海上风电机组导管架基础水下灌浆施工技术卓豪海

卓豪海

摘要：文章以海上风电导管结构及桩基灌浆连接施工技术为研究对象，首先对海上风电导管架结构进行了阐述分析，随后分析探讨导管架基础灌浆连接段与导管架施工难点，最后结合实际案例对海上风电导管桩基灌浆连接施工技术进行了探讨，以供参考。

关键词：海上风电；导管架构；桩基灌浆连接施工技术

前言

我国沿海风能资源丰富，有着非常高的有效利用小时数，并且用电负荷中心也比较近，因此在海上风电发展上有着得天独厚的地利优势。随着国家越来越重视绿色可持续能源开发利用，为海上风电发展带来了空前的机遇。风机导管架基础是海上风电建设的重要组成部分，做好海上风电导管结构及桩基灌浆连接施工技术分析，对于促进我国海上风电产业发展具有重要的意义。

一、海上风电导管架结构分析

导管架结构形式一般包括两种，一种是先桩法导管架，另一种是后桩法导管架。两种导管架有着相同的主体结构，即都是框架对称结构，结构材料均为钢制材料。但在结构细节部分有着明显的差异。对于先打桩导管架而言，在自身支撑腿末端不需要进行桩靴设置，而后打桩导管架则需要设置桩靴。导管架结构一般分为两部分，一部分是导管架结构基础，一部分是过渡段，过渡段主要包括平台甲板、主斜撑、主筒体等。

在实际开展灌浆施工作业时，一般地点会选择专业灌浆船上，并在完成打桩、下部导管架施工等工序后，正式开始进行桩基灌浆作业。在具体进行灌浆施工时，需要遵循如下施工流程，首先稳步停靠灌浆船，保证船体在有灌浆终端面板的导管架一侧，方便灌浆管连接，然后连接好灌浆管，并向环形空间内进行淡水压注；接着在正式灌浆前，需要做好环形空间气密性检查，并向灌浆管进行润管料压注，使得灌浆管道处于湿润状态，随后将拌制好的灌浆料由灌浆泵灌入灌浆区域，一般完成单桩灌浆的标志是在溢浆口处有浓浆溢出，然后将灌浆管拔出，连接导管架同侧的另一根导管线，继续进行灌浆，在完成导管架同侧灌浆后，移动灌浆管到导管架另一侧，重复上述步骤，对另外两个单桩进行灌浆，全面完成灌浆工作。

二、导管架基础灌浆连接段分析

（一）先桩法导管架基础灌浆连接阶段

对于先桩法导管架基础的灌浆连接而言，一般是钢管桩在外，导管架腿柱在内，在导管架腿柱之上，会设置有灌浆管线与灌浆孔，从而在内外管之间形成一个环形空间，在实施灌浆作业时即是通过灌浆孔向该环形空间进行浆料灌注，具体如图一所示。在导管架基础的灌浆连接阶段设计上，需要注意防止灌浆过程产生的循环往复荷载引发的裂缝问题。对于先桩法导管架基础连接阶段来说，从灌浆连接段底部朝上，一直到连接段一半范围内，不会受到较强的弯矩影响，而自灌浆连接段顶部朝下，一直到连接段一半范围内，则会受到较大的弯矩影响，因此为防止在该区域内出现裂纹，应尽量避免设置剪力键。

三、导管架施工难点分析

（一）布置导管架管线

导管架管线布置对灌浆施工质量有着非常大的影响，在实际进行管线布置时，一般会选择双管线系统，即一个管线用于灌浆，另一个管线用于备用，当出现管线堵塞突发问题时，能够及时替换导管，避免影响正常施工。在灌浆管线材质选择上，一般会选择橡胶软管或钢管，直径应大于50mm。灌浆管设置在灌浆空间的底部，通过焊接的方式固定在导管架套筒外壁上，管口为圆形外包管形式，内部沿圆周方向，设置有6或8只灌浆嘴。在这种设计方式下，能够有效提升灌浆的均匀、平稳性，为灌浆质量提供有力的保障。通过上文叙述可知，一般会在灌浆船上开展灌浆作业，但在实际作业过程中，受船自身体积影响，作业钢管桩很难贴近船机，并且导管架桩腿之间的距离比较大，因此需要灌浆管长度够长，并且需要一定的弯曲度，才能够成功与预制灌浆管线对接。

