張夢(mèng)帝

（天津港航工程有限公司，天津 300457）

1 工程概況

華能山東半島南4 號(hào)海上風(fēng)電項(xiàng)目為山東省首個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目，風(fēng)電場(chǎng)位于山東省海陽(yáng)市南部海域，場(chǎng)區(qū)中心點(diǎn)距離海岸約30 km，總規(guī)劃面積約45.56 km2，風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址水深為29～31 m。該項(xiàng)目的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)均采用無(wú)過(guò)渡段單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，樁頂高程+12.0 m（85 高程系），樁長(zhǎng)79.5～96.5 m，樁重1 004.69～1 305.43 t，單樁基礎(chǔ)樁徑6.0～7.7 m。

2 基面的高程關(guān)系

根據(jù)2018 年12 月至2019 年11 月一年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，計(jì)算本施工海域平均海面平面在1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)面以上1 cm，理論深度基準(zhǔn)面在平均海面以下228.8 cm。

3 特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1）本工程采用固定扒桿起重船通過(guò)鋼絲繩連接主吊耳起吊，小型全回轉(zhuǎn)起重船進(jìn)行溜尾的方式來(lái)吊樁立樁，并且在定位駁上配備大型液壓沖擊錘進(jìn)行吊打沉樁。

2）本工程采用固定扒桿起重船起吊穩(wěn)樁架并由錨艇拖帶的方式進(jìn)行移場(chǎng)，采用坐底式穩(wěn)樁架代替?zhèn)鹘y(tǒng)打樁船的自帶穩(wěn)樁架，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

3）本工程由于水深較深，采用傳統(tǒng)的溜尾方式無(wú)法順利摘鉤，因此鋼管樁樁底部通過(guò)管樁鉗夾樁，立樁觸底或立樁完成后自動(dòng)摘鉤。

4）坐底式穩(wěn)樁架定位系統(tǒng)采用星站差分（RTX）技術(shù)，具有測(cè)量效率高、精確度高、數(shù)據(jù)可靠、單機(jī)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)[1]。

5）本工程采用液壓沖擊錘吊打施工時(shí)，采用替打法蘭作為有效保護(hù)措施，確保樁頂法蘭在沉樁過(guò)程中不受破壞。

6）本工程施工海域水深浪大、施工窗口期較短，施工效率難以保證。

7）本工程地形地質(zhì)條件復(fù)雜，各土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)差別較大，存在沉樁困難以及溜樁的雙重風(fēng)險(xiǎn)，施工難度大。

8）本工程鋼管樁樁長(zhǎng)最大達(dá)96.5 m、樁徑最大達(dá)7.7 m、樁重最大達(dá)1 305.43 t，施工船機(jī)要求噸位、起重量等均較大，選型困難。

4 主要船機(jī)設(shè)備

1）1 500 t 固定扒桿起重船“嘉泰68”?！凹翁?8”船長(zhǎng)90.8 m，船寬35 m，型深6.7 8m，空載吃水2.4 m，滿載吃水5.0 m。

2）800 t 全回轉(zhuǎn)起重船“特順起重1 號(hào)”?！疤仨樒鹬? 號(hào)”船長(zhǎng)78.3 m，船寬29.3 m，型深5.5 m，空載吃水2.07 m，滿載吃水3.2 m。

3）坐底式穩(wěn)樁架。坐底式穩(wěn)樁架由架體、底部防沉板、浮筒、抱樁器平臺(tái)（兩層）、動(dòng)力站、4 根定位樁組成。其中架體高50.18 m、長(zhǎng)25 m、寬23 m；定位樁樁長(zhǎng)70 m；總重1 280 t。

4）打樁錘。結(jié)合已有的類似項(xiàng)目和類似工程的單樁施工經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮施工海域的工程地質(zhì)情況、樁基設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)等因素，經(jīng)沉樁可打性分析，樁錘選用MENCK3500 液壓錘。

5）定位駁船“今海龍2 號(hào)”?！敖窈｝? 號(hào)”船長(zhǎng)97 m，船寬27 m，型深5 m，空載吃水3.5 m，滿載吃水3.7 m，總噸位3 465 t。

5 施工工藝

采用坐底式穩(wěn)樁架進(jìn)行單樁基礎(chǔ)沉樁施工的工藝流程如下。

5.1 坐底式穩(wěn)樁架定位

采用由固定扒桿起重船起吊穩(wěn)樁架進(jìn)行拖航定位，穩(wěn)樁架的抱臂面向固定扒桿起重船的大臂。定位系統(tǒng)采用星站差分（RTX）技術(shù)，根據(jù)坐底式穩(wěn)樁架的結(jié)構(gòu)形式、移場(chǎng)方式確定坐底式穩(wěn)樁架上兩臺(tái)固定GPS 位置。由于本工程設(shè)計(jì)要求塔筒門方面為正西方向，因此裝船的方式和鋼管樁主吊耳的方向決定現(xiàn)場(chǎng)的駐位方式，即駐位方式取決于坐底式穩(wěn)樁架抱臂朝向。錨艇根據(jù)錨點(diǎn)進(jìn)行拋錨，起重船通過(guò)絞錨完成坐底式穩(wěn)樁架方位和位置的調(diào)整[2]。

