查昊

摘 要：導(dǎo)管架式基礎(chǔ)對(duì)鋼管樁插打精度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單樁及多樁基礎(chǔ)。介紹了整體定位導(dǎo)向反力架的結(jié)構(gòu)形式及施工中其整體定位、導(dǎo)向的運(yùn)用以及抗壓、抗拔、水平力試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；導(dǎo)管架基礎(chǔ)；整體定位導(dǎo)向反力架；試驗(yàn)

1 引言

導(dǎo)管架基礎(chǔ)是深海深淤大型風(fēng)電場未來發(fā)展的趨勢(shì)之一，珠海桂山海上風(fēng)電示范項(xiàng)目風(fēng)機(jī)機(jī)組全部采用導(dǎo)管架式基礎(chǔ)。導(dǎo)管架基礎(chǔ)為鋼質(zhì)錐臺(tái)型空間框架，以鋼管為骨棱，基礎(chǔ)為四腿結(jié)構(gòu)[1]。風(fēng)機(jī)安裝時(shí)須先將導(dǎo)管架四腿分別插入對(duì)應(yīng)鋼管樁中。因此，采用導(dǎo)管架式基礎(chǔ)對(duì)鋼管樁插打精度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單樁及多樁基礎(chǔ)。試樁采用錨樁橫梁反力法對(duì)試樁進(jìn)行豎向抗壓、豎向抗拔及水平靜載試驗(yàn)。為降低試驗(yàn)成本，試樁輔助錨樁均采用擬建風(fēng)場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)永久樁，因此，對(duì)輔助錨樁的施工質(zhì)量、精度要求大大提高。一套能同時(shí)滿足導(dǎo)管架式基礎(chǔ)施工整體定位導(dǎo)向及試樁反力的結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的順利實(shí)施顯得尤為重要。

2 管樁參數(shù)及樁位布置

本項(xiàng)目鋼管樁樁徑為2.2m、壁厚30mm（加厚段55mm）、樁長70m，試樁鋼管樁參數(shù)與永久樁（輔助錨樁）相同。四根永久樁中心樁位呈15m×15m正方形分布，試驗(yàn)樁位于樁位正中心。

3 整體定位導(dǎo)向反力架結(jié)構(gòu)

為同時(shí)滿足鋼管樁沉樁樁頂允許偏差小于75mm、高程允許偏差小于50mm、縱軸線斜度偏差不大于0.5%等各項(xiàng)沉樁指標(biāo)及試驗(yàn)各項(xiàng)功能和力學(xué)指標(biāo)，并考慮到控制指標(biāo)較其他工程精準(zhǔn)度高、在海上較為惡劣的自然環(huán)境下精度控制難度大，特設(shè)計(jì)本整體定位導(dǎo)向反力架（以下簡稱該結(jié)構(gòu)）。該結(jié)構(gòu)各功能部件間由高拴連接，總重量230T，其集鋼管樁整體定位導(dǎo)向功能與試驗(yàn)反力架功能為一體，即先作為鋼樁沉樁的整體定位及導(dǎo)向架，后作為試樁試驗(yàn)的反力架，全過程作為測量監(jiān)控平臺(tái)，且拆卸安裝簡便，能滿足后期風(fēng)場建設(shè)鋼管樁插打定位導(dǎo)向要求。整體定位導(dǎo)向反力架安裝于“華爾辰”海上風(fēng)電專用船支撐墊梁上，并可通過導(dǎo)向架調(diào)位系統(tǒng)對(duì)其位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.1 整體定位系統(tǒng)

該結(jié)構(gòu)整體定位系統(tǒng)由四根與樁位布置相同（1500×1500cm）的導(dǎo)向鋼管、反力梁及其相互間連接系組成。導(dǎo)向鋼管截面尺寸均為R=1205mm>鋼管樁r=1100，△r=105mm可保證施工過程中順利將鋼管樁插入整體導(dǎo)向系統(tǒng)。整體定位導(dǎo)向反力架出廠時(shí)對(duì)其四邊及兩對(duì)角線共6組進(jìn)行竣工驗(yàn)收，其平面最大誤差為11mm，滿足本項(xiàng)目施工整體定位要求。系統(tǒng)如圖1整體定位示意圖所示。

