淺水導管架拒錘后的安裝工藝

惠 丹，王 進

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

目前，淺水導管架都是采取“打入鋼樁”的形式進行導管架的安裝，因此鋼樁是否成功安裝決定著導管架安裝是否成功。由于鋼樁的安裝取決于土壤資料、打樁錘設備和海上施工順序等因素，一旦任何一個環(huán)節(jié)出了差錯，鋼樁就會因為停錘時間過長而導致拒錘。

本文介紹了蓬萊19-3項目WHP-E導管架出現(xiàn)拒錘后的解決措施和安裝工藝，研究意義在于：1）工程實踐為海洋工程基礎理論研究提供了現(xiàn)實基礎；2）通過現(xiàn)有工程項目實施的描述，推廣和傳播成熟的技術，開發(fā)新技術；3）改善工藝過程、提高效率、節(jié)約成本，為企業(yè)創(chuàng)造更高的利潤；4）優(yōu)化施工工藝，為健康安全和環(huán)保（HSE）提供必要的保證。

1 蓬萊19-3項目WHP-E導管架拒錘原因

WHP-E導管架在2008年1月開始海上安裝，由于8條腿的鋼樁均發(fā)生拒錘，直到2008年12月才完成整個導管架的海上安裝。為了最大限度的減少后續(xù)導管架出現(xiàn)拒錘的風險，現(xiàn)將WHP-E導管架的拒錘原因做一個簡單的介紹，以便借鑒。通過分析現(xiàn)場相關數(shù)據(jù)，技術人員分析具體原因有如下幾點：

1）土質太硬。業(yè)主提供的土壤資料（圖1），根據(jù)提供的土壤資料發(fā)現(xiàn)，在 166.5ft~186.5ft（50.7m~56.8m），196.5ft~216.5ft（59.9m~66m），236.0ft~255ft（71.9m~77.7m）都是密實的沙層，樁端阻力達到200ksf。這在渤海都是比較罕見的。

2）接樁位置位于密實的沙層。在完成第三節(jié)鋼樁的打樁作業(yè)后，樁尖位于密實的沙層，此時進行第四節(jié)鋼樁的接樁作業(yè)，導致樁尖部沙層在樁內快速凝結，與鋼樁內外壁發(fā)生固結。

圖1 土壤資料

3）打樁順序太過激進。此次導管架也參照以往渤海導管架的施工順序，每節(jié)鋼樁全部接上，然后再進行打樁，導致預先接上的鋼樁的停錘時間過長。

4）打樁錘錘體過重，錘擊率過低，動力站與打樁錘不匹配。用于WHP-E導管架海上安裝的打樁錘是 MHU-800打樁錘和 MHU-1200打樁錘。MHU-800錘雖然能夠達到較高的錘擊率，但是由于錘體過重，導致鋼樁向鋼樁傾斜方向有一個輕微的彎曲，增加了鋼樁與導管架套筒之間的摩擦力。MHU-1200錘打擊能量雖然大于MHU-800錘，但是由于動力站與打樁錘不匹配，屬于典型的“小牛拉大車”，因此發(fā)揮不出原來的效用，錘擊率和打擊能量都發(fā)揮不到正常的水平。

2 WHP-E導管架拒錘后的安裝工藝

WHP-E導管架拒錘后，由于當前鋼樁入泥深度與設計深度差了將近20m，不能滿足導管架穩(wěn)性的要求。使用了三種安裝工藝來繼續(xù)完成導管架鋼樁的安裝，但是最終只有最后一種工藝成功了。下面將詳細介紹這三種安裝工藝。

2.1 使用更大能量的打樁錘繼續(xù)進行打樁

WHP-E導管架施工現(xiàn)場，在主作業(yè)船上放置二種打樁錘，一個是 MHU-800打樁錘，一個是MHU-1200打樁錘。當使用MHU-800打樁錘打樁時發(fā)生拒錘后，立刻將MHU-800錘換成MHU-1200錘繼續(xù)進行打樁作業(yè)，但是由于樁尖的沙層已經凝結，此種安裝工藝沒有奏效。

2.2 將樁內土塞取出后繼續(xù)打樁

2.2.1 工藝原理

通過取土塞設備將固結在鋼樁內側的土層清除掉，然后繼續(xù)使用打樁錘進行打樁完成作業(yè)。

2.2.2 工藝步驟

1）取土塞。取土塞的設備如表1所示。

具體的施工步驟分以下10步，具體如圖2所示。

（1）樁頭切割。必須要滿足三點要求：切割線離導管架頂部必須要大于915mm；按照API-RP-2B規(guī)范要求，切割線離將來焊縫的距離要大于914mm（3ft）；切割線要避免切割到第四節(jié)鋼樁的插尖。

