江蘇某海上升壓站導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

陳鳳云，范肖峰，葉兆藝，雷 傳

(1. 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2. 浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122； 3. 浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021)

海上風(fēng)電是清潔再生能源，我國大力發(fā)展海上風(fēng)電項目，其中江蘇省海上風(fēng)電規(guī)模位列全國首位，占全國海上風(fēng)電項目總裝機(jī)容量的70.4%。海上風(fēng)電機(jī)組所發(fā)的電力，需要通過海纜連接海上升壓站，將電能的電壓提升至常規(guī)的電壓再送往陸上集控中心并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上升壓站由導(dǎo)管架基礎(chǔ)、鋼管樁和升壓站上部組塊組成，具有承載特性好，施工方便的特點，適用于水深淺的近海區(qū)域[1]。很多學(xué)者已經(jīng)針對導(dǎo)管架基礎(chǔ)的承載力特性[2-6]及施工工藝[7-8]開展了研究。

江蘇省某海域施工區(qū)域受風(fēng)浪影響大，施工窗口期非常短。此外，海床床面承載性能差，采用典型在床面上擱置導(dǎo)管架后插樁、沉樁的施工工藝，導(dǎo)管架安裝標(biāo)高控制難度大。因此，結(jié)合江蘇某海域海上升壓站導(dǎo)管架基礎(chǔ)建設(shè)項目，對導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工技術(shù)及關(guān)鍵工藝進(jìn)行研究，對后續(xù)導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工建設(shè)具有參考意義。

1 工程概況

江蘇某海上風(fēng)電場工程位于江蘇近海海域，H1號場區(qū)呈長方形，南北長約8 km，東西寬約5 km，場區(qū)規(guī)劃面積約40 km2，擬安裝42臺單機(jī)容量6 MW的風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為252 MW。本工程位于江蘇省啟東海域，場區(qū)中心離岸距離約32 km(見圖1)，海底地形變化較為平緩，屬南黃海濱海相沉積地貌單元。場區(qū)內(nèi)地基土表層以粉砂為主。水深為6～13 m之間。海區(qū)全年盛行偏北向浪，頻率為63%，最大波高出現(xiàn)在9月份，達(dá)到2.8 m，6月份最小值1.8 m。

圖1 風(fēng)電場地理位置示意圖

2 導(dǎo)管架基礎(chǔ)簡介

上部組塊升壓站含四層。一層平臺梁頂標(biāo)高為15.00 m，主尺寸約為32.9 m×30.0 m。布置事故油罐、臨時休息室、備品間和相應(yīng)的救生設(shè)備，同時一層也作為電纜層，海纜通過J型管穿過本層甲板，根據(jù)設(shè)備高度要求及電纜敷設(shè)的要求，層高6.0 m。二層平臺梁頂標(biāo)高為21.00 m，主尺寸約為32.9 m×30.0 m，中間布置主變，兩臺主變分兩個房間布置，主變上空，主變一側(cè)布置開關(guān)室、低壓配電室、應(yīng)急配電室；主變另一側(cè)布置GIS室、油罐室和生活泵房和消防泵房，層高5.0 m。三層平臺梁頂標(biāo)高為26.00 m，主尺寸約為32.9 m×30.0 m，中間為主變區(qū)域，主變一側(cè)布置暖通機(jī)房、通信繼保室、蓄電池室，主變另一側(cè)為GIS上空、工具間、暖通機(jī)房，三層層高5.0 m。屋頂層甲板梁頂標(biāo)高為31.0 m，主尺寸約為32.9 m×30.0 m，頂層甲板按照吊機(jī)、通信天線、避雷針等。導(dǎo)管架基礎(chǔ)外形主體尺寸：上口尺寸：16.398 m×20.69 m；下口尺寸：20.57 m×24.87 m；高度：23.9 m(見圖2)。