5.2 船舶駐位

在坐底式穩(wěn)樁架定位完成后，定位駁由錨艇拖船至施工范圍內(nèi)，到達(dá)機(jī)位進(jìn)行拋錨定位，定位駁軸向方向與固定扒桿起重船軸向方向一致，確保人員可以正常上下穩(wěn)樁架，船艏與船艉拋下八字錨，長(zhǎng)度約為500 m。在定位駁駐位完成后，全回轉(zhuǎn)起重船靠泊定位駁一側(cè)，固定扒桿起重船副鉤起吊振動(dòng)錘進(jìn)行坐底式穩(wěn)樁架定位樁打設(shè)。坐底式穩(wěn)樁架施工完成后，運(yùn)輸船進(jìn)場(chǎng)靠泊在全回轉(zhuǎn)起重船一側(cè)。

5.3 翻身立樁

固定扒桿起重船通過(guò)絞收錨繩，將吊索具移至鋼管樁主吊耳上方并松鉤，雙主鉤通過(guò)主吊鋼絲繩掛住環(huán)形吊耳，小型全回轉(zhuǎn)起重船的主鉤連接管樁鉗（承重400 ）t 夾至樁底部的正上方。固定扒桿起重船和全回轉(zhuǎn)船同步起吊，當(dāng)鋼管樁與運(yùn)輸工裝完全脫離時(shí)，先暫停起吊，待鋼管樁晃動(dòng)幅度很小時(shí)繼續(xù)起吊，當(dāng)鋼管樁高出運(yùn)輸船煙囪有一定安全距離時(shí)，運(yùn)輸船解除纜繩，退出施工區(qū)域。兩條起重船相互配合從而實(shí)現(xiàn)鋼管樁由水平變?yōu)橹绷顟B(tài)。

5.4 喂樁

當(dāng)樁成豎向狀態(tài)時(shí)，再次用GPS-RTX 復(fù)驗(yàn)坐底式穩(wěn)樁架周圍的3 個(gè)固定的坐標(biāo)點(diǎn)位置驗(yàn)證樁中心是否滿足設(shè)計(jì)要求[3]。與此同時(shí)，固定扒桿起重船通過(guò)絞錨移動(dòng)將樁慢慢喂進(jìn)抱樁器，樁進(jìn)抱樁器的時(shí)機(jī)選擇在水流平緩時(shí)進(jìn)行。

5.5 沉樁

沉樁過(guò)程主要控制點(diǎn)包括：自沉樁身垂直度控制、沉樁過(guò)程中垂直度控制、法蘭水平度調(diào)整、樁頂標(biāo)高控制。

1）自沉樁身垂直度控制。自沉階段以入泥10 m或卸重1/3 為分界。穩(wěn)樁至入泥10 m 或卸重1/3，因?yàn)闃渡硎芩搅^小，上部隨起重船晃動(dòng)較大，垂直度主要通過(guò)調(diào)整抱樁器千斤頂、起重船鉤頭高度、起重船的前后位置。卸重1/3 至脫鉤，樁處于趨于穩(wěn)定狀態(tài)，垂直度主要通過(guò)調(diào)整抱樁器千斤頂、起重船鉤頭高度。

2）錘擊沉樁過(guò)程中樁身垂直度控制。錘擊沉樁以錘擊入泥前20 m、溜樁和錘擊20 m 后為界。錘擊入泥前20 m 是垂直度控制的關(guān)鍵時(shí)期之一。其中因地質(zhì)原因，溜樁垂直度控制是本階段垂直度控制的重點(diǎn)。本階段主要以千斤頂調(diào)整為主，上下層千斤頂頂進(jìn)方向相同。

錘擊入泥前20 m 樁身垂直度觀測(cè)，觀測(cè)范圍與初始觀測(cè)范圍一致，通過(guò)觀測(cè)偏差進(jìn)行調(diào)整。樁身垂直度調(diào)整時(shí)千斤頂不應(yīng)一次頂?shù)轿?，?yīng)調(diào)整偏差量的一半，使樁身在錘擊下沉過(guò)程中隨著千斤頂?shù)捻斄βM(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)地勘資料，詳細(xì)分析各土層參數(shù)，預(yù)估溜樁位置和距離，當(dāng)沉樁接近理論溜樁位置時(shí)，指揮人員加強(qiáng)與液壓沖擊錘錘組的溝通，根據(jù)實(shí)際貫入度實(shí)時(shí)調(diào)整錘擊頻率和錘擊能量，以小能量單擊為主，當(dāng)貫入度大于20 mm/擊時(shí)，停止錘擊，同時(shí)加大垂直度觀測(cè)頻率，如偏差超出1‰，立即糾偏[4]。錘擊20 m 后樁身入泥深度過(guò)大，只能通過(guò)觀測(cè)偏數(shù)據(jù)使用千斤頂對(duì)樁身偏移的趨勢(shì)進(jìn)行控制。

