海上大直徑單樁基礎(chǔ)沉樁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

劉晉超

（中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 510663）

0 引言

國內(nèi)外針對海上動力沉樁過程的研究主要圍繞樁基承載力評價方法［7］、樁的可打入性分析［8］、打樁動態(tài)監(jiān)測技術(shù)［9-10］等方面。風(fēng)電場單樁式基礎(chǔ)施工，由于打樁垂直度精度要求高，必須控制在3‰以內(nèi)，施工精度往往難以滿足設(shè)計要求。因此，通常的做法是采用過渡鋼套管調(diào)整打樁誤差，再在過渡鋼套管與鋼管樁之間，通過高強灌漿料進(jìn)行連接。但這種工藝不僅消耗了額外的鋼材和灌漿料，增加了成本，增加了海上施工環(huán)節(jié)及工期，同時也增加了安全風(fēng)險，并易出現(xiàn)灌漿料連接部位發(fā)生微裂紋，導(dǎo)致過渡段滑移等質(zhì)量問題。因此，采用大直徑無過渡段單樁基礎(chǔ)十分必要。

本文以采用了大直徑單樁基礎(chǔ)的廣東某海上風(fēng)電項目實際施工情況為例，該項目施工水深5～11 m，離岸平均15 km。

1 自然條件

本風(fēng)電場以硇洲島潮位站以往資料和本次全潮觀測所設(shè)臨時潮位站資料為參考。風(fēng)電場所處海域潮汐現(xiàn)象主要是太平洋潮波經(jīng)巴士海峽和巴林塘海峽進(jìn)入南海后形成的。工程附近海域潮性系數(shù)在0.88～1.04 之間，屬于不正規(guī)半日潮，其特征是一太陰日有兩次高潮和兩次低潮。受地形的影響，外海潮波從灣口進(jìn)入灣內(nèi)后發(fā)生變形，高潮位逐漸增高，低潮位逐漸降低，潮差也逐漸增大。本項目工程區(qū)理論最低潮面在1985 年國家高程基準(zhǔn)下1.488 m，風(fēng)電場所處海域面向開闊的南中國海，全年波浪以風(fēng)浪為主，年風(fēng)浪頻率達(dá)90%，受季風(fēng)的影響，最多風(fēng)浪向為ENE 和E，頻率分別為22%和17%。風(fēng)電場區(qū)域無長期測波資料，硇洲島海洋站位于硇洲島東部約-10 m 水深處，該站所處位置相對較為開敞，對工程海域具有較好的代表性。根據(jù)硇州島海洋站1960 年至1979 年實測波浪資料統(tǒng)計，工程海域年平均波高H1/10=0.9 m，平均波高的年變化受季風(fēng)影響。年最大波高一般出現(xiàn)于熱帶氣旋影響較多的月份，以10 月居多，占30%，7 月至9 月次之，占15%～20%。

通過全潮水文測驗和數(shù)值模型計算分析，工程海域潮位和潮流之間存在一定的相位差，工程海域潮波屬以前進(jìn)波為主的混合潮波。工程區(qū)全潮平均流速在0.6～0.8 m/s 之間，最大流速大多在0.8～1.5 m/s 之間，個別位置最大流速甚至可達(dá)2.1 m/s。工程附近海域潮流，深槽內(nèi)潮流具有明顯的往復(fù)性，淺灘上潮流具有明顯逆時針旋轉(zhuǎn)流特性。漲潮時間要略大于落潮時間，且漲潮流速要大于落潮。

場址距離西側(cè)徐聞縣陸域的最近距離約6.8 km，最遠(yuǎn)距離約17.5 km，海底地貌屬于水下淺灘、水下岸坡地貌單元，有部分砂洲，水下地形較平坦，海底泥面標(biāo)高一般為-1～-10 m，范圍變化較廣。

2 沉樁施工技術(shù)

本風(fēng)電場設(shè)計采用大直徑無過渡段單樁基礎(chǔ)，鋼管樁直徑為6.5～7.0 m，長度為73～81 m，基礎(chǔ)材質(zhì)為DH36 鋼板，板厚為65～80 mm，鋼管樁重量為900～950 t。

依據(jù)潮汐表（85高程數(shù)據(jù)）和海面高程，可計算出施工現(xiàn)場海域各機位水深，并依水深及打樁船滿載吃水深等資料選擇打樁船作業(yè)方式。計算得出，每日兩次潮汛，平均潮差為3.5 m 左右，由于大部分工程施工作業(yè)船舶吃水深在4.0 m 左右，故施工中低潮水深≥5 m時，采用全浮態(tài)方式進(jìn)行鋼管樁沉樁施工，低潮水深＜5 m時采用坐灘方式進(jìn)行鋼管樁沉樁施工。