圖2 導(dǎo)管架基礎(chǔ)示意圖

3 導(dǎo)管架基礎(chǔ)安裝施工特點及主要內(nèi)容

3.1 施工特點

本項目的施工特點如下：①施工區(qū)域處于無遮掩外海，受風(fēng)浪影響大，潮流呈旋轉(zhuǎn)流的運動形式，除風(fēng)浪外，涌浪對施工的影響更大。施工窗口期非常短。②導(dǎo)管架和附屬設(shè)施整體重量達(dá)到884 t，超大型構(gòu)件海上運輸、吊裝作業(yè)安全風(fēng)險大。③本工程海域地質(zhì)情況，采用典型在床面上擱置導(dǎo)管架后插樁、沉樁的施工工藝，因海床床面承載性能差，其預(yù)留沉降量難以準(zhǔn)確計算，導(dǎo)管架安裝標(biāo)高控制難度大。

3.2 施工內(nèi)容

本項目施工內(nèi)容主要包含：導(dǎo)管架的海運；導(dǎo)管架安裝；導(dǎo)管架基礎(chǔ)樁沉設(shè)；導(dǎo)管架與基礎(chǔ)樁間的灌漿連接；升壓站上部模塊安裝座的焊接。導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工采用后樁法工藝，導(dǎo)管架采用整體預(yù)制、整體裝船運輸、現(xiàn)場整體安裝的方案，設(shè)防沉板輔助定位；基礎(chǔ)樁采用吊打工藝；灌漿連接施工專業(yè)分包。導(dǎo)管架運輸租用性能符合適航條件，滿足裝載要求的運輸船(見圖3)。

圖3 導(dǎo)管架安裝施工工藝流程圖

4 主要施工方案

4.1 導(dǎo)管架沉放作業(yè)

選擇風(fēng)浪條件好的天氣，船舶進(jìn)點駐位，做好準(zhǔn)備工作。導(dǎo)管架220 kV電纜管側(cè)靠向起重船船頭，導(dǎo)管架中心線與吊機(jī)中心對齊，且導(dǎo)管架中心與吊機(jī)中心距離控制在43 m。船舶進(jìn)點完成后，掛好鋼絲繩，緩慢起吊導(dǎo)管架。導(dǎo)管架起吊距離運輸船甲板2 m后，運輸船移開，保持起重船眾吊的狀態(tài)，通過錨纜作用下，起重船移動至導(dǎo)管架設(shè)計中心進(jìn)行定位，定位完成后將導(dǎo)管架下放至海床面，緩慢松鋼絲繩，待導(dǎo)管架下沉穩(wěn)定后，對導(dǎo)管架標(biāo)高、中心位置等進(jìn)行測量，若不符合設(shè)計要求，需重新定位、下放，直至滿足設(shè)計要求(見圖4)。

圖4 導(dǎo)管架現(xiàn)場安放作業(yè)圖

4.2 基礎(chǔ)鋼管樁植樁

起重船工況校核單根鋼管樁直徑2 000 mm，長度87 m，重量約185 t。鋼管樁采用華申號起吊，采取雙船抬吊翻身。根據(jù)華申號的起重作業(yè)參數(shù)，副鉤最大吊高105m，最大允許負(fù)荷300t。在起重船進(jìn)行導(dǎo)管架摘扣作業(yè)后，鋼樁運輸駁船靠華申號起重船并帶纜。綁扎纜風(fēng)繩，華申號、大申號分別掛鋼樁主吊耳和翻身吊耳上，將樁平吊起來之后轉(zhuǎn)向船頭，進(jìn)行豎樁。華申起升吊主吊耳的鉤頭，大申號下放吊翻身吊耳的鉤頭，直至狀體處于直立狀態(tài)。鋼樁起吊完成后，華申號吊機(jī)回轉(zhuǎn)至導(dǎo)管架樁腿正上方，鋼樁下放至樁腿口，鋼樁緩慢下放插入導(dǎo)管架樁腿至鋼樁停止自沉。導(dǎo)管架插樁作業(yè)采用對角插樁方式，依次步驟完成其余三根鋼樁插樁作業(yè)(見圖5)。采用IHC-S800液壓打樁錘進(jìn)行打樁工作。

