海上風(fēng)電基礎(chǔ)單樁施工垂直度測量控制

鈕國平

（江蘇龍?jiān)凑袢A海洋工程有限公司，江蘇 南通 226000）

1 引言

海上風(fēng)機(jī)主要分為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)塔架、發(fā)電主機(jī)和葉片，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)是主要受力構(gòu)件，是風(fēng)機(jī)的重要支撐，承載著巨大的風(fēng)機(jī)自重、風(fēng)、波浪、水流等載荷，因此，其沉樁施工的質(zhì)量非常重要。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用的是直徑較大的鋼管樁，在廠房預(yù)制完成，整體發(fā)運(yùn)至海上。通過大型浮吊將鋼管樁翻身豎立，放入抱樁平臺中扶正，最后吊液壓錘套入樁頂進(jìn)行沉樁，使其達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。沉樁過程中，為保證鋼管樁頂部法蘭水平度（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)≤3‰），需要在錘擊沉樁過程中不停地測量、控制、調(diào)整。鋼管樁沉樁狀態(tài)圖如圖1所示。

2 施工測量控制

海上風(fēng)電基礎(chǔ)鋼管樁打設(shè)精度要求較高，樁位偏差不超過 500mm，標(biāo)高偏差要求不超過 50mm，頂部法蘭水平度偏差不超過 0.3%，因此，在施工中除控制好樁位偏差與樁頂標(biāo)高偏差外，樁頂水平度控制工作是重中之重。

2.1 測量資源配置

測量設(shè)備投入為全站儀2臺、水準(zhǔn)儀1臺等。

圖1 鋼管樁沉樁狀態(tài)圖

2.2 測量換算

鋼管樁沉樁最終檢測為頂部法蘭水平度≤3‰，但因在沉樁過程中，樁頂有液壓錘沉樁作業(yè)，無法進(jìn)行測量，需轉(zhuǎn)化為對樁的垂直度測量，轉(zhuǎn)化思路為：

在全站儀觀察方向分別從樁頂至樁尾，標(biāo)出每 10m 一檔的標(biāo)尺度數(shù)，記為 An0（n 為第 1，2，3，…，n 檔標(biāo)尺；0 為初始讀數(shù)；A10 為從樁頂往下第1個(gè) 10m 開始），如圖2所示。樁頂法蘭水平度偏差值 B/D=（An0偏-A10偏）/（[ n-1）10000]≤3‰,n＞1，D 為基礎(chǔ)樁上端法蘭直徑，An0 偏為從樁頂往下第 n 個(gè)10m 垂直偏差值。因此，通過測量、調(diào)整控制垂直方向標(biāo)尺間偏差就可以控制樁頂法蘭水平度偏差。

圖2 樁傾斜模擬

2.3 測量方法

2.3.1 掃邊法 在固定穩(wěn)定位置（抱樁平臺4個(gè)角點(diǎn)上），選擇合適的位置架設(shè)2臺全站儀，并與鋼管樁盡量呈現(xiàn)垂直分布，2 臺全站儀同時(shí)正交掃測鋼管樁直線段的邊緣母線。將全站儀對中整平后，使用帶有彎管目鏡的全站儀，在視窗里觀察全站儀的十字絲，旋轉(zhuǎn)垂直螺旋，上下掃測鋼管樁的邊緣母線，定性地描述鋼管樁傾斜程度。該方法操作簡單快速，可以快速定性地描述出鋼管樁的傾斜程度，適用于自重入泥階段，樁本身還沒有穩(wěn)定。

2.3.2 母線法

制造鋼管樁時(shí)，提前繪制4條鋼管樁母線，當(dāng)鋼管樁比較穩(wěn)定后，使用帶有彎管目鏡的全站儀，將全站儀架設(shè)在抱樁平臺觀測點(diǎn)上，對中整平儀器，觀測鋼管樁母線，測量該母線上2 個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過計(jì)算，得出母線的傾斜角度和傾斜方位，即鋼管樁的垂直度。

綜上垂直度測量，使用多種測量相結(jié)合方法，定性定量地測量出鋼管樁的垂直度，剔除粗差，不斷調(diào)整垂直度，以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2.4 測量控制步驟

