海上風電群樁基礎沉樁施工方法及專用導向架與流程

本發明涉及一種海上風電群樁基礎沉樁施工方法及專用導向架。

背景技術：

隨著國內海上風力發電，尤其是大功率風力發電機和深水海上風場的快速發展，不同海域的地質條件差異巨大，海上風機基礎必須能夠適應多種復雜地質，因此，對于復雜的海洋地質條件，要將大型風力發電機及其支撐結構固定在海床上尤為重要。

單樁基礎導向架結構受力明顯，可在船舷處通過臨時改造放置導向架，但群樁基礎結構較為分散，無法通過直接在船舷處放置導向架來實現。

因而，針對上述要求需要我們設計一種施工方便，以及能夠保證鋼樁位置、垂直度、高程及高差準確、鋼樁結構受力均勻性及科學性的施工方法，以及設計一種該方法中使用的專用導向架。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種海上風電群樁基礎沉樁施工方法以及該方法中需用到的專用導向架。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

海上風電群樁基礎沉樁施工方法，其特征在于：包括以下步驟：

一、施工準備：各種材料及設備準備到位，并制作好導向架，

二、絞錨gps精確定位：使導向架打樁位置與設計位置基本重合，

三、臨時樁插打：通過導向架的臨時樁導向管打入臨時樁，然后將導向架通過懸掛系統固定懸掛于臨時樁上，以便形成固定平臺，

四、鋼管樁起吊翻轉、插樁：吊具將鋼管樁起吊按照要求插入導向架的套管內，

五、第一次沉樁：用液壓錘依次將四根鋼管樁插打至樁頂距導向架上平面一定高度，

六、第二次沉樁：采用送樁器輔助沉樁至水下設計標高，

七、沉樁測量控制：保證鋼管樁之間相對距離偏差、高程、高差、垂直度符合工藝要求，

八、拆除平臺及臨時樁。

所述導向架上設有氣泡帷幕。

步驟三的具體過程在于：

1，吊船精確定位，吊裝導向架入水并擱于海床，

2，吊機從運輸船上直接單點起吊臨時樁，將四根臨時樁依次豎直插入導向架的套管內，臨時樁通過自重入泥支撐，

3，吊機從甲板起吊打樁錘，通過液壓夾持器固定安裝于臨時樁頂部

4，啟動打樁錘，觀測控制打樁能量及貫入度，完成沉樁，

5，依次完成四根臨時樁插打，臨時樁標高控制在預定高度，

6，吊機整體提升導向架，

7，利用懸掛系統將導向架掛在臨時樁上，

8，通過固定于海中測量平臺監控，調平導向架水平，形成打樁固定平臺。

海上風電群樁基礎沉樁施工專用導向架，其特征在于：包括上導向架及下導向架，所述上導向架包括四個兩兩對稱排布的鋼樁上導管，且每兩個鋼樁上導管間設有臨時樁上導管，所述鋼樁上導管與臨時樁上導管間通過上鋼梁連接；所述下導向架包括四個兩兩對稱排布的鋼樁下導管，且每兩個鋼樁下導管間設有臨時樁下導管，所述鋼樁下導管與臨時樁下導管間通過下鋼梁連接，所述上導向架與下導向架之間通過螺栓連接為一個整體,且臨時樁上導管與相應的臨時樁下導管同軸，所述每一鋼樁上導管的頂端部設有若干能夠校正鋼樁垂直度的導向輪組，所述鋼樁下導管低端焊有防沉板，所述臨時樁頂部設有可以提升導向架的懸掛裝置。

