中广核汕尾后湖海上风电升压站基础施工技术研究

2021-04-12王波

智能城市 2021年4期

王波

（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建厦门 361000）

1 工程简介

中广核广东汕尾后湖500 MW海上风电工程场址位于汕尾陆丰市湖东镇以南的近海区域，后湖场址涉海面积约为80 km2，场址中心离岸距离约12 km，水深在23～30 m之间，规划装机容量为500 MW，拟布置91台明阳5.5 MW的风电机组（基础形式为83套单桩+8套导管架），配套建设陆上集控中心，配套建设2座220 kV海上升压站。

本次研究的西区海上升压站基础采用导管架基础形式，导管架高度43.80 m，底部轴长宽间距22.26 m×21.56 m，顶部轴长宽间距14.0 m×13.3 m，底部轴距桩靴3.88 m，导管架整体重量约1 331 t。

升压站导管架钢管桩重为302.7 t，桩长为86.3 m，桩径2 400～2 800 mm，吊耳至桩尾长度为82.5 m。

2 施工总体部署

2.1 总体施工方案

本风电场海底地形较为平缓，位于远离岸线的无掩护外海水域，海况条件复杂，所处海域受大风、波浪等自然环境影响大，尤其受夏季台风期、冬季季风期、开阔海域的涌浪影响，可作业时间少。

本次施工采用“振华30”全回转起重船+1艘8 000 t以上运输驳进行升压站导管架安放施工，投入“振华30”全回转起重船+1艘5 000 t以上运桩驳+配备1台YZ800B振动锤和1台IHC-S1200液压锤进行沉桩施工；1艘5 000 t运输驳灌浆船进行灌浆施工。

2.2 施工工艺选择

升压站基础采用“后桩法”的工艺进行施工，先沉放导管架，再进行沉桩，最后进行灌浆的工艺。导管架吊装采用4根吊带连接吊点，“振华30”起重船主钩起吊的方式进行沉放。钢管桩通过“振华30”起重船进行起吊、翻桩、插桩，后采用YZ800B振动锤和IHC-S1200液压锤可顺利将钢管桩沉至设计标高。

3 船舶设备选用

3.1 导管架安放船机

根据现场实际情况，选择“振华30”全回转起重船作为导管架安放施工主力船舶。通过分析升压站导管架安放适用性可知，升压站导管架高度为43.80 m，底部轴长宽间距22.26 m×21.56 m，顶部轴长宽间距14.0 m×13.3 m，底部轴距桩靴3.88 m，导管架整体重量约1 331 t。

（1）吊高分析。升压站导管架整体高度最高约45 m，采用4条工作长度20 m的吊带，吊带从主钩至导管架顶部垂直距离计算，按18 m考虑，起吊时导管架离开甲板高度2 m，运输驳干舷高度4 m，起吊时所需水面以上最小吊高69 m。（2）吊重分析。升压站导管架整体重量约1 331 t，吊索具按5 t考虑，起吊系数取1.1，起吊时所需最小吊重为1 469.6 t。（3）工作幅度分析。升压站导管架桩腿间距的最大尺寸为22.26 m×21.56 m，按起吊幅度最有利布置，导管架底部桩靴外壁距导管架中心距离最小为15.35 m，起吊时考虑预留安全距离5 m。

根据对升压站导管架的分析，舷外跨径应≥20.35，水面以上吊高≥69 m，且吊重≥1 469.6 t，结合“振华30”起重曲线图，当臂架角度在52.9°～74.7°时，采用主钩以满足幅度、吊高和吊重的要求，“振华30”全回转起重船能满足升压站导管架安放的工况要求。

3.2 钢管桩沉桩船机

根据现场实际情况，选择“振华30”作为钢管桩沉桩施工主力船舶。通过分析钢管桩沉桩适用性可知，升压站泥面标高-25.8 m，导管架钢管桩重302.7 t，桩长86.3 m，桩径2 400～2 800 mm，吊耳至桩尾长度为82.5 m。

（1）吊桩吊高分析。吊桩时采用主吊钢丝绳挂吊梁，吊梁两端钢丝绳挂吊耳，溜尾钢丝绳连接溜尾钳进行起吊。当钢管桩完全竖立状态时，主钩至吊梁按4.83 m考虑，吊梁高度考虑1 m，吊梁下主钢丝绳至吊耳长度度为30 m，吊耳半径0.35 m，两吊耳至桩尾长度为82.5 m。考虑安装的导管架桩靴龙口标高为-14.75 m，吊桩借水深14.75 m，考虑极端低水位0.8 m，实际需要水面以上吊高为104.03 m。（2）吊锤吊高分析。吊振动锤：钢管桩长约为86.3 m，水深考虑25.8 m，根据现场施工的情况及土质地勘资料分析，考虑桩自重入泥5 m，考虑极端低水位0.8 m，钢管桩自重入泥后桩顶距水面以上实际高度为56.3 m；主钩至振动锤顶吊索具按8 m考虑，锤高为6.2 m，吊振动锤实际需要水面以上吊高为70.5 m。吊液压锤：根据相关计算和施工经验，振动锤对钢管桩振入深度约22 m，振动锤振完后，钢管桩桩顶距水面以上高度为39.3 m，吊送桩器12 m，吊索具按8 m考虑，液压锤高度18 m，吊液压锤实际需要水面以上吊高为77.3 m。（3）吊重分析。升压站钢管桩单根重为302.7 t，吊索具重量按30 t考虑，荷载系数考虑1.1，吊重最小需要365.97 t。（4）工作幅度分析。钢管桩桩径2 400～2 800 mm，钢管桩施工采用单船翻桩工艺，吊导管架最外侧桩时吊钩中心距舷边距离为25.87 m，考虑5 m安全距离，最小舷外工作幅度为3.87m。

