海上升压站导管架基础施工技术

余镇江

摘要：本文主要介绍海上升压站导管架基础施工技术，该海上升压站为福清兴化湾海上风电场的关键性控制工程，是目前国内最重、福建省首座海上220千伏等级、海陆一体化集成度最高的海上升压站。导管架基础施工通常可采用先沉桩后安装导管架或先放导管架后沉桩工艺，本项目采用先沉桩后安装导管架工艺，在导管架制作加工的同时进行基础钢管桩施工，有效的缩短工期，节约施工成本。

关键词：海上风电场；海上升压站；导管架基础；施工技术

1工程概况

福清兴化湾海上风电场项目位于福清兴化湾内，邻近福清核电厂址，由两块区域组成，总面积约48.6km²， A区位于福清牛头尾西侧浅海区，面积约20.4km²；B区位于核电厂址的西侧海域、小麦屿南侧、牛屿东侧，中心距离岸线4.7km，面积约18.5km²，A区与B区合计规划装机容量357.4MW，配套建造一座220kV海上升压站位于A区样机风场区，所处位置平均水深约9.50m，海上升压站主要分为上部组块和下部基础，其中下部基础分为导管架和钢管桩。

2导管架结构

升压站导管架长21m，宽16.5m，高21.5m，总重量997t，由四根桩腿套管和支管组成，材质采用DH36钢材，桩腿采用直径φ2850mm、壁厚55mm的钢管，桩腿套管内设有灌浆封隔器及打桩导向块，桩腿上设置靠船构件、栏杆、爬梯等附属设施，支管采用直径φ1524mm、壁厚28mm的钢管。

基础钢管桩直径2.5m、壁厚50mm，材质采用Q345C钢材，单根桩长48m、重145t。

图1 导管架结构图

3施工技术

3.1稳桩平台施工

因采取先沉桩后安装导管架工艺，对钢管桩施工精度要求较高，需采用稳桩平台进行沉桩施工。

稳桩平台为双层导管架平台结构，长29m，宽24.5m，平台顶标高+10.0m，层高3m，设置4根辅助桩，桩径2m、壁厚22mm，辅助桩横向间距为21m，纵向间距为16.5m。平台设置8个吊点，在钢管桩龙口位置安装有8个千斤顶（单个千斤顶顶力50t，行程50cm）组成的顶撑系统。

图2 稳桩平台结构图

稳桩平台及辅助桩采用3000t运输驳运输至施工现场，过驳至定位船并调平，稳桩平台四边及中心点用油漆进行标记，将测量仪器RTK架设在中心点位置上，将稳桩平台设计的中心点坐标输入至RTK中，根据RTK上显示的距离和方向偏差开始绞船，当接近中心点坐标时，采用点动绞锚，并将平台设计四个角点中任意一个点坐标输入RTK，然后将RTK放入对应角点，通过平台中心点和任意一角点坐标来调整船头方向来控制平台方向，使平台中心点到达设计中心点坐标且方向调整至与设计方位一致。

稳桩平台定位完成后，辅助桩通过350t起重船配合APE400振动锤进行施工，先施打对角两根辅助桩，施打到位后将稳桩平台吊至设计标高+10.0m处进行安放，并采用加劲板进行临时固定，临时固定焊脚高度不得小于16mm，同时定位船撤离，再继续施打剩余两根辅助桩。辅助桩沉桩完成后将平台通过套管与辅助桩进行整体固定，固定方式采用加劲板焊接连接，每根设置10道加劲板，焊脚高度不得低于16mm。

3.2钢管桩沉桩

根据钻孔资料，结合附近海域地质情况，通过可打性分析，最终采用350t起重船配合IHC S-800液压锤进行钢管桩沉桩施工。

考虑到现场涨落潮对运桩驳靠泊的影响，起重船船头方向调整至与潮流向一致且船头对准稳桩平台位置。起重船开始平吊钢管桩，当桩完全离开运桩驳甲板，利用起重船主、副钩相互配合完成竖桩。竖桩完成后副钩继续下放吊钩，使钢丝绳不受力，同时主钩继续上升吊钩完成竖桩。

竖桩完毕后，主钩起吊钢管桩，缓慢靠近入龙口，完成入龙口操作，利用GPS控制钢管桩的平面位置。桩中心平面位置满足要求后开始下桩，桩底入土1m后，在桩边的延长线上架设两台带弯管目镜的全站仪，采用十字丝和测距来观测和计算控制桩身的垂直度，并通过千斤顶组成的顶撑系统，调整钢管桩的平面位置及垂直度，直到桩的垂直度符合要求，沉桩过程中将垂直度偏差控制在3‰内。在观测过程中由于平台受风浪影响，仪器有轻微的晃动每次观测前需对全站仪重新精平，满足要求后方可进行观测。