3 地質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆探揭示，場區(qū)內(nèi)大部分機位自上而下地層為第四系全新統(tǒng)海陸交互相和沖洪積相的砂土及粘性土層（A 層）、第四系中更新統(tǒng)石卯嶺組玄武巖層（B 層）、第四系中更新統(tǒng)—早更新統(tǒng)北海組的粘性土及砂土層（C 層）、第四系早更新統(tǒng)湛江組的粘土和砂土層（D 層），各層根據(jù)工程性質(zhì)的差異分為若干個亞層。

460 Surgical treatment of intracerebral hemorrhage in uremia patients undergoing dialysis

1）當(dāng)風(fēng)電場區(qū)為玄武巖，有覆蓋層地質(zhì)時，單樁基礎(chǔ)施工宜采用“打—鉆—打”法沉樁施工.

2）當(dāng)風(fēng)電場區(qū)為玄武巖，無覆蓋層地質(zhì)時，單樁基礎(chǔ)施工宜采用“鉆—打”法（或交替）沉樁施工工藝。

3）當(dāng)風(fēng)電場區(qū)為強風(fēng)化玄武巖、沙土及沙粘土地質(zhì)時，單樁基礎(chǔ)施工宜采用“打入法”沉樁施工工藝，本項目采用此方法進(jìn)行單樁沉樁施工。

4 沉樁施工前期準(zhǔn)備

4.1 鋼管樁沉樁施工主要船機設(shè)備選擇

大直徑無過渡段單樁沉樁施工，選擇合適的打樁船舶和打樁錘是關(guān)鍵。依據(jù)工程需要，該項目選擇了大國重器大型起重打樁船“順一1600”，該船具有全浮態(tài)及坐灘施工的雙功能，且具備單機雙鉤翻樁立樁能力，立樁時不需其他浮吊配合。施工前依據(jù)工程地質(zhì)地勘資料、鋼管樁尺寸等，采用波動方程理論進(jìn)行了模擬計算及可打性分析，并結(jié)合打樁經(jīng)驗，依據(jù)計算沉樁需要的最大能量及總錘擊數(shù)等指標(biāo)，確定采用MENCK-S2400 液壓打樁錘（IHC-S3000 液壓打樁錘備用）進(jìn)行鋼管樁沉樁施工。

4.2 施工測量和定位技術(shù)

該項目在陸地設(shè)置GPS基站及高增益天線，并在測量控制點符合規(guī)定要求后才能使用，GPS 測量基站輻射范圍能有效覆蓋整個風(fēng)電場區(qū)域，滿足施工測量和船舶定位要求；采用1 臺全站儀、2 臺經(jīng)緯儀和一臺水準(zhǔn)儀進(jìn)行坐標(biāo)、垂直度及高程測量，并標(biāo)定合格后才能使用；順一1600浮吊上配備GPS定位系統(tǒng)，能實時自動顯示船舶坐標(biāo)，并有8個16 t大噸位錨進(jìn)行船舶的精確定位。

順一1600起重打樁船拖航至機位附近進(jìn)行初步定位后，將8 個錨通過錨艇拋錨定至預(yù)定位置，配合GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行船舶自身的初步定位，定位偏差建議在0.5 m以內(nèi)。

順一1600起重打樁船初步定位后進(jìn)行導(dǎo)向架穩(wěn)樁平臺安裝及精確定位，其安裝流程：（1）調(diào)整導(dǎo)向架穩(wěn)樁平臺中心坐標(biāo)測量精確定位；（2）采用APE600 振拔錘對角打入4 根?2 200 mm 定位鋼樁；（3）采用單機3 鉤提升導(dǎo)向架穩(wěn)樁平臺至預(yù)定標(biāo)高（一般為高潮水位3～5 m）；（4）采用12 根?38 精軋螺紋鋼吊掛系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整導(dǎo)向架平臺標(biāo)高、水平度并固定導(dǎo)向架穩(wěn)樁平臺；（5）復(fù)測導(dǎo)向架穩(wěn)樁平臺中心坐標(biāo)；（6）順一1600起重打樁船退出導(dǎo)向架平臺。

該項目采用順一1600起重打樁船，施工中采用全浮態(tài)施工時，依托其船體與運輸船系纜進(jìn)行靠泊施工；施工中采用坐灘施工時，依托其豎向箱體結(jié)構(gòu)及大直徑橡膠球型氣囊（不需要靠船方駁）和5條軟纜風(fēng)繩，進(jìn)行運輸船的靠泊施工，若水流向或風(fēng)浪大靠駁困難時，采用拋錨及錨艇輔助靠泊。

