海上風(fēng)電自升式輔助穩(wěn)樁平臺大直徑單樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

周國興，張金發(fā)，張震宇，葛 暢

（1.中國電建集團華東勘測設(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）

目前我國大直徑無過渡段單樁施工傳統(tǒng)工藝流程是：①主起重船拋錨駐位，鋼桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)樁平臺及輔助樁運輸船靠泊；②掛鉤起吊穩(wěn)樁平臺吊放調(diào)平，起吊插入輔助樁（4根）開始振沉；③提升輔助平臺，采用反吊焊接等方式進行加固穩(wěn)定，打開龍口（抱樁器）；④起吊大直徑工程樁翻身植樁，自沉結(jié)束后加錘（包括替打法蘭或替打段），將管樁沉至設(shè)計標高，過程中測量控制垂直度，如有高應(yīng)變檢測，遵照設(shè)計要求及檢測規(guī)范執(zhí)行［1－5］。

許多學(xué)者對穩(wěn)樁平臺沉樁施工工藝進行研究［6－10］。但是，傳統(tǒng)式鋼桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)樁平臺依然存在下列問題：①傳統(tǒng)鋼桁架穩(wěn)樁平臺自重較大，需起重船舶吊放駐位，調(diào)平及施工難度較大，運輸成本較高；②傳統(tǒng)輔助穩(wěn)樁平臺配套輔助樁需逐根振沉，提升平臺加固作業(yè)等施工時間較長；③輔助樁使用頻次達到一定程度后容易出現(xiàn)管口卷邊等情況，需進行樁身切割及加長處理。

而自升式穩(wěn)樁平臺有著如下優(yōu)點：①通過優(yōu)化平臺吊放轉(zhuǎn)運工序，能夠提高工效，且機動性強；②調(diào)平效率高，輔助穩(wěn)樁平臺水平度調(diào)整數(shù)字化，確保工程樁垂直度控制；③機位平面定位精度高，減小施工難度，降低測量工作量。

因此，對海上風(fēng)電自升式輔助穩(wěn)樁平臺大直徑單樁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究有一定意義。結(jié)合江蘇啟東海上風(fēng)電工程，對自升式輔助穩(wěn)樁平臺大直徑單樁基礎(chǔ)沉樁技術(shù)進行研究，為類似工程提供參考。

1 工程概況

H3號海上風(fēng)電場區(qū)中心離岸距離約37 km，海底地形變化較為平緩，水深在10～16 m之間。H3號場區(qū)形狀呈梯形，東西長約16 km，南北寬約2.7 km，規(guī)劃場區(qū)面積約43 km2，本項目共布置50臺風(fēng)力發(fā)電機組，規(guī)劃裝機容量300 MW。配套建設(shè)1座220 kV海上升壓站，與H1號、H2號風(fēng)電場共用1座陸上集控中心，風(fēng)電場由12回35 kV海底電纜匯流至海上升壓站，經(jīng)2臺220／35 kV變壓器（180 MVA）升壓后由2回220 kV海底電纜登陸接至風(fēng)電場220 kV陸上集控中心。

2 施工流程

大直徑單樁基礎(chǔ)施工工藝流程：施工準備→測量定位→自升式穩(wěn)樁平臺駐位→施工船舶駐位→運樁船靠泊→鋼管樁起吊翻身→吊裝入龍口→自沉及壓錘→錘擊沉樁→內(nèi)平臺安裝→高應(yīng)變檢測及無損檢測→自升式平臺降船→到下一機位施工。

