國(guó)內(nèi)首例三樁吸力筒式導(dǎo)管架基礎(chǔ)灌漿工藝

本文格式為Word版，下載可任意編輯——國(guó)內(nèi)首例三樁吸力筒式導(dǎo)管架基礎(chǔ)灌漿工藝劉輝

隨著國(guó)家推進(jìn)新能源政策，我國(guó)風(fēng)電行業(yè)得到不斷發(fā)展。我國(guó)沿海蘊(yùn)蓄著豐富的風(fēng)能資源，隨著風(fēng)電施工技術(shù)條件不斷成熟，風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展前景越來(lái)越廣闊。文章結(jié)合三峽新能源陽(yáng)西沙扒海上風(fēng)電工程的工程實(shí)例，詳細(xì)介紹吸力筒式導(dǎo)管架式基礎(chǔ)灌漿關(guān)鍵施工技術(shù)，包括灌漿管線設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)和施工難點(diǎn)。

海上風(fēng)電;吸力筒;導(dǎo)管架;灌漿施工

TM614A1674-0688（2021）12-0028-04

0引言

目前，海上風(fēng)電場(chǎng)的投資建設(shè)中，風(fēng)機(jī)成本占40%左右，其中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和施工費(fèi)用占50%～60%[1]。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用最為廣泛的是傳統(tǒng)的導(dǎo)管架基礎(chǔ)，但是傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工工期長(zhǎng)、成本高、未知性大[2-3]，而吸力筒作為一種應(yīng)用于海洋工程的新型基礎(chǔ)形式，始于20世紀(jì)70年代，最初應(yīng)用的是挪威國(guó)家石油公司于1998年研發(fā)的吸力筒式導(dǎo)管架基礎(chǔ)，并于1994年首次在實(shí)際工程中使用，2022年丹麥Frederikshavn海上風(fēng)電場(chǎng)第一次將吸力筒用在海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)上。吸力筒基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)使用幾十年了，技術(shù)十分成熟，但是國(guó)內(nèi)還沒(méi)有真正用于海上風(fēng)電場(chǎng)工程的吸力筒基礎(chǔ)，目前處于試驗(yàn)階段，假如試驗(yàn)成功加以推廣，則會(huì)成為未來(lái)我國(guó)導(dǎo)管架式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的主流方向。

2022年三峽新能源陽(yáng)西沙扒海上風(fēng)電場(chǎng)突破國(guó)外技術(shù)壁壘，首次將三樁吸力筒式導(dǎo)管架式基礎(chǔ)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)風(fēng)電工程的水下27～32m淺覆蓋層當(dāng)中[4]，當(dāng)吸力筒結(jié)構(gòu)下沉，吸力筒筒頂?shù)目障恫捎霉酀{作業(yè)，直至填滿泥面以上吸力筒頂?shù)目臻g，這關(guān)系到該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的抗滑移、抗傾覆等穩(wěn)定性能，是三樁吸力筒式導(dǎo)管架式基礎(chǔ)施工的重要環(huán)節(jié)。

1工程概況

三峽新能源陽(yáng)西沙扒300MW海上風(fēng)電場(chǎng)位于廣東省陽(yáng)江市陽(yáng)西縣沙扒西側(cè)海疆，場(chǎng)址涉海約50km2，外圍風(fēng)機(jī)包絡(luò)海疆面積約43.2km2，水深在27～32m。場(chǎng)址中心離岸距離約28km，距陽(yáng)江市陸域最近距離約25km。場(chǎng)址西側(cè)有沙扒港航道，北側(cè)2km為湛黃航道及陽(yáng)江1號(hào)錨地區(qū)，東北側(cè)靠近陸地，為陽(yáng)西大樹(shù)島海洋保護(hù)區(qū)，東側(cè)有陽(yáng)西火電廠航道，南側(cè)為外海習(xí)慣航路。本工程3臺(tái)吸力筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)及風(fēng)機(jī)安裝工程位于風(fēng)電場(chǎng)北部淺覆蓋層區(qū)域，風(fēng)機(jī)編號(hào)分別為15#、28#、43#。

2吸力筒式導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)

2.1導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)