钢管桩在自重作用下，下沉至泥面下一定深度后停滞下沉，钢管桩确认稳定后，起重船继续下放钢丝绳，使钢丝绳处于不受力且不脱钩状态。钢管桩确认稳定后，解除主吊耳处钢丝绳，开始起吊液压锤操作。套锤过程必须保证锤、桩的中轴线相吻合，当桩顶与锤接触后，逐步下放吊钩，使压桩重量逐步增加。在保证钢管桩垂直度的情况下，开始手动小能量锤击，采取打2击停顿一下，控制贯入度和锤击能量，不连续锤击，在桩尖穿过粉砂后方根据贯入度情况加大锤击能量。钢管桩锤击过程中每隔1m观测一次，垂直度发生偏差时通过千斤顶顶撑系统进行调整。因要及时反映桩的垂直度偏差，全站仪在测角、测距过程中要数值精确，计算数值准确，以免造成垂直度调整的偏差。沉桩结束后，需进行桩位、倾斜度、桩顶高程等进行测量复核。

3.3导管架安装

导管架因质量要求严，精度要求高，为保证加工质量，导管架在专业海洋钢构件加工厂进行加工制作，检验合格后采用4000t自航驳运输施工现场。为确保运输过程中的稳定及安全，在导管架摆放区域的甲板面进行调平处理，用于垫平的钢板（每个腿用12片500mm×500mm的钢板环向布设）与甲板面进行焊接。同时制作专用的托盘工装对导管架进行加固，对横跨船宽方向的2根横撑管设置固定卡扣结构进行固定，每侧设置2道卡扣；对平行于船长方向的2根横撑管每侧设置4道固定卡扣结构进行固定。

升压站导管架总重997t，吊具选用8X61+IWR，φ200mm的钢丝绳及300t的卸扣，采用1500t浮式起重船进行导管架的吊装施工。起吊施工时，采用浮态双钩固定拔杆起吊的方式进行吊装，通过4根φ200mm的钢丝绳分别挂扣于四个吊耳上，钢丝绳另一端两两挂扣于双主钩的山子型钩头。

安装起吊前先试吊、调平，调平导管架水平度后，使其平稳起吊。在导管架顶部平台上顺着两个轴线方向分别放置高精度数显水平尺，实时测量水平度，通过调整左右钢丝绳长度及副钩增加辅助吊点方式进行调平，将水平度控制在3‰内，再开始套钢管桩。为了控制起吊时导管架套管的旋转方向，实现顺利下放，在靠近船艏一侧的两根套管上设置缆风绳，缆风绳另一头设置于船舶锚机上，实现对角线牵拉。

导管架顺利套入钢管桩后，利用提前设置好的特制门架，使导管架最终通过门架坐落在钢管桩基础上，通过调整门架垫片将导管架水平度控制在3‰内，并进行连接固定。

导管架吊装完成后，对四根钢管桩及套管与上部组件连接位置的高程进行测量，4根钢管桩桩顶所有测点之间的最大高程差应控制在5mm内， 套管与上部组件连接位置的高程差应控制在40mm内。

3.4导管架灌浆连接

导管架与钢管桩间隙空间需要进行灌浆处理，预制灌浆管线及溢浆口布置6个，依次从下向上，高度上均匀分布，灌浆施工时由最下面的灌浆口开始逐步实施灌浆作业，直至顶部溢浆。

为提高灌浆施工效率，采用主泵对第一根桩基的环形空间进行灌浆时，将备用管线布置在主灌浆软管旁边，一旦发生主灌浆软管堵塞或泄漏，备用软管可立即替换主灌浆软管；当主泵结束第一根桩腿的灌浆后，拆除主灌浆软管与预制灌浆口的连接，将主灌浆软管连接至第二根桩腿的预制灌浆口，重复此步骤直至4根桩腿灌浆全部结束。

灌浆作业环境的选择对灌浆施工影响较大，一般来说，海上风电灌浆施工的适宜温度5℃~25℃。如果现场温度条件不满足所选灌浆材料使用要求，不能进行灌浆施工，需要按照材料供应商提供的施工要求采取措施后才能进行灌浆施工。灌浆施工对于海上的风浪条件要求也较高，需在风力六级以下、浪高1.5m以下可对环形空间进行灌浆作业。

在正式泵送灌浆料前，必须对灌浆软管进行润管作业，防止在泵送灌浆料时产生堵塞情况，并确认管路上所有的阀门均处于打开状态，在灌浆施工过程中，密切关注灌浆料浆体的温度、流动度、含气量、表观密度的变化，同时观察灌浆泵出口处灌浆施工压力，持续泵送直到灌浆材料开始从灌浆环形空间顶端溢出。确认溢浆完成后，静置并使浆料中的气泡充分溢出，待静置结束后，进行压力屏浆，至此灌浆结束。

4结语

海上升压站导管架基础施工技术难度大、精度要求高，随时新技术、新设备的不断更新，导管架施工将会有更多的施工工艺，采用先沉桩后安装导管架工艺不仅缩短了工期，同时也创造了良好的经济效益。