3 施工方案

3.1 自升式輔助穩(wěn)樁平臺駐位

自升式輔助平臺采用駁船搭載GPS錨泊定位系統(tǒng)，至機位旁5 m左右開始下錨，前后均采用八字錨且垂直向外45°進行下錨，將機位理論坐標輸入GPS定位系統(tǒng)，之后通過絞錨的方式進行精確定位，并進行調(diào)整，船舶定位平面偏差控制在300 mm以內(nèi)。經(jīng)測量人員復(fù)核誤差在設(shè)計要求范圍內(nèi)（小于等于500 mm），則利用液壓頂升系統(tǒng)進行樁腿頂升，頂升過程依次調(diào)整樁腿行程，防止造成頂升困難或結(jié)構(gòu)損壞。以設(shè)計鋼管樁標高（＋13 m）為參照，上層抱樁器頂標高設(shè)置為＋21.0 m。當(dāng)整體平臺提升到位后，通過操作樁腿液壓系統(tǒng)頂升承載力以及頂升高度進行平臺水平度精確調(diào)平，四角高差不大于10 mm。

3.2 施工船舶駐位

施工現(xiàn)場為外海無掩護作業(yè)，海況條件惡劣，首先采用浮漂確定施工機位位置，以確保鋼樁平面位置在允許偏差范圍內(nèi)。自升式穩(wěn)樁平臺定位完成后，施工船舶駐位示意圖見圖1。主起重船駐位與穩(wěn)樁平臺左前方船間平行距離約為20 m，前后均采用八字錨且前錨垂直向外60°，后錨垂直向外45°。

3.3 運樁船靠泊

施工船舶駐位完成后，運樁船逆水流情況下沿既定拋錨定位路線駛?cè)耄ㄟ^拖輪或錨艇協(xié)助完成方位調(diào)整，船艏通過纜繩與主起重船連接，平行布置，靠泊在主吊船下風(fēng)區(qū)域，隨后使用錨艇為船艉拋兩口8字錨，完成運樁船駐位。

3.4 鋼管樁起吊翻身

主起重船2個主鉤負責(zé)主吊任務(wù)，索具掛鋼管樁上吊耳，副鉤負責(zé)抬吊輔助翻轉(zhuǎn)立樁，索具掛鋼管樁下吊耳，通過主鉤起副鉤落的操作實現(xiàn)鋼管樁翻轉(zhuǎn)豎立，起吊之前在吊耳外邊緣纏繞多層土工布，避免在吊裝過程中破壞吊耳外邊緣的防腐涂料，并連接纜風(fēng)繩，有利于鋼絲繩的摘除和保護，將副鉤鋼絲繩和卡環(huán)連接完畢后，通過卡環(huán)連接樁底翻身吊耳，主副鉤協(xié)同作業(yè)，將鋼管樁平吊離開甲板面。

當(dāng)樁完全離開運樁駁甲板10 cm且呈水平狀態(tài)時，暫停起吊，檢查鋼絲繩受力情況，無異常后繼續(xù)起吊，待鋼管樁抬起離運樁方駁約1 m后，運樁駁起錨并離開吊樁施工范圍。

然后將鋼管樁緩緩放到水面附近，并利用水深進行翻樁。期間，鋼管樁仍應(yīng)保持水平狀態(tài)，主起重船主鉤逐漸上升副鉤逐漸放低直至不受力。翻樁過程中，樁底距離海床面應(yīng)留有2 m左右的安全距離，避免鋼管樁突然觸底導(dǎo)致主鉤脫鉤，待鋼管樁呈豎直狀態(tài)后，解除副鉤約束，完成翻樁。

3.5 鋼管樁吊裝入龍口

在鋼管樁翻身直立后，主起重船通過人工將卸扣銷軸拉出的方式，使副鉤抬吊的索具脫離樁管吊耳，并通過絞錨使主起重船移到與自升式穩(wěn)樁平臺同一中軸線上，然后再通過船首八字錨絞錨調(diào)整主起重船與穩(wěn)樁平臺的距離，使鋼管樁進入龍口，然后抱樁器進行抱合。

翻樁完成后，主起重船吊住鋼管樁，通過松緊錨鏈調(diào)整樁身平面位置并同時調(diào)整樁身方向。移樁期間，起重船應(yīng)與導(dǎo)向架保持至少2 m的安全距離。入龍口前，將8臺千斤頂伸縮量調(diào)至最小，以保證鋼管樁能順利進入龍口，進入龍口后，在抱樁器上的經(jīng)緯儀觀察架立點處分別布設(shè)1臺經(jīng)緯儀，并在兩個約成80°的方向上觀測鋼管樁樁身垂直度，通過升降主鉤、扒桿轉(zhuǎn)動及調(diào)節(jié)千斤頂，將鋼管樁的垂直度調(diào)整至1‰以內(nèi)，最后調(diào)整千斤頂?shù)纳炜s量，完成鋼管樁樁身預(yù)抱緊工作。