结合“振华30”主钩安全工作负荷，臂架角度为65.9°～56.4°时，主钩水面以上起升高度≥104.03 m吊桩高度，且不小于70.5 m和77.3 m吊锤高度，吊重≥最小吊重需要365.97 t，舷外跨径36 m＞33.87 m。因此，“振华30”起重船满足钢管桩沉桩的工况要求。

3.3 桩锤选用

根据沉桩可打性分析结合以往的沉桩经验，拟先采用YZ800B振动锤施打至预定标高后，再用IHC-S1200液压锤沉至设计标高。IHC-S1200液压锤单击最大能力为1 200 kJ，运用美国GRL公司的GRLWEAP波动方程分析程序对典型施工条件下的钢管桩计算其可打性，分析结果表明拟选用的沉桩设备完全可行。

4 主要施工方案

4.1 船舶就位，吊装准备

根据业主要求，现场已进行联络海缆的敷设，在升压站区域附近进行甩缆，西区甩缆距离升压站安装区域约100 m，甩缆对西区升压站基础施工均有影响。

导管架安装采用的主作业起重船，避开甩线区域横浪抛锚，抛锚通过抛锚艇进行操作，抛约1 200 m的锚缆。抛锚快完成时，导管架运输驳运输驳进入起重船的起吊范围后靠起重船，避开甩线区域，起重船与运输驳平行并列布置。

4.2 导管架挂钩、解封

起重船和运输驳就位后，立刻进行导管架测量仪器安装，各项准备检查工作完毕后，调整起重船大臂扒杆角度，使主钩对准导管架的中心吊点位置，落钩进行4根吊带的挂钩工作。挂钩完成后，辅助人员进行导管架的解封。

4.3 导管架起吊、安放到位

导管架挂钩解封完后，开始进行导管架起吊，当导管架底部距离甲板面2 m左右安全高度时，运输船立即撤离避开安装区域，再开始下放导管架。测量人员通过在导管架顶部安装的2台GPS进行导管架坐标及方位角的控制，在导管架未触泥前，提前连接导管架主钢管布置的2根缆风绳与主吊船2个锚机，进行导管架方位角的调整。

导管架触泥稳定后，测量人员进行导管架水平度复核，如果发现水平度不满足要求，可采取“压高点、提低点”的方式，进行导管架水平度调整。为保证钢管桩沉桩最后阶段工程桩剪力键不触碰套管导向板，导管架水平度需控制在2‰内，满足要求后解钩进行下道工序。

4.4 钢管桩运输船就位、起吊

导管架安放结束后，立即进行吊索具摘钩和更换吊索具。钢管桩运输船进场，运输驳停靠在起重船侧边。起重船通过绞锚进行移位，移位到钢管桩沉桩合适位置后，进行钢管桩的挂钩和起吊。起重船主吊通过5 m钢丝绳圈挂吊梁，吊梁连接2根30 m长钢丝绳圈挂主吊耳，溜尾通过71 m钢丝绳圈挂溜尾钳进行溜尾起吊。

4.5 钢管桩翻桩、插桩

大臂中心与桩的重心相重合，起吊钢管桩离开运输船甲板面，起吊过程到一定高度后，运输船离开。主钩缓慢提升，副钩缓慢下放，逐渐翻桩，直至钢管桩完全竖立状态。副钩继续下放，直至溜尾钳脱钩，钢丝绳松动。

通过绞松锚和调整吊臂角度，对准导管架桩靴口，钢管桩缓慢下放至龙口时，潜水员下水辅助钢管桩进入桩靴龙口，再下放钢管桩。钢管桩在自重作用下，下沉至泥面下一定深度，直至钢管桩确认稳定，进行松钩回收，4根桩依次插完后进行下一道工序施工。

4.6 振动锤和液压锤沉桩

4根钢管桩插桩结束后，先使用振动锤进行施打，再用液压锤沉桩。现场施工时先进行对角线两根桩的施打，再进行另一侧对角线两根桩的施打。

振动锤沉到无法下沉时，保证桩顶在水平面以上，再同时通过副钩吊装送桩器和主钩吊液压锤，使用液压锤锤至设计标高。设计标高通过测量液压锤先标注的刻度推算出桩顶标高，以此控制设计标高。

4.7 灌浆施工

4根钢管桩沉桩到位后，安排灌浆施工。灌浆施工开始前，由潜水员在水下进行灌浆前各管件连接等问题的最后检查，确认各准备项均无故障后，通知水面灌浆组开始灌浆工作。根据每根灌浆的方量，在接近理论量时，潜水员下水观测，当导管架支腿与钢管桩连接处四周均开始溢浆时，判断灌浆完成，当满足灌浆完成施工条件后，及时通知水面灌浆组停止灌浆工作[1]。

4.8 完工验收

通过在导管架顶部设置临时施工平台，在平台4个角点架设定位定向仪，分别测量桩正、侧两方向的垂直度。具体的方法仪器照准桩的上口边缘，锁住水平度盘，垂直转动仪器，测量桩下部的偏距，根据偏距和桩身测量长度，计算和控制垂直度。为了消除仪器误差，每次测完后，可交换位置再观测一次。工程桩垂直度通过导管架导向圈上布置的限位螺丝调节系统进行调整。