陳鳳云，范肖峰，葉兆藝，雷 傳

(1. 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2. 浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122； 3. 浙江大學海洋學院，浙江 舟山 316021)

海上風電是清潔再生能源，我國大力發(fā)展海上風電項目，其中江蘇省海上風電規(guī)模位列全國首位，占全國海上風電項目總裝機容量的70.4%。海上風電機組所發(fā)的電力，需要通過海纜連接海上升壓站，將電能的電壓提升至常規(guī)的電壓再送往陸上集控中心并入當?shù)仉娋W(wǎng)。導管架基礎海上升壓站由導管架基礎、鋼管樁和升壓站上部組塊組成，具有承載特性好，施工方便的特點，適用于水深淺的近海區(qū)域[1]。很多學者已經(jīng)針對導管架基礎的承載力特性[2-6]及施工工藝[7-8]開展了研究。

江蘇省某海域施工區(qū)域受風浪影響大，施工窗口期非常短。此外，海床床面承載性能差，采用典型在床面上擱置導管架后插樁、沉樁的施工工藝，導管架安裝標高控制難度大。因此，結(jié)合江蘇某海域海上升壓站導管架基礎建設項目，對導管架基礎施工技術及關鍵工藝進行研究，對后續(xù)導管架基礎施工建設具有參考意義。

1 工程概況

江蘇某海上風電場工程位于江蘇近海海域，H1號場區(qū)呈長方形，南北長約8 km，東西寬約5 km，場區(qū)規(guī)劃面積約40 km2，擬安裝42臺單機容量6 MW的風電機組，總裝機容量為252 MW。本工程位于江蘇省啟東海域，場區(qū)中心離岸距離約32 km(見圖1)，海底地形變化較為平緩，屬南黃海濱海相沉積地貌單元。場區(qū)內(nèi)地基土表層以粉砂為主。水深為6～13 m之間。海區(qū)全年盛行偏北向浪，頻率為63%，最大波高出現(xiàn)在9月份，達到2.8 m，6月份最小值1.8 m。

圖1 風電場地理位置示意圖

2 導管架基礎簡介

上部組塊升壓站含四層。一層平臺梁頂標高為15.00 m，主尺寸約為32.9 m×30.0 m。布置事故油罐、臨時休息室、備品間和相應的救生設備，同時一層也作為電纜層，海纜通過J型管穿過本層甲板，根據(jù)設備高度要求及電纜敷設的要求，層高6.0 m。二層平臺梁頂標高為21.00 m，主尺寸約為32.9 m×30.0 m，中間布置主變，兩臺主變分兩個房間布置，主變上空，主變一側(cè)布置開關室、低壓配電室、應急配電室；主變另一側(cè)布置GIS室、油罐室和生活泵房和消防泵房，層高5.0 m。三層平臺梁頂標高為26.00 m，主尺寸約為32.9 m×30.0 m，中間為主變區(qū)域，主變一側(cè)布置暖通機房、通信繼保室、蓄電池室，主變另一側(cè)為GIS上空、工具間、暖通機房，三層層高5.0 m。屋頂層甲板梁頂標高為31.0 m，主尺寸約為32.9 m×30.0 m，頂層甲板按照吊機、通信天線、避雷針等。導管架基礎外形主體尺寸：上口尺寸：16.398 m×20.69 m；下口尺寸：20.57 m×24.87 m；高度：23.9 m(見圖2)。

圖2 導管架基礎示意圖

3 導管架基礎安裝施工特點及主要內(nèi)容

3.1 施工特點

本項目的施工特點如下：①施工區(qū)域處于無遮掩外海，受風浪影響大，潮流呈旋轉(zhuǎn)流的運動形式，除風浪外，涌浪對施工的影響更大。施工窗口期非常短。②導管架和附屬設施整體重量達到884 t，超大型構(gòu)件海上運輸、吊裝作業(yè)安全風險大。③本工程海域地質(zhì)情況，采用典型在床面上擱置導管架后插樁、沉樁的施工工藝，因海床床面承載性能差，其預留沉降量難以準確計算，導管架安裝標高控制難度大。

3.2 施工內(nèi)容

本項目施工內(nèi)容主要包含：導管架的海運；導管架安裝；導管架基礎樁沉設；導管架與基礎樁間的灌漿連接；升壓站上部模塊安裝座的焊接。導管架基礎施工采用后樁法工藝，導管架采用整體預制、整體裝船運輸、現(xiàn)場整體安裝的方案，設防沉板輔助定位；基礎樁采用吊打工藝；灌漿連接施工專業(yè)分包。導管架運輸租用性能符合適航條件，滿足裝載要求的運輸船(見圖3)。