3.6 自沉及壓錘

鋼管樁垂直度調(diào)整至設(shè)計值以內(nèi)后，主鉤緩慢下放，鋼管樁開始自沉。應(yīng)注意的是，在鋼管樁接觸泥面的過程中，如下沉速度過快，易造成鋼管樁受土阻力影響而提前脫鉤，故自沉過程中，應(yīng)時刻觀察起重船的起重量變化不應(yīng)過快。

自沉過程中持續(xù)使用2臺經(jīng)緯儀對鋼管樁樁身垂直度進行實時觀測。如自沉過程中，樁身垂直度超出設(shè)計允許值，則通過提升、下降主鉤及調(diào)節(jié)千斤頂重新將鋼管樁垂直度調(diào)整至設(shè)計值內(nèi)并繼續(xù)自沉。如偏差過大（超出1‰），則將鋼管樁抬離泥面，待鋼管樁樁身處于自由垂直狀態(tài)后，再重新下放。

鋼管樁自沉無進尺后，主鉤慢慢減少受力直至完全不受力時，靜置觀察5 min以上，如無異常，則下放主鉤并解除吊索具約束。樁自沉完畢后，主鉤用鋼絲繩配卡環(huán)連接沖擊錘頂?shù)觞c，將錘套好，然后吊至樁頂并開始壓錘。壓錘及沉樁時將吊錘鋼絲繩完全下方，需使用克令吊及吊袋輔助托吊沖擊錘油管，油管下安裝移動萬向滑輪，防止油管磨損。

3.7 內(nèi)平臺安裝

沉樁完成后，起重船吊機將內(nèi)平臺及相關(guān)物料（螺栓、噴鋅、密封膠等）吊至樁頂并進行安裝，4名施工人員通過爬梯進入內(nèi)平臺，根據(jù)鋼管樁出場標記的內(nèi)平臺安裝線與內(nèi)平臺上的標記對齊，擰緊內(nèi)平臺螺栓，涂抹密封膠。內(nèi)平臺脫鉤后，使用相同吊索具將替打法蘭掛鉤并吊回至船甲板。替打法蘭拆除后，施工人員噴涂噴鋅，2～3名測量員進入內(nèi)平臺進行樁頂法蘭水平度測量。

4 結(jié) 語

為解決傳統(tǒng)鋼桁架穩(wěn)樁平臺自重較大，運輸成本較高，施工時間較長等問題，提出一種海上風(fēng)電自升式輔助穩(wěn)樁平臺大直徑單樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。

首先，總結(jié)我國目前海上風(fēng)電大直徑無過渡段單樁施工傳統(tǒng)工藝流程，并總結(jié)傳統(tǒng)式鋼桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)樁平臺依然存在的問題。

其次，提出自升式輔助穩(wěn)樁平臺大直徑單樁基礎(chǔ)施工工藝流程。

最后，提出自升式輔助穩(wěn)樁平臺駐位、施工船舶駐位、運樁船靠泊、鋼管樁起吊翻身、鋼管樁吊裝入龍口、自沉及壓錘、內(nèi)平臺安等7項關(guān)鍵施工技術(shù)。

本工法成功運用于江蘇華威啟東H1號海上風(fēng)電場項目和啟東華爾銳啟東H3號海上風(fēng)電場項目，克服了海上風(fēng)電項目“搶裝潮”嚴峻形勢下船機設(shè)備緊張、傳統(tǒng)輔助穩(wěn)樁平臺工序繁雜、工期緊張等施工難點，逐步成為單樁基礎(chǔ)施工主要工藝方法，施工質(zhì)量、安全、進度效益明顯，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。