圖1 整體定位系統(tǒng) 單位：mm

施工時(shí)，樁位整體定位采用海上風(fēng)電專用船自備GPS打樁定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)平面及高程控制精度為厘米級(jí)，可滿足本項(xiàng)目要求。海上風(fēng)電專用船駛?cè)朐O(shè)計(jì)樁位后，根據(jù)各鋼管樁中心坐標(biāo)進(jìn)行拋錨初定位。3臺(tái)測斜裝置及2臺(tái)GPS流動(dòng)站以RTK方式實(shí)時(shí)控制船體的位置、方向和姿態(tài)，由于施工受施工海域風(fēng)力及潮汐影響，施工過程中需通過絞錨以及導(dǎo)向架調(diào)位系統(tǒng)持續(xù)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行精定位，直至完成各沉樁施工。

整體定位導(dǎo)向反力架對(duì)樁位進(jìn)行整體定位，保證了樁位的絕對(duì)坐標(biāo)偏差在誤差允許范圍內(nèi)。

3.2 導(dǎo)向系統(tǒng)

導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)向鋼管、導(dǎo)向裝置1、導(dǎo)向裝置2及其連接系組成。導(dǎo)向鋼管參數(shù)分別為：直徑2410mm、壁厚20mm、高6000mm，整體定位導(dǎo)向反力架出廠時(shí)對(duì)其四根導(dǎo)向鋼管分別進(jìn)行4組（共16組）竣工驗(yàn)收，其垂直最大誤差為17mm即垂直度最大誤差T=2.8‰

圖2 導(dǎo)向系統(tǒng) 單位：mm

施工時(shí)鋼管樁插入各導(dǎo)向鋼管后且未入土前，通過測量并調(diào)節(jié)上層導(dǎo)向裝置1達(dá)到對(duì)鋼管樁絕對(duì)坐標(biāo)的控制；調(diào)節(jié)下層導(dǎo)向裝置2達(dá)到對(duì)鋼管樁沉樁垂直度的控制。

整體定位導(dǎo)向反力架導(dǎo)向系統(tǒng)在沉樁過程中對(duì)各鋼管樁的導(dǎo)向，不僅保證了各鋼管樁樁位的絕對(duì)坐標(biāo)偏差在誤差允許范圍內(nèi)，而且保證了各鋼管樁中心距離誤差小于竣工的導(dǎo)管架四腿中心距離，可滿足后期導(dǎo)管架基礎(chǔ)及風(fēng)機(jī)安裝要求。

3.3 反力架系統(tǒng)

試樁系統(tǒng)由反力架、試驗(yàn)平臺(tái)、試驗(yàn)儀器及基準(zhǔn)系統(tǒng)組成。試樁采用錨樁橫梁反力法對(duì)試樁進(jìn)行豎向抗壓、豎向抗拔及水平靜載試驗(yàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受力滿足垂直（抗壓、抗拔）、水平靜載荷試驗(yàn)力學(xué)要求。

3.3.1 基準(zhǔn)系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場測試要求，在導(dǎo)向架兩側(cè)插打2組鋼管樁作為基準(zhǔn)樁，用于架設(shè)基準(zhǔn)梁和固定位移測試表座，基準(zhǔn)樁與試樁和錨樁的距離滿足規(guī)范要求?；鶞?zhǔn)樁和基準(zhǔn)梁自成獨(dú)立體系，具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，主基準(zhǔn)梁一端固定一端簡支；同時(shí)架設(shè)副基準(zhǔn)梁，用于豎向抗壓試驗(yàn)時(shí)錨樁上拔量觀測和水平推力試驗(yàn)時(shí)錨樁水平位移觀測用表座的安裝。為減小系統(tǒng)誤差及偶然誤差，現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行前搭設(shè)防風(fēng)防雨棚，確保測試時(shí)儀器設(shè)備、基準(zhǔn)梁等不被雨淋、日曬，以防止基準(zhǔn)系統(tǒng)受風(fēng)力、溫差影響；同時(shí)為減小潮汐、涌浪及風(fēng)力對(duì)基準(zhǔn)樁的影響，需在基準(zhǔn)樁外插打一根大號(hào)樁徑鋼管樁，但大樁不能與基準(zhǔn)樁相接觸?；鶞?zhǔn)樁與基準(zhǔn)梁架設(shè)位置示意見圖3所示。

3.3.2 抗壓反力系統(tǒng)