如圖1所示，該工程所用的三樁吸力筒式導(dǎo)管架由外平臺(tái)、過(guò)渡段、靠船件、導(dǎo)管架、吸力筒和“J〞形管等附屬構(gòu)件組成，整個(gè)導(dǎo)管架由下部筒體、中部導(dǎo)管架、上部平臺(tái)分別加工后，再進(jìn)行焊接組合而成[5]。

2.2導(dǎo)管架的運(yùn)輸和安裝

導(dǎo)管架在加工廠生產(chǎn)檢驗(yàn)完畢后，需要用駁船運(yùn)輸?shù)斤L(fēng)場(chǎng)，吸力筒式導(dǎo)管架的裝船方式采用SPMT小車(chē)滾裝裝船方式，到達(dá)風(fēng)場(chǎng)后，進(jìn)行沉貫施工前先由專業(yè)的挖泥船清淤整平施工場(chǎng)地，便利后期的導(dǎo)管架安裝，清淤終止后進(jìn)行導(dǎo)管架的貫入分析[6，7]。

貫入分析和泵設(shè)備安裝調(diào)試之后進(jìn)行沉貫作業(yè)，吸力筒式導(dǎo)管架式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)貫入自重下沉過(guò)程和負(fù)壓下沉過(guò)程中，都應(yīng)操縱下沉速率，基礎(chǔ)下沉各階段的下沉速率應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，基礎(chǔ)貫入的偏差應(yīng)在允許范圍之內(nèi)[8]（如圖2所示）。

3吸力筒式導(dǎo)管架灌漿施工

3.1吸力筒灌漿部位

三樁吸力筒式導(dǎo)管架基礎(chǔ)貫入下沉終止之后，要求對(duì)吸力筒的筒頂與泥面空間進(jìn)行回填灌漿，將筒內(nèi)的海水排出，在海上風(fēng)電灌漿施工前必需做大量準(zhǔn)備工作，確保灌漿施工盡量一次性灌漿成功。根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖，吸力筒最大直徑為13m，筒頂距離泥面高度為0.5m，單筒理論灌漿量為66.3m3，現(xiàn)場(chǎng)采用具高滾動(dòng)性、自密實(shí)的灌漿料進(jìn)行灌注和填充（如圖3所示）。

3.2吸力筒灌漿施工流程（如圖4所示）

一個(gè)筒體灌漿終止后，中止泵送，潛水員拆除管線，關(guān)閉通氣球型閥門(mén)，回收管線，通知船上操縱室進(jìn)行移船到另外兩個(gè)吸力筒灌漿位置，重復(fù)上述的開(kāi)始準(zhǔn)備、攪拌、泵送、灌漿及中止等工序，直至完成3個(gè)筒型基礎(chǔ)筒頂空間的灌漿。

3.3灌漿管線預(yù)設(shè)

灌漿管線設(shè)置為1個(gè)裝有分派管的主灌漿管、2根備用灌漿管、1個(gè)出漿口。灌漿管線連接接頭位于吸力筒頂以上2m處。此工程中采用的主灌漿管為直徑400mm的管線，在接頭處變徑為內(nèi)徑65mm的管線，通過(guò)法蘭與DN65的球閥相連，灌漿施工時(shí)需要將DN65法蘭的預(yù)制接頭與灌漿軟管連接，進(jìn)行灌漿（如圖5所示）。

3.4灌漿管線連接

（1）在灌漿管線連接之前，由潛水員協(xié)同到達(dá)筒頂處，開(kāi)啟預(yù)制灌漿管口的連接接頭處的DN65球閥，分別在出漿管口和兩個(gè)備用灌漿管口處測(cè)量泥面到筒頂?shù)纳疃?，傳至甲板操縱室估算灌漿用量，并將預(yù)備的導(dǎo)向繩水下一頭固定到筒頂處。

（2）潛水員在測(cè)量完成后，甲板人員根據(jù)設(shè)計(jì)要求連接灌漿管線，管線布置清楚可見(jiàn)，不得被其他遮蓋物覆蓋;由吊機(jī)協(xié)同甲板施工人員將連接好的灌漿軟管順著導(dǎo)向繩劃入水中，此過(guò)程要由潛水員順著導(dǎo)向繩改正管線方向，特別是管線連接處，防止灌漿軟管卡在導(dǎo)管架上部斜撐角處，強(qiáng)拉引起管線斷開(kāi)，確認(rèn)灌漿軟管下放到位后，潛水員將灌漿軟管一頭接到預(yù)留鋼管主灌漿管頭。