（2）在駁船上組裝泥管。

（3）安裝氣舉泵、水旋轉接頭、鉆頭來組成取土塞設備的第一部分。

（4）將設備的第一部分吊至鋼樁內。

（5）連接液壓管線和氣管線，下放設備，直到鉆頭接觸到泥土層。

（6）在樁頂安裝門架和操作平臺及相關設備。

（7）安裝出泥臂。

（8）當一切準備就緒，開鉆。首先將取土塞設備提起一些，保證合適的開鉆壓力，啟動發(fā)動機開鉆，根據(jù)壓力顯示器上的讀數(shù)來控制鉆速。然后開啟高壓水泵來沖刷樁內壁，開啟壓風機提供空氣來驅動氣舉泵，將泥漿排出。

（9）泥管接長。當完成一根6m泥管的鉆泥工作后，停鉆，然后再接一根6m的泥管繼續(xù)開鉆，直到達到設計的鉆泥深度。

（10）拆除取土塞設備。

2）將第四節(jié)鋼樁重新焊接并檢驗。

3）再次起錘進行打樁。WHP-E導管架海上安裝時，采取此種工藝僅完成了B2腿鋼樁的安裝。由于此種工藝施工周期較長，導致后續(xù)的鋼樁外側泥土徹底的固結，致使其他腿的鋼樁在取完土塞后，也無法打樁成功。

2.3 安裝樁中樁（Pin-pile）

2.3.1 工藝原理

通過在主樁內安裝一根內樁，然后在內樁和主樁之間灌漿來實現(xiàn)導管架的固定。

表1 設備清單

圖2 施工說明圖

2.3.2 工藝步驟

1）按照淺水導管架常規(guī)鋼樁的安裝方法來完成內樁的安裝，由于內樁的直徑較小，不容易形成土塞，WHP-E導管架其他7個腿的內樁全部一次性安裝成功。

2）按照淺水導管架常規(guī)的灌漿方法進行此次WHP-E導管架7個腿的灌漿作業(yè)。由于已經有入泥的鋼樁，此次灌漿不需要考慮漏漿的影響，但是此次灌漿量非常大，一條腿的灌漿量（230噸水泥）就等于其他導管架所有的灌漿量，而且預先沒有設計灌漿管線，灌漿只能通過下放一條很長的灌漿管線來進行。具體步驟如下：

（1）工作準備。灌漿設備的調試、連接，以及管線的安裝。

（2）放低灌漿軟管。為防止水泥漿被樁里面的海水沖散而破壞，在灌漿工作開始之前，必須將軟管下放至所鉆入的泥層面，因此相應長度的軟管需要下放至樁中，同時用尼龍繩將軟管上端與樁頂端固定在一起。

（3）開啟水泥運輸機以及水泵將水泥和淡水運送至攪拌器并開始攪拌。

（4）取樣。測量水泥漿的密度，如果密度滿足要求，取出部分樣品用于制作水泥方塊來做強度測試，只做28天時的強度測試。

（5）啟動水泥輸送泵保持連續(xù)輸送，如果泵被堵塞，將軟管提高大約 2m。如果輸送泵因故停止工作超過 3h，則需要全面沖洗輸送泵，以免水泥漿在軟管以及機器中硬化結塊。

（6）輸送泥漿的體積以及要求的密度應該由測量體系全面控制，當灌入的水泥漿總體積達到計算所需的量時，停止灌漿。

（7）提升并回收灌漿軟管。

（8）沖洗灌漿設備及軟管。

（9）水泥樣品試驗。

（10）按照上述步驟，一次性完成 7條腿的灌漿作業(yè)，后續(xù)水泥試驗結果全部合格。至此，標志著WHP-E導管架鋼樁的海上安裝全部完成。

3 結束語

從蓬萊 19-3項目 WHP-E導管架的安裝中可知：1）導管架鋼樁的安裝是整個導管架安裝成功與否的前提，直接影響到整個項目海上施工工期，甚至影響整個公司的效益；2）導管架施工前，要通過詳細的方案論證來評估鋼樁拒錘的風險并采取相應的措施來避免拒錘；3）如果發(fā)生拒錘，后續(xù)采取的安裝工藝需要合理選擇，并且不斷的更新和完善。

蓬萊 19-3項目的 WHP-E導管架鋼樁拒錘的后續(xù)安裝工藝在海油工程公司乃至中國海油尚屬首次，填補了一項海上施工工藝和施工技術空白。安裝工藝僅適用于淺水導管架拒錘后的處理，但是整個安裝工藝的設計理念為今后較深水導管架的安裝提供了新思路。

[1]王興龍, 石春梅. 樁長、樁型及打樁的速率、順序等因素對擠土的影響[J]. 土工基礎, 2004(03): 46-48.