抗壓反力系統(tǒng)由反力梁、試驗(yàn)樁提升錨固系統(tǒng)、輔助裝提升錨固系統(tǒng)三大體系構(gòu)成，各體系連接方式如圖4所示。其中，反力梁1、2與導(dǎo)向鋼管間通過連接系連接而成形成能滿足試驗(yàn)力學(xué)要求的反力架?？箟籂顟B(tài)下試驗(yàn)樁提升錨固系統(tǒng)由焊接于試驗(yàn)樁上的鋼套管1、扁擔(dān)梁1及8束21-15.24mm鋼絞線組成并由鋼絞線連接于反力梁2上，扁擔(dān)梁2焊接于鋼套管1上，其結(jié)構(gòu)布置如圖5所示?？箟籂顟B(tài)下輔助樁錨固提升系統(tǒng)由焊接于輔助樁上的鋼套管2及鋼墊塊組成。

圖3 基準(zhǔn)樁與基準(zhǔn)梁架設(shè)示意圖

圖4 抗壓反力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 抗壓狀態(tài)下試驗(yàn)樁提升錨固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

抗壓試驗(yàn)時(shí)，安裝于扁擔(dān)梁2上的2臺(tái)1350T液壓千斤頂對(duì)扁擔(dān)梁1進(jìn)行加載，扁擔(dān)梁1所受荷載通過鋼絞線傳遞至反力梁，再通過鋼墊塊傳遞至鋼套管2，最終將荷載傳遞至錨固樁；扁擔(dān)梁2所受反作用力通過鋼套管1傳遞至試驗(yàn)樁達(dá)到試驗(yàn)樁抗壓加載目的。試驗(yàn)過程中試驗(yàn)樁下沉位移由安裝于鋼套管1及基準(zhǔn)梁間的位移計(jì)測量得出。

3.3.3 抗拔反力系統(tǒng)

抗拔反力系統(tǒng)由反力梁、試驗(yàn)樁提升錨固系統(tǒng)、輔助裝提升錨固系統(tǒng)三大體系構(gòu)成，各體系連接方式如圖6所示?？拱螤顟B(tài)下試驗(yàn)樁提升錨固系統(tǒng)即為焊接于試驗(yàn)樁上的鋼套管1；輔助樁錨固提升系統(tǒng)即為焊接于輔助樁上的鋼套管2，其中錨梁焊接于鋼套管2上。輔助樁與反力架間通過32根經(jīng)軋螺紋鋼連接。

抗拔試驗(yàn)時(shí)，安裝于反力梁2上的2臺(tái)1350T液壓千斤頂對(duì)扁擔(dān)梁2進(jìn)行加載達(dá)到試驗(yàn)樁抗拔加載目的。同時(shí)反力梁2所受反作用力通過經(jīng)軋螺紋鋼傳遞至錨梁再傳遞至鋼套管2最終將力傳遞至各錨固樁。試驗(yàn)過程中試驗(yàn)樁上拔位移由安裝于鋼套管1及基準(zhǔn)梁間的位移計(jì)測量得出。

圖6 抗拔反力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 抗拔狀態(tài)下錨固樁提升錨固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.4 水平反力系統(tǒng)

水平反力系統(tǒng)由反力梁、水平反力梁、水平反力座、弧形墊座構(gòu)成，其布置方式如圖8所示。各錨固樁與相應(yīng)導(dǎo)向鋼管間間隙用鋼楔抄墊，水平反力座焊接于反力梁2上。水平反力試驗(yàn)時(shí)，2臺(tái)100T水平千斤頂對(duì)水平反力梁進(jìn)行加載，并經(jīng)弧形墊座將力傳遞至試驗(yàn)樁達(dá)到水平加載目的；水平反力座所受水平反作用力通過反力梁傳遞至各錨固樁。試驗(yàn)過程中試驗(yàn)樁水平位移由安裝于試驗(yàn)樁及基準(zhǔn)梁小分配梁1間的位移計(jì)測量得出。

圖8 水平反力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

珠海桂山海上風(fēng)電示范項(xiàng)目風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)試樁工程整體定位導(dǎo)向反力架的應(yīng)用，滿足項(xiàng)目對(duì)沉樁和試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)，經(jīng)優(yōu)化而成的整體定位導(dǎo)向架被運(yùn)用于其后期風(fēng)場施工中。整體定位導(dǎo)向反力架的經(jīng)濟(jì)、高效、精確的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)深海深淤大型風(fēng)電場建設(shè)快速法施工的鋼管樁插打、試樁數(shù)據(jù)采集及后期風(fēng)機(jī)安裝具有典型意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐榮彬.海上風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式探討[J]建材技術(shù)與應(yīng)用，2011.7

[2] JTJ 254-98，港口工程樁基規(guī)范[S]