（3）灌漿前將灌漿管線固定在筒頂預(yù)制主灌漿管管口，管口外留10m左右的軟管盤(pán)放在筒頂，起到止落作用，船上準(zhǔn)備好備用灌漿軟管放置在甲板附近，當(dāng)發(fā)生堵管或其他緊急狀況時(shí)進(jìn)行快速更換。

（4）潛水員將預(yù)備的水下攝像頭固定在預(yù)制出漿管口處，便利甲板操縱室及時(shí)觀測(cè)溢漿狀況。

（5）將灌漿軟管從頭至尾全部檢查捋順，灌漿軟管中間角度不能太小，防止軟管打折影響后期灌漿料的泵送，所有檢查完畢后，將筒頂?shù)剿嬷g的灌漿軟管間隔用細(xì)繩固定在導(dǎo)管架的陽(yáng)極塊或者斜撐上。

（6）確認(rèn)所有的灌漿軟管連接（軟管之間、軟管與泵之間、軟管與預(yù)制灌漿管之間）都正常后，對(duì)甲板軟管進(jìn)行固定。

4吸力筒式導(dǎo)管架灌漿施工的難點(diǎn)

此工程屬于國(guó)內(nèi)首例三樁吸力筒式導(dǎo)管架風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)特別，灌漿施工難度大，灌漿材料、灌漿位置、灌漿量等均與傳統(tǒng)灌漿有較大區(qū)別，灌漿施工只能借鑒以往傳統(tǒng)灌漿工程經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況進(jìn)行施工安排。

4.1灌漿管線的安裝和拆除

此工程與傳統(tǒng)水下灌漿施工不同，灌漿管線不是用預(yù)制鋼管連接至水上平臺(tái)，而是現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水下灌漿管連接，吸力筒筒頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為-30m，假如采用灌漿軟管進(jìn)行水下接納，傳統(tǒng)的抱箍式接頭水下接納困難，潛水作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大大增加，灌漿過(guò)程監(jiān)控判斷困難。因此，灌漿管線全部都是軟管連接，整個(gè)過(guò)程都是由潛水員和甲板人員協(xié)同完成，高度考驗(yàn)施工團(tuán)隊(duì)的專業(yè)性和協(xié)調(diào)能力。假如施工過(guò)程中灌漿管線連接出現(xiàn)問(wèn)題，需要重新把整條管線吊至甲板全部清洗，從準(zhǔn)備工作開(kāi)始重新施工。為了防止灌漿軟管中途由于壓力過(guò)大出現(xiàn)連接斷開(kāi)問(wèn)題，此工程中使用的灌漿軟管水下部分采用法蘭接頭，水上部分采用抱箍式接頭，并且在泵車(chē)出料口處設(shè)置壓力表，由專業(yè)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止施工過(guò)程中出現(xiàn)爆管、斷管等狀況。

4.2灌漿材料的性能

此工程施工時(shí)間長(zhǎng)，施工溫度對(duì)灌漿材料用水量影響大，泵送灌漿料距離遠(yuǎn)，一般灌漿材料會(huì)出現(xiàn)離析，吸力筒灌漿對(duì)灌漿材料的強(qiáng)度要求不高，但灌漿深度較大，灌漿料需填充的空間大，水下灌漿施工難度較大，對(duì)材料水下澆筑的抗水分散性、可泵性、滾動(dòng)性和可工作時(shí)間等要求極其苛刻，對(duì)灌漿設(shè)備的功能、穩(wěn)定性和船機(jī)協(xié)同也要求較高，難度極大。

此工程由中交港灣（上海）科技有限公司進(jìn)行施工，配備專業(yè)的灌漿設(shè)備和灌漿團(tuán)隊(duì)，灌漿材料選用該公司自主研發(fā)的海上風(fēng)電施工中大滾動(dòng)度的專業(yè)灌漿材料OEM-HG-1000，灌漿施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格測(cè)試灌漿料溫度、滾動(dòng)度、表觀密度等指標(biāo)，隨時(shí)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整用水量，適應(yīng)不同時(shí)間段的溫度變化，各個(gè)指標(biāo)符合要求以后才可泵入?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試灌漿材料技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