（二）灌浆材料选择

灌浆材料选择是海上风电桩基灌浆连接施工的关键所在，在实际选择时，会以灌浆连接段分析结果与设计要求为依据，选择普通水泥灌浆料或高强水泥灌浆料。对于普通水泥灌浆料而言，自身价格低、取材方便，广泛应用于海洋石油工程中，但缺点也很明显，容易浆结收缩，抗压强度与粘结强度较低。高强水泥灌浆料相对于普通水泥灌浆料来说，主要采用了收缩补偿技术，因此灌浆料比较均匀，流动性强，更容易进行泵送灌浆，因此更加适合海上风电基础灌浆要求，除此之外，在海上风电桩基灌浆连接施工方面，高强水泥灌浆料还具备以下指标，一是含气率，即高强水泥灌浆料含气率更低，一般要求在4%以内；二是早期高强度，在20℃环境下，24h以内的抗压强度应大于50MPa；三是后期超高强度，一般在28d后，灌浆抗压强度应达到110MPa；四是高体积稳定性，在实际灌浆施工时，灌浆连接段需要传递并吸收来自上部结构的所有荷载，灌浆料自身只有具备良好的体积稳定性，才能够保障灌浆连接施工质量。除此之外，高强灌浆料还包括弹性模量、抗折强度、凝结时间等指标。

（三）资源协调难度较大

在实际进行海上灌浆作业时，需要同时考虑多种因素，例如灌浆船体、灌浆设备、灌浆材料等，需要进行灌浆专用设备调配，协调统筹不同驳船、交通船、吊机等机械设备。还要做好专用管线设置，准备好淡水等资源，加强整体的施工控制等，整体资源协调难度较大，需要结合实际需求，做好科学的资源协调调配。在实际施工中，还要充分考虑外界环境因素等，例如温度、水量变化等，以免这些因素对灌浆材料性能造成不利影响，最终导致桩基灌浆连接段施工质量降低。

四、实际案例分析

（四）管架基础施工

首先利用驳船将导向平台运输至施工位置，然后利用起吊船起吊平台定位桩，完成插桩，然后利用振动锤进行定位桩施工；在定位桩顶锚固系统的帮助下，成功转换导向架重量由定位桩进行承受，起吊完成基础钢桩受，升起重船吊钩，另一只重船吊钩则保持不动，成功实现翻桩。待结构桩进入导向平台后，先顶紧导向装置，有效固定钢管桩，防止其晃动，然后再顶进上层导向装置。接着借助上、下层导向装置，对结构桩位置及垂直度进行调整，待调整到位后，可下放结构桩，使得依靠自重下沉；然后利用液压振动打桩锤，在钢管桩桩头固定好夹实器，依次将结构桩插打至土体，使其保持稳定竖立；随后将导向平台与定位桩间锚固系统进行解除，并拆除导向平台拆除。然后将筒状锤裙套入钢管桩顶，并将钢管桩分两次插打，直至设计标高，最后依次完成所有结构桩插打，并将定位桩进行拔除处理。

五、总结

综上所述，海上风电作为我国绿色能源产业重要的组成部分，在推动我国绿色能源经济发展中发挥着重要的作用。风机导管架基础是海上风电建设的重要分项工程，并且其与海上风电建设发展有着密切的关系，因此需要相关人员进一步加强海上风电灌浆连接施工技术的应用，有效推动我国海上风电产业实现平稳顺利发展。

参考文献：

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