3）法蘭水平度調(diào)整。法蘭盤水平度調(diào)整在自沉完畢后進(jìn)行，其調(diào)節(jié)主要分為樁頂法蘭水平度調(diào)整和樁身初始偏差量的觀測(cè)，樁頂法蘭水平度調(diào)整是通過(guò)調(diào)整千斤頂減小樁頂法蘭面高差，其具體觀測(cè)和調(diào)整方法如下：樁頂法蘭水平度測(cè)量，使用水準(zhǔn)儀測(cè)量穩(wěn)樁架上下層平臺(tái)4 個(gè)千斤頂對(duì)應(yīng)樁頂法蘭處高差，高差為對(duì)角位置兩讀數(shù)之差。以高差數(shù)值為依據(jù)調(diào)整千斤頂，使高差不超過(guò)2 mm 為止。

4）樁頂標(biāo)高控制。通過(guò)樁身刻度和坐底式穩(wěn)樁架的高程來(lái)計(jì)算控制，使用GPS-RTX 進(jìn)行測(cè)量，用GPS-RTX 測(cè)量穩(wěn)樁架上層的高程，再通過(guò)鋼尺將穩(wěn)樁架上層測(cè)量點(diǎn)的高程傳遞到下層穩(wěn)樁架上。根據(jù)貫入度控制錘擊能量，必要時(shí)停錘觀測(cè)，保證樁頂?shù)臉?biāo)高偏差滿足設(shè)計(jì)要求。

5）坐底式穩(wěn)樁架移場(chǎng)。坐底式穩(wěn)樁架上層平臺(tái)上有四個(gè)軸銷式吊點(diǎn)，兩根86 m 的主吊鋼絲繩連接1500T 平衡梁和兩根周長(zhǎng)36 m 的高分子吊帶連接副鉤，再通過(guò)分別連接上平臺(tái)兩個(gè)吊耳的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)，提升坐底式穩(wěn)樁架時(shí)，“嘉泰68”首先緩慢提升副鉤，減少防塵板的吸附力，“嘉泰68”提升主鉤使坐底式穩(wěn)樁架離開(kāi)泥面，隨后主副鉤同時(shí)起吊，離開(kāi)泥面5 m 位置后整體采用倒拖的方式拖運(yùn)到下一個(gè)機(jī)位。

6 質(zhì)量控制要點(diǎn)

1）沉樁允許偏差。絕對(duì)位置（WGS1984 或國(guó)家2000 坐標(biāo)系）允許偏差500 mm；樁頂高程允許偏差50 mm；沉樁完成后的基礎(chǔ)頂法蘭水平度偏差≤3‰；鋼管樁塔筒門方向?yàn)檎鞣较颉?/p>

2）貫入度。最后6 個(gè)連續(xù)25 cm 的沉樁平均貫入度不超過(guò)20 mm 時(shí)，做好沉樁記錄報(bào)告監(jiān)理。

7 后續(xù)施工改進(jìn)建議

1）由于本工程水深在30 m 左右，為保證沉樁施工順利進(jìn)行，在綜合考慮成本及安全的情況下，在深水區(qū)盡可能的選擇噸位較大的船機(jī)進(jìn)行施工。

2）為保護(hù)鋼管樁面漆，在進(jìn)行坐底式穩(wěn)樁架設(shè)計(jì)時(shí)，將坐底式穩(wěn)樁架千斤頂尺寸和油缸尺寸設(shè)計(jì)大一些，保證鋼管樁和千斤頂充分接觸。

3）加強(qiáng)氣象的收集并及時(shí)與各施工船舶溝通，綜合分析并合理安排窗口期，提高施工效率。

4）針對(duì)大直徑鋼管樁施工，采用“一樁一議”的方法，根據(jù)靜力觸探測(cè)試成果圖，充分認(rèn)識(shí)每層土質(zhì)的性能指標(biāo)，分析可能溜樁的區(qū)段，在沉樁時(shí)著重注意該土層，以最小能量點(diǎn)擊為主。

8 結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)采用坐底式穩(wěn)樁架沉樁施工的工藝流程和測(cè)量控制重點(diǎn)等進(jìn)行了詳細(xì)的論述，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況提出了一些后續(xù)施工改進(jìn)建議，其中關(guān)于坐底式穩(wěn)樁架定位和鋼管樁垂直度控制仍為該工程的重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)充分的前期準(zhǔn)備和精心的現(xiàn)場(chǎng)管理，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，已沉鋼管樁的沉樁效果良好，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過(guò)本工程，希望后續(xù)有類似在30 m 左右水深的海域進(jìn)行單樁基礎(chǔ)沉樁施工的海上風(fēng)電項(xiàng)目充分考慮各種因素，在確保安全和質(zhì)量可控的前提下，保證工程順利完成。