4.3實(shí)際灌漿材料用量估算誤差大

此工程中采用的吸力筒基礎(chǔ)直徑大，導(dǎo)致筒頂空間灌漿量大，由于此結(jié)構(gòu)適用于砂性土和軟黏土海洋地質(zhì)條件，吸力筒在下放過(guò)程中，吸力泵向外抽水進(jìn)行負(fù)壓下沉，造成泥面不平，而海上風(fēng)電灌漿施工的特別性在于施工開(kāi)始后必需一次性完成，假如對(duì)灌漿方量估算不準(zhǔn)，可能會(huì)導(dǎo)致材料預(yù)備不夠，所以根據(jù)灌漿前的測(cè)量數(shù)據(jù)估算灌漿方量只能作為參考，具體以實(shí)際施工為準(zhǔn)。吸力筒灌漿前除根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙預(yù)算灌漿方量，還要多準(zhǔn)備20%左右的灌漿材料;吸力筒下沉過(guò)程中采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)和筒內(nèi)泥面整平技術(shù)，盡量確切估算灌漿方量[4]。吸力筒式導(dǎo)管架灌漿施工材料用量分析圖如圖6所示。

4.4灌漿工作量大，施工時(shí)間長(zhǎng)

吸力筒式導(dǎo)管架式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特別，必要狀況下采用“三點(diǎn)灌漿法〞施工，當(dāng)出現(xiàn)溢漿時(shí)必需中止泵送，等待灌漿料自流填滿整個(gè)空間，等待期間還會(huì)增加堵管的風(fēng)險(xiǎn)，灌漿施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（8～30h），不確定性大，對(duì)施工人員形成諸多挑戰(zhàn)。此外，環(huán)境溫度變化大，影響灌漿料的拌合用水量，進(jìn)而影響灌漿材料的滾動(dòng)度和出料溫度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使材料滾動(dòng)度不夠，造成灌漿管線堵塞，影響灌漿施工進(jìn)程，因此施工人員采取輪班制，保證攪拌機(jī)和材料泵送連續(xù)作業(yè)，避免疲乏作業(yè)或者超負(fù)荷作業(yè);施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格檢測(cè)材料中的滾動(dòng)度和環(huán)境溫度，隨時(shí)根據(jù)實(shí)際狀況調(diào)整材料用水量;盡量選取下午或夜間施工，如遇下雨和高溫狀況應(yīng)采用必要的防水和防曬措施，而且整個(gè)工作過(guò)程應(yīng)保持甲板清潔。

5結(jié)語(yǔ)

此工程是目前國(guó)內(nèi)首次將三樁吸力筒式導(dǎo)管架式基礎(chǔ)應(yīng)用于海上風(fēng)電工程中，其中吸力筒筒頂空間灌漿也是國(guó)內(nèi)首例，借鑒以往傳統(tǒng)導(dǎo)管架基礎(chǔ)灌漿施工經(jīng)驗(yàn)，戰(zhàn)勝施工過(guò)程中的難點(diǎn)，不斷積累總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為未來(lái)類(lèi)似結(jié)構(gòu)施工提供參考。其對(duì)于開(kāi)拓海上風(fēng)電場(chǎng)吸力筒基礎(chǔ)市場(chǎng)，推動(dòng)國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電吸力筒基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展，助力國(guó)家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型都具有里程碑式的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]尚景宏.海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2022.

[2]孫緒廷，楊丹良，馬純杰.海上風(fēng)電基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展分析[J].XX建筑，2022（18）：64-65.

[3]賀赟.海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)專利技術(shù)發(fā)展及前景[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2022（16）：41-42.

[4]陳旭光，馬慶松，許建鵬，等.適用于海洋電能下貫至海底面以下的負(fù)壓筒及安裝方法[P].中國(guó)專利：2022

10308046.9，2022-09-07.

[5]楊俊羅，超商輝，陶曉偉.MW級(jí)吸力筒式海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].2022年度海洋工程學(xué)術(shù)會(huì)討論文集，2022：167-174.

[6]祁越，劉潤(rùn)練，