5 “打入法”沉樁施工關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)一：施工中鋼管樁翻身立樁。該項目打破常規(guī)兩浮吊船抬吊鋼管樁翻身立樁的傳統(tǒng)方法，采用單機雙鉤進(jìn)行抬吊鋼管樁翻身立樁工藝，大大減少了兩浮吊船臺吊作業(yè)的施工工序，節(jié)省了時間，提高了工效，同時也節(jié)省了一艘浮吊船費用，突破了海上風(fēng)電場大直徑、大噸位、樁體長的單機雙鉤進(jìn)行抬吊翻身立樁作業(yè)的新工法。

關(guān)鍵技術(shù)二：施工中鋼管樁入導(dǎo)向架中心坐標(biāo)測量、精確定位。在這個過程中需注意：（1）鋼管樁插入導(dǎo)向架前，保持上下層千斤頂原始狀態(tài)，抱箍打開，便于鋼樁快速下插下層千斤頂架下直至水面，以防止鋼樁擺動碰撞導(dǎo)向架；（2）鋼管樁到達(dá)水面后，頂緊上下千斤頂，調(diào)整鋼管樁中心坐標(biāo)和垂直度。鋼管樁中心坐標(biāo)和垂直度的調(diào)整如圖1所示。

圖1 調(diào)整鋼管樁中心坐標(biāo)和垂直度Fig.1 Adjustment of center coordinates and perpendicularity of steel-pipe pile

關(guān)鍵技術(shù)三：鋼管樁分級自重沉樁過程。該過程需注意：（1）鋼管樁分級自沉，按鋼管樁重量的10%、20%、50%、80%、100%逐級下沉；（2）每級下沉?xí)r，每當(dāng)鋼管樁沉樁入泥量達(dá)到25 cm 時必須停止下沉，進(jìn)行鋼管樁垂直度測量，一般控制在1‰以內(nèi)，調(diào)整合格后再繼續(xù)進(jìn)行沉樁作業(yè)；（3）鋼管樁垂直度測量控制方法：在導(dǎo)向架平臺上配備上下兩層共8 個液壓千斤頂調(diào)整垂直度，導(dǎo)向架平臺上架設(shè)2 臺成90°角布置的經(jīng)緯儀，在打樁時全程實時測量監(jiān)控鋼管樁傾斜度，確保鋼管樁沉樁垂直度在設(shè)計要求范圍內(nèi)，施工過程中垂直度一般控制在1‰以內(nèi)；（4）逐級加載直至鋼管樁不再下沉自沉結(jié)束，鋼管樁垂直度一般控制在1‰以內(nèi)，頂緊上下層千斤頂，松鉤20 cm 觀察5 分鐘后，確認(rèn)無下沉?xí)r，才能摘除吊具，確保不發(fā)生溜樁；（5）吊裝測量平臺至鋼管樁頂部，采用8 點法測量法蘭水平度，如圖2 所示，確認(rèn)鋼管樁垂直度及坐標(biāo)位置偏差符合要求。

圖2 測量法蘭水平度Fig.2 Levelness measurement of variable-thickness flange

關(guān)鍵技術(shù)四：鋼管樁沉樁垂直度測量控制。為了增加測量標(biāo)識，由于鋼管樁上的刻度線長度相差不大，讀數(shù)較慢且不清楚，故施工前在鋼管樁上加貼加長加寬的紙質(zhì)讀數(shù)標(biāo)尺線，每5 m 貼一個；待施工船舶就位后（或在導(dǎo)向架穩(wěn)樁平臺上加寬處），架設(shè)2 臺激光電子經(jīng)緯儀，2 臺經(jīng)緯儀相互90°架設(shè)；上下掃測鋼管樁上的紙質(zhì)讀數(shù)標(biāo)尺線，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算樁體垂直度及傾斜方向，從而進(jìn)行垂直度調(diào)整糾偏。用GPS和激光電子經(jīng)緯儀進(jìn)行樁頂高程控制，先用GPS測出導(dǎo)向架穩(wěn)樁平臺上高程，再通過激光電子經(jīng)緯儀反算至鋼管樁上從而進(jìn)行樁頂高程控制。

6 結(jié)論

本文提到的示例項目中，大直徑無過渡段無定位駁大功率風(fēng)機基礎(chǔ)單樁沉樁施工屬國內(nèi)首創(chuàng)；本項目中的沉樁速度較快、施工效率較高，最小垂直度為0.3‰，遠(yuǎn)小于設(shè)計3‰的規(guī)定要求，采用了新工藝，取得了安全零事故，質(zhì)量零缺陷，工期零延誤的好成績。

本文重點介紹了海上風(fēng)機大直徑無過渡段單樁基礎(chǔ)沉樁施工的關(guān)鍵技術(shù)，通過實例項目的順利實施，證實了海上風(fēng)電場采用大直徑無過渡段無定位駁單樁施工是安全可靠的、也是合理有效的、更是經(jīng)濟適用的，為相關(guān)海上工程提供了借鑒實例。

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