所述導向輪組包括固定于上導向架上的油壓缸，該油壓缸的活塞桿端部連接有滑塊，該滑塊上設有轉軸，該轉軸上設有滾輪。

所述導管內設有限位塊。

所述鋼樁上導管的頂端部環形均布有四組導向輪組。

所述鋼樁上導管與臨時樁上導管間還設有用于加強連接的上斜鋼梁；所述鋼樁下導管與臨時樁下導管間還設有用于加強連接的下斜鋼梁。

所述防沉板上設有若干通孔。

所述臨時樁頂部設有可以提升導向架的懸掛裝置。

本發明的有益效果是：通過本施工方法打入的鋼管樁，不僅施工方便，而且鋼管樁位置、垂直度、高程及高差準確，且能保證其鋼管樁結構受力的均勻性及科學性。

本發明的導向架底焊有防沉板，導向架通過防沉板擱于海床，如果海床稍有凹凸，因防沉板面積大，因而整體也可保持平整，避免了對船機的改造以用于安裝專用導向架。但是由于防沉板陷入海床的淤泥中，增加了提升的困難，因而本導向架采用可拆的上、下兩層結構，在打樁完成后可以選擇將連接上導向架及下導向架的螺栓拆卸掉，將上下兩層導向架分層吊起，也可以選擇上下兩層導向架一同吊起。防沉板上設有若干通孔，能夠減小淤泥對防沉板吸附作用。

本發明可以坐底成為臨時固定式平臺，也可以懸掛在臨時樁上成為臨時浮式平臺，具有定位快，精度高等特點，并具有快速施工的作用，極大提高了我國海上風電施工技術水平大大

降低了施工成本，促進我國海上風電市場的發展。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的正視結構示意圖；

圖2是本發明的俯視結構示意圖；

圖3是圖1的a處局部放大圖；

圖4是施工方法的流程簡圖。

具體實施方式

參照圖1至圖3，本發明公開了公開了一種海上風電群樁基礎沉樁施工專用導向架，包括上導向架1及下導向架2，所述上導向架1包括四個兩兩對稱排布的鋼樁上導管11，且每兩個鋼樁上導管11間設有臨時樁上導管12，所述鋼樁上導管11與臨時樁上導管12間通過上鋼梁13連接；所述下導向架2包括四個兩兩對稱排布的鋼樁下導管21，且每兩個鋼樁下導管21間設有臨時樁下導管22，所述鋼樁下導管21與臨時樁下導管22間通過下鋼梁23連接，所述鋼樁上導管11與對應的鋼樁下導管21通過螺栓連接為一個套管，從而也使上導向架1與下導向架2連接為一個整體，且臨時樁上導管12與相應的臨時樁下導管22同軸，為了增加連接強度鋼樁上導管11與臨時樁上導管12間還設有用于加強連接的上斜鋼梁14；所述鋼樁下導管21與臨時樁下導管22間還設有用于加強連接的下斜鋼梁24。上述結構中，臨時樁通過臨時樁上導管12及相應的臨時樁下導管22導入，當臨時樁打入后再將導向架掛起，通過懸掛裝置將導向架掛在臨時樁上，該懸掛裝置為一放置于臨時樁頂端的懸掛座15，該懸掛座15的邊沿設有懸掛桿16，該懸掛桿16端部通過螺栓與上導向架1鎖緊，從而將導向架懸掛于臨時樁上，懸掛的同時將導向架調平，形成臨時浮式打樁平臺，從而將鋼管樁從鋼樁上導管11及相應的鋼樁下導管21導入并錘到預定標高，所述導向架套管上設置有水平刻度線。

當然上述只是我們根據施工要求及環境對導向架1使用的一種具體選擇；在不同的施工要求及環境下，我們也可將導向架整體放置在海床上，插入臨時樁固定位置，測量導向架水平度，通過局部壓重微調使其達到設計水平，形成臨時固定式打樁平臺。

如圖所示，為了在打入鋼管樁的過程中保證鋼管樁的垂直度，所述每一鋼樁上導管11的頂端部設有四組能夠校正鋼樁垂直度的導向輪組3，所述導向輪組3包括固定于上導向架1上的油壓缸31，該油壓缸31的活塞桿端部連接有滑塊32，該滑塊32上設有轉軸33，該轉軸33上設有滾輪34，且上導向架1上設有引導滑塊32滑動的導管35，因而通過控制各油壓缸31就能夠控制相應滾輪34的位置，通過滾輪34推擠鋼管樁就能使鋼管樁保持垂直，而且導管35內設有限位塊36，用于控制滑塊32的移動位置。