2.4.1 入抱樁平臺自沉控制階段調(diào)整垂直度

抱樁平臺為鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，使用固定樁固定在所需位置，主要起扶正鋼管樁作用，上層均布設(shè)有4個(gè) 150t 液壓頂升，沿圓周均勻布設(shè)，用以頂升調(diào)整鋼管樁垂直度。測量采用2臺約呈 90°的全站儀（或經(jīng)緯儀），儀器架設(shè)在抱樁平臺上，穩(wěn)定調(diào)平后，2 臺儀器同時(shí)觀測樁的垂直度，觀測角度呈 90°。

鋼管樁進(jìn)入抱樁平臺后，使用四周液壓頂升固定樁位，樁位固定好后，開始下樁。在下樁入泥之前，2 面測量人員觀測樁的垂直度有無變化，如有變化，根據(jù)傾斜數(shù)控及方向，指揮頂升裝置操作人員對鋼管樁進(jìn)行頂升或收縮，持續(xù)調(diào)整，符合要求后開始下樁入泥。為減少后續(xù)調(diào)樁困難度，建議此階段鋼管樁垂直度控制值≤1‰。同時(shí)要求至樁頂進(jìn)行復(fù)測樁頂法蘭水平度，并將復(fù)測數(shù)據(jù)與樁垂直數(shù)據(jù)進(jìn)行比對、修正垂直數(shù)據(jù)。

2.4.2 開錘前垂直度確認(rèn)階段

起吊液壓錘套至樁頂部，下放吊錘吊鉤使吊錘鋼絲繩處于松弛狀態(tài)，由于受錘身重量（以 IHC2000kj 錘為例，重 420t）影響，在下放液壓錘時(shí)，可能會出現(xiàn)鋼管樁受力不均情況，影響鋼管樁垂直度。待壓錘穩(wěn)定后，復(fù)測、調(diào)整鋼管樁垂直度，符合要求后開始擊打沉樁。

2.4.3 正常沉樁垂直度可調(diào)階段

在保證單樁垂直度的情況下，開動液壓錘，先以小能量液壓錘擊沉樁，點(diǎn)動 2～3 錘，暫停一段時(shí)間，無異常后繼續(xù)點(diǎn)動2～3 錘，再次暫停一段時(shí)間，如此 3～4 次，并安排測量觀測樁身數(shù)據(jù)，調(diào)整樁身。

在觀測過程中如由于平臺受風(fēng)浪影響，儀器有輕微的晃動，每次觀測前需對全站儀重新調(diào)整，滿足要求后方可進(jìn)行觀測。因要及時(shí)反映樁的垂直度偏差，全站儀在測角、測距過程中要數(shù)值精確，計(jì)算數(shù)值準(zhǔn)確，以免造成垂直度調(diào)整的偏差。

2.4.4 連續(xù)沉樁階段

此時(shí)當(dāng)樁尖入土超過嵌固點(diǎn)以下后，調(diào)節(jié)裝置不再發(fā)揮作用，進(jìn)入大能量錘擊沉樁階段，此時(shí)僅對沉樁狀態(tài)進(jìn)行觀察，通報(bào)各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

2.5 沉樁后水平度檢測

沉樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)停錘，沉樁完成。將液壓錘吊離樁頂，進(jìn)行法蘭水平度檢測，利用激光電子水準(zhǔn)儀架設(shè)在樁內(nèi)安裝好的內(nèi)平臺上，調(diào)平后，塔尺立在法蘭面上均勻8個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行高程的觀測。找到相差最大的2點(diǎn)，算出他們的高差，計(jì)算出法蘭沉樁完成后的水平度。

3 結(jié)語

影響海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)沉樁垂直度的因素很多，本文主要從測量方法和步驟出發(fā)對如何控制沉樁垂直度進(jìn)行了介紹。實(shí)際測量中，不但需要好的測量方法，更需要有豐富經(jīng)驗(yàn)測量人員，還需抱樁平臺強(qiáng)大的抱樁頂升能力支持，才能最優(yōu)的控制沉樁垂直度。