高处混凝土灌注导管深入钢桩端部周围，从灌浆处上部开始灌浆。灌浆过程中，应选择低位灌浆导管开始灌浆，并从底部开始依次向上进行。鉴于水泥砂浆的密度要高于海水，海底桩顶端管口会逐渐将灌浆腔内的海水排出，不会将水泥浆稀释，也不会造成空洞，如此即实现了灌浆质量的提升。过一段时间后，灌浆灌浆达到一定值，就可换成高位注浆管灌浆方式，如此可降低灌浆机械压力不够而造成关键口堵塞。当其中一根叉管由于人为堵塞以及设计位置欠佳造成损坏等问题时，可以利用另外一根叉管继续灌浆，保障灌浆施工继续进行。在导管架上固定上锌锭，从而实现保护钢导管架的功能，提高支撑腿与钢桩的连接密闭性，确保工程效果。
5先打桩导管架灌浆施工
先打桩导管架灌浆施工过程中，单根桩芯混凝土方量大约为73m3，强度等级设计为C30。海上施工时，导管上设置导向装置，将钢管桩打入水下固定，起吊导管架，导管口下放至约29m标高，深入钢管桃上端端口，导管架支撑腿末端通过密封圈和钢管桩进行有效连接，构成连接缝隙，然后进行调平操作。至其上方法兰面倾斜程度符合标准并且导管架稳定以后，技术操作人员在导管架平台上通过灌浆导管，混凝土由水上搅拌船供应至漏斗内，将混凝土浆料导入连接维隙。导管分节拆卸，浇注过程持续地上下拔动导管，一直保证导管口插入砼至少1m以上，确保对桩基础与导管架腿柱之间的环形空间进行的连续性灌浆顺利进行，利用砼浆料和钢管桩表面剪切键等设备间的贴合和紧密连接形成的摩擦综合作用，达到桩内下导管灌注混凝土的目的，使基础连接更加稳定，风电机组运行更加可靠。
6结语
综上所属，本文结合笔者参与的海上风电机组基础施工工程项目经验，对先打桩导管架水下灌浆技术进行了详细分析，包括导管架基础、导管架与钢管桩的连接结构以及混凝土灌浆管线设计与安装等，在此基础上论述了导管架水下灌浆施工工艺，这一技术具有很好的推广作用，其施工效率高，施工成本底、施工技术成熟，灌浆质量达标，可以作为海上风电机组基础施工的主要方法。总之，风电机组基础施工是一项复杂的系统工程，要求施工单位和监理单位在工程建设过程中认真负责，及时掌握和运用新工艺、新方法，从而我提升我国水利基础设施建设的顺利进行奠定基础。实际上，对于施工单位来说，从基础构造、桩基设计、排清场地，乃至其他配合上的技术小节，都需要进行相应的彻底变革，以适应高效率、高强度的施工要求，促进灌注效率和质量水平的提高，为现代化施工创造良好的条件。
参考文献：
[1]冯勇.海上风电机组导管架基础水下灌浆技术应用分析[J].山东工业技术2017，（9）.
[2] 金泽等.对水利工程施工技术的几点思考[J].中国新技术新产品，2012，（5）.
[3]朱荣华等.海上风电机组导管架基础水下灌浆技术分析[J].风能，2013，（12）.
[4]黄立维，杨锋，张金接.海上风机桩基础与导管架的灌浆连接[J].以水利水 电技术，2019，（9）.
论文作者:江四林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/6
标签：导管论文; 基础论文; 钢管论文; 水下论文; 混凝土论文; 机组论文; 结构论文; 《防护工程》2018年第9期论文;