圖5 插樁示意圖

4.3 導(dǎo)管架定位校核

導(dǎo)管架控制的關(guān)鍵在導(dǎo)管架的平面位置及高程。導(dǎo)管架平臺GPS1、GPS2安裝加固后，根據(jù)導(dǎo)管架中心點坐標(biāo)換算出GPS1(X1，Y1)、GPS2(X2，Y2)的坐標(biāo)。利用GPS-RTK實時動態(tài)位置，精確就位：確認(rèn)可以松鉤時浮吊要確保各錨纜都同時上力，浮吊緩緩松鉤，將導(dǎo)管架放到指定位置上。

為滿足導(dǎo)管架水平度的要求，插樁沉樁按如下要求進(jìn)行：導(dǎo)管架沉放到位后，按對角交錯順序進(jìn)行插樁、沉樁，打樁時同時進(jìn)行導(dǎo)管架調(diào)平作業(yè)，其余三根鋼管樁與導(dǎo)管架臨時電焊固定，邊打邊調(diào)，打樁過程中要不斷測量導(dǎo)管架的位置和水平度(見圖6)，直至鋼樁沉至設(shè)計標(biāo)高。沉樁結(jié)束后復(fù)測水平度，進(jìn)行微調(diào)，導(dǎo)管架達(dá)到設(shè)計水平要求后可靠焊接固定。具體質(zhì)量控制要求如下：①導(dǎo)管架絕對位置允許偏差<500 mm；②導(dǎo)管架的沉放高程應(yīng)預(yù)留沉樁過程中導(dǎo)管架的沉降，沉樁后導(dǎo)管架中心高程允許偏差≤300 mm；③沉樁過程中應(yīng)隨時監(jiān)測并調(diào)整導(dǎo)管架的水平度，沉樁后導(dǎo)管架水平度(四個套管的任意兩個之間)偏差≤0.5%；④沉樁后導(dǎo)管架方位角允許偏差≤5°。

圖6 導(dǎo)管架安裝就位測量儀器布置示意圖

4.4 灌漿施工

對灌漿材料具體要求：高流動性；高抗壓和抗拉強(qiáng)度；高早強(qiáng)；高抗?jié)B；無收縮；高抗疲勞性能的綜合性能。評價和考核海上風(fēng)電導(dǎo)管架灌漿材料的性能指標(biāo)較多，包括灌漿材料的流動性、含氣量、泌水率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、與鋼板粘結(jié)強(qiáng)度、抗氯離子滲透性指標(biāo)以及疲勞強(qiáng)度等。 高強(qiáng)灌漿料施工工藝流程如圖7。

圖7 灌漿流程圖

灌漿料在華申號上進(jìn)行攪拌，倒入壓力注漿泵后直接泵送至輸漿口。待灌漿料灌至設(shè)計高度后，即停止注漿，同時核算灌漿量，是否與設(shè)計灌漿量偏差是否在一定的范圍內(nèi)。滿足要求后進(jìn)行灌漿設(shè)備拆除。

本升壓站導(dǎo)管架灌漿管線頂標(biāo)高在+11.55～12.55 m，上部平臺標(biāo)高為+11.75 m，灌漿管線軟管和升壓站導(dǎo)管架上預(yù)制灌漿管線需要通過吊籃進(jìn)行接管，如圖8所示。

圖8 灌漿軟管連接圖

根據(jù)導(dǎo)管架灌漿施工質(zhì)量控制要求，每個環(huán)空灌漿施工過程中開始、中間和結(jié)束前對材料取樣，現(xiàn)場測試灌漿料性能。并在每個環(huán)空灌漿過程中，對灌漿料進(jìn)行留樣制作試塊，測試抗壓強(qiáng)度作為評定灌漿施工質(zhì)量的依據(jù)。因此每個環(huán)空要制作3組試塊，其中三組試塊為2個齡期(7 d和28 d)測試抗壓強(qiáng)度，另外一組試塊作為備用。該導(dǎo)管架共需要制作16組抗壓強(qiáng)度試塊，需要40 mm×40 mm×160 mm三聯(lián)模具16個。在完成灌漿作業(yè)后，需要采取措施確保灌漿結(jié)束后24 h內(nèi)灌注好的漿體不受外界較大的擾動影響。灌漿后應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場留樣同條件養(yǎng)護(hù)試塊的壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計允許強(qiáng)度后方可去除外力的臨時固定設(shè)備，灌漿連接不得在未達(dá)到指定強(qiáng)度前承受外力。