圖3 導管架安裝施工工藝流程圖

4 主要施工方案

4.1 導管架沉放作業(yè)

選擇風浪條件好的天氣，船舶進點駐位，做好準備工作。導管架220 kV電纜管側(cè)靠向起重船船頭，導管架中心線與吊機中心對齊，且導管架中心與吊機中心距離控制在43 m。船舶進點完成后，掛好鋼絲繩，緩慢起吊導管架。導管架起吊距離運輸船甲板2 m后，運輸船移開，保持起重船眾吊的狀態(tài)，通過錨纜作用下，起重船移動至導管架設計中心進行定位，定位完成后將導管架下放至海床面，緩慢松鋼絲繩，待導管架下沉穩(wěn)定后，對導管架標高、中心位置等進行測量，若不符合設計要求，需重新定位、下放，直至滿足設計要求(見圖4)。

圖4 導管架現(xiàn)場安放作業(yè)圖

4.2 基礎鋼管樁植樁

起重船工況校核單根鋼管樁直徑2 000 mm，長度87 m，重量約185 t。鋼管樁采用華申號起吊，采取雙船抬吊翻身。根據(jù)華申號的起重作業(yè)參數(shù)，副鉤最大吊高105m，最大允許負荷300t。在起重船進行導管架摘扣作業(yè)后，鋼樁運輸駁船靠華申號起重船并帶纜。綁扎纜風繩，華申號、大申號分別掛鋼樁主吊耳和翻身吊耳上，將樁平吊起來之后轉(zhuǎn)向船頭，進行豎樁。華申起升吊主吊耳的鉤頭，大申號下放吊翻身吊耳的鉤頭，直至狀體處于直立狀態(tài)。鋼樁起吊完成后，華申號吊機回轉(zhuǎn)至導管架樁腿正上方，鋼樁下放至樁腿口，鋼樁緩慢下放插入導管架樁腿至鋼樁停止自沉。導管架插樁作業(yè)采用對角插樁方式，依次步驟完成其余三根鋼樁插樁作業(yè)(見圖5)。采用IHC-S800液壓打樁錘進行打樁工作。

圖5 插樁示意圖

4.3 導管架定位校核

導管架控制的關鍵在導管架的平面位置及高程。導管架平臺GPS1、GPS2安裝加固后，根據(jù)導管架中心點坐標換算出GPS1(X1，Y1)、GPS2(X2，Y2)的坐標。利用GPS-RTK實時動態(tài)位置，精確就位：確認可以松鉤時浮吊要確保各錨纜都同時上力，浮吊緩緩松鉤，將導管架放到指定位置上。

為滿足導管架水平度的要求，插樁沉樁按如下要求進行：導管架沉放到位后，按對角交錯順序進行插樁、沉樁，打樁時同時進行導管架調(diào)平作業(yè)，其余三根鋼管樁與導管架臨時電焊固定，邊打邊調(diào)，打樁過程中要不斷測量導管架的位置和水平度(見圖6)，直至鋼樁沉至設計標高。沉樁結(jié)束后復測水平度，進行微調(diào)，導管架達到設計水平要求后可靠焊接固定。具體質(zhì)量控制要求如下：①導管架絕對位置允許偏差<500 mm；②導管架的沉放高程應預留沉樁過程中導管架的沉降，沉樁后導管架中心高程允許偏差≤300 mm；③沉樁過程中應隨時監(jiān)測并調(diào)整導管架的水平度，沉樁后導管架水平度(四個套管的任意兩個之間)偏差≤0.5%；④沉樁后導管架方位角允許偏差≤5°。

圖6 導管架安裝就位測量儀器布置示意圖

4.4 灌漿施工

對灌漿材料具體要求：高流動性；高抗壓和抗拉強度；高早強；高抗?jié)B；無收縮；高抗疲勞性能的綜合性能。評價和考核海上風電導管架灌漿材料的性能指標較多，包括灌漿材料的流動性、含氣量、泌水率、抗壓強度、抗折強度、抗拉強度、與鋼板粘結(jié)強度、抗氯離子滲透性指標以及疲勞強度等。 高強灌漿料施工工藝流程如圖7。

圖7 灌漿流程圖

灌漿料在華申號上進行攪拌，倒入壓力注漿泵后直接泵送至輸漿口。待灌漿料灌至設計高度后，即停止注漿，同時核算灌漿量，是否與設計灌漿量偏差是否在一定的范圍內(nèi)。滿足要求后進行灌漿設備拆除。

本升壓站導管架灌漿管線頂標高在+11.55～12.55 m，上部平臺標高為+11.75 m，灌漿管線軟管和升壓站導管架上預制灌漿管線需要通過吊籃進行接管，如圖8所示。

圖8 灌漿軟管連接圖

根據(jù)導管架灌漿施工質(zhì)量控制要求，每個環(huán)空灌漿施工過程中開始、中間和結(jié)束前對材料取樣，現(xiàn)場測試灌漿料性能。并在每個環(huán)空灌漿過程中，對灌漿料進行留樣制作試塊，測試抗壓強度作為評定灌漿施工質(zhì)量的依據(jù)。因此每個環(huán)空要制作3組試塊，其中三組試塊為2個齡期(7 d和28 d)測試抗壓強度，另外一組試塊作為備用。該導管架共需要制作16組抗壓強度試塊，需要40 mm×40 mm×160 mm三聯(lián)模具16個。在完成灌漿作業(yè)后，需要采取措施確保灌漿結(jié)束后24 h內(nèi)灌注好的漿體不受外界較大的擾動影響。灌漿后應根據(jù)現(xiàn)場留樣同條件養(yǎng)護試塊的壓強度達到設計允許強度后方可去除外力的臨時固定設備，灌漿連接不得在未達到指定強度前承受外力。

4.5 皇冠板和上部模塊安裝座板的焊接

導管架灌漿結(jié)束后，及時按照設計要求現(xiàn)場焊接上部模塊安裝座板?；使诎迨疽鈭D如圖9所示。

圖9 皇冠板焊接示意

5 施工標準

5.1 沉樁停錘

沉樁停錘標準如下：①升壓站安裝絕對位置，即最初安裝位置，允許偏差<500 mm；②每個導管架平臺四個樁樁頂平面內(nèi)的相對位置允許偏差不超過50 mm，任意兩根樁牛腿環(huán)板頂面之間的高程差不超過50 mm；③樁軸線傾斜度偏差<5%(垂直方向)；④兩個導管架平臺的中心點平面內(nèi)相對位置和高程允許偏差不超過300 mm；⑤沉樁精度控制偏差的測量應采取激光控制儀器完成，保證精度控制；⑥對于沉樁后精度控制超出設計規(guī)定的要求，應進行管樁的偏斜整改。

5.2 導管架安裝

導管架安裝允許偏差：①導管架絕對位置，即最初安裝位置，允許偏差<500 mm；②導管架的沉放高程應預留沉樁過程中導管架的沉降，沉樁后導管架中心高程允許偏差≤300 mm；③沉樁過程中應隨時監(jiān)測并調(diào)整導管架的水平度，沉樁后導管架水平度(四個套管的任意兩個之間)偏差≤0.5%；④沉樁后導管架方位角允許偏差≤5°。

5.3 灌漿材料

對灌漿材料具體要求：高流動性；高抗壓和抗拉強度；高早強；高抗?jié)B；無收縮；高抗疲勞性能的綜合性能。評價和考核海上風電導管架灌漿材料的性能指標較多，包括灌漿材料的流動性、含氣量、泌水率、抗壓強度、抗折強度、抗拉強度、與鋼板粘結(jié)強度、抗氯離子滲透性指標以及疲勞強度等。灌漿料的技術指標根據(jù)設計院提出的技術指標要求，其中28 d指標如下：豎向膨脹率0.01～0.1%，抗壓強度不小于80 MPa，抗折強度不小于10 MPa，抗拉強度不小于2 MPa，靜彈性模量不小于35 GPa。對于已加水攪拌好的漿體，如果在攪拌機中放置的時間較長仍未泵送，需要每隔5～10 min重新攪拌。配制漿體時，灌漿料和水的稱量精度應精確到±1%。

6 結(jié) 語

以江蘇某海上風電項目海上升壓站導管架基礎施工為例，對導管架基礎樁施工工藝及關鍵技術進行了闡述。

1)導管架基礎的施工內(nèi)容主要包含：導管架的海運；導管架安裝；導管架基礎樁沉設；導管架與基礎樁間的灌漿連接。

2)導管架基礎施工采用后樁法工藝，導管架采用整體預制、整體裝船運輸、現(xiàn)場整體安裝的方案，設防沉板輔助定位；基礎樁采用吊打工藝；灌漿連接施采用高強灌漿料施工，對灌漿料進行留樣制作試塊，測試抗壓強度作為評定灌漿施工質(zhì)量的依據(jù)。

3)導管架基礎施工標準主要包含沉樁停錘標準控制方法、導管架安裝允許偏差及灌漿材料質(zhì)量控制等。