4.5 皇冠板和上部模塊安裝座板的焊接

導(dǎo)管架灌漿結(jié)束后，及時按照設(shè)計要求現(xiàn)場焊接上部模塊安裝座板?；使诎迨疽鈭D如圖9所示。

圖9 皇冠板焊接示意

5 施工標(biāo)準(zhǔn)

5.1 沉樁停錘

沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)如下：①升壓站安裝絕對位置，即最初安裝位置，允許偏差<500 mm；②每個導(dǎo)管架平臺四個樁樁頂平面內(nèi)的相對位置允許偏差不超過50 mm，任意兩根樁牛腿環(huán)板頂面之間的高程差不超過50 mm；③樁軸線傾斜度偏差<5%(垂直方向)；④兩個導(dǎo)管架平臺的中心點平面內(nèi)相對位置和高程允許偏差不超過300 mm；⑤沉樁精度控制偏差的測量應(yīng)采取激光控制儀器完成，保證精度控制；⑥對于沉樁后精度控制超出設(shè)計規(guī)定的要求，應(yīng)進(jìn)行管樁的偏斜整改。

5.2 導(dǎo)管架安裝

導(dǎo)管架安裝允許偏差：①導(dǎo)管架絕對位置，即最初安裝位置，允許偏差<500 mm；②導(dǎo)管架的沉放高程應(yīng)預(yù)留沉樁過程中導(dǎo)管架的沉降，沉樁后導(dǎo)管架中心高程允許偏差≤300 mm；③沉樁過程中應(yīng)隨時監(jiān)測并調(diào)整導(dǎo)管架的水平度，沉樁后導(dǎo)管架水平度(四個套管的任意兩個之間)偏差≤0.5%；④沉樁后導(dǎo)管架方位角允許偏差≤5°。

5.3 灌漿材料

對灌漿材料具體要求：高流動性；高抗壓和抗拉強(qiáng)度；高早強(qiáng)；高抗?jié)B；無收縮；高抗疲勞性能的綜合性能。評價和考核海上風(fēng)電導(dǎo)管架灌漿材料的性能指標(biāo)較多，包括灌漿材料的流動性、含氣量、泌水率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、與鋼板粘結(jié)強(qiáng)度、抗氯離子滲透性指標(biāo)以及疲勞強(qiáng)度等。灌漿料的技術(shù)指標(biāo)根據(jù)設(shè)計院提出的技術(shù)指標(biāo)要求，其中28 d指標(biāo)如下：豎向膨脹率0.01～0.1%，抗壓強(qiáng)度不小于80 MPa，抗折強(qiáng)度不小于10 MPa，抗拉強(qiáng)度不小于2 MPa，靜彈性模量不小于35 GPa。對于已加水?dāng)嚢韬玫臐{體，如果在攪拌機(jī)中放置的時間較長仍未泵送，需要每隔5～10 min重新攪拌。配制漿體時，灌漿料和水的稱量精度應(yīng)精確到±1%。

6 結(jié) 語

以江蘇某海上風(fēng)電項目海上升壓站導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工為例，對導(dǎo)管架基礎(chǔ)樁施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述。

1)導(dǎo)管架基礎(chǔ)的施工內(nèi)容主要包含：導(dǎo)管架的海運；導(dǎo)管架安裝；導(dǎo)管架基礎(chǔ)樁沉設(shè)；導(dǎo)管架與基礎(chǔ)樁間的灌漿連接。

2)導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工采用后樁法工藝，導(dǎo)管架采用整體預(yù)制、整體裝船運輸、現(xiàn)場整體安裝的方案，設(shè)防沉板輔助定位；基礎(chǔ)樁采用吊打工藝；灌漿連接施采用高強(qiáng)灌漿料施工，對灌漿料進(jìn)行留樣制作試塊，測試抗壓強(qiáng)度作為評定灌漿施工質(zhì)量的依據(jù)。

3)導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工標(biāo)準(zhǔn)主要包含沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)控制方法、導(dǎo)管架安裝允許偏差及灌漿材料質(zhì)量控制等。