參照圖4，本發明還公開了一種海上風電群樁基礎沉樁施工方法，包括以下步驟：

一、施工準備：各種材料及設備準備到位，并制作好導向架，

二、拋錨定位：使導向架打樁位置與設計位置基本重合，具

體過程為：利用固定于駕駛臺的2臺gps測站和傾斜儀作為打樁定位系統，通過電腦實時測量顯示樁位坐標和方位差值。然后通過絞錨系統調整船體位置，使導向架打樁位置與設計位置基本重合，使中心偏差小于30cm，轉角偏差要小于1°。導向架起吊下放過程中，通過控制船體軸線和導向架軸線平行或正交，控制導向架的方位角。導向架整體下放到海床后，觀察套管刻度線，判斷導向架是否基本水平。全回轉吊船及臨時樁運輸駁船就位于導向架側面施工位置，準備吊臨時樁。正式樁運輸船駐泊于吊船前方。

三、臨時樁插打：以便形成固定平臺，具體流程在于：臨時樁

采用直徑為2.0m，壁厚20mm鋼管樁四根，單樁長約50m。臨時樁采用振動打樁錘插打；臨時樁單樁極限承載力范圍按200～250t復核計算，施工前根據深度范圍進行每個機位的樁長計算，以承載力控制入泥深度。臨時樁樁頂標高控制在+5cm左右，四根臨時樁樁頂標高大致相同。

臨時樁及固定平臺施工步驟為：全回轉吊船精確定位，吊裝導向架入水并擱于海床→全回轉吊機從運輸船上直接單點起吊臨時樁→將四根臨時樁依次豎直插入導向架套管內，自重入泥支撐→全回轉吊機從甲板起吊液壓振動打樁錘，通過液壓夾持器固定安裝于臨時樁頂部→啟動振動打樁錘，觀測控制打樁能量及貫入度，完成沉樁（沉樁過程中，對定位樁垂直度進行監控）→依次完成四根臨時樁插打，標高控制在+5cm左右→全回轉吊機嘗試整體提升導向架（如不成功，則只吊上層導向架），頂標高控制在+4cm以下→利用懸掛系統將導向架掛在臨時樁上→通過固定于海中測量平臺監控，調平導向架，形成打樁固定平臺。

四、鋼管樁起吊翻轉、插樁：吊具將鋼管樁起吊按

照要求插入導向架的套管內，鋼管樁采用專用吊具起吊，鋼管樁設兩端吊點，利用全回轉主吊鉤起吊上端，副鉤起吊下端，鋼管樁通過兩個吊鉤起落動作，完成翻轉呈豎直狀態，解除下端吊具，鋼管樁由全回轉主吊鉤吊掛呈豎直狀態。

單樁起吊時下部吊具采用一根軟吊帶，“♂”字形捆綁在鋼管樁下端；上端采用兩根鋼絲繩及扁擔梁平行起吊。

全回轉吊船逐一將四根樁插入整體定位導向架套管內，鋼管樁入泥前，測量人員于導向架頂面就位觀測，調整套管上油頂，使鋼管樁豎直，并盡量讓鋼管樁居中。全回轉吊船主鉤緩緩下放，讓鋼管樁在自重作用下定位下沉。每下沉2米左右觀測一次，下沉完畢，觀測樁位偏差，若偏差超限，可提升鋼管樁，重新調整定位。

五、第一次沉樁：沉樁至樁頂距導向架上平面一定高度，并

依次將四根鋼管樁插打至同一高度，具體在于：鋼管樁完成插樁后，隨即進行第一次沉樁。采用全回轉起吊安裝液壓打樁錘，將錘筒套在鋼管樁樁頭上，利用導向架調整好鋼管樁平面位置及垂直度后，液壓錘打樁，吊耳距導向架頂約1米時，割除吊耳；沉樁至樁頂距導向架上平面4.5m左右（因液壓錘不能通過導向架，且錘筒高度約2.5m），完成第一次沉樁作業，依次將四根鋼管樁插打至同一高度。

上述過程的錘擊控制具體如下：液壓打樁錘錘擊能量的“檔位”可調，為防止打樁能量過大、鋼管樁內應力超標致鋼管樁損壞，實際最大打樁能量預控在合理范圍內。剛開始沉樁時，用低檔位啟動，小沖程錘擊沉樁；下沉變緩后逐步切換到高檔位或較大沖程錘擊沉樁；當發現貫入度自小變大時再切換至低檔小沖程沉樁，該錘采用控制柜內計算機控制，能夠通過打樁進程自動調整控制規避異常風險，同時自動記錄各項打樁參數。

停錘的標準具體以設計標高為準，貫入度作為校核。

錘擊處理要求：

（1）、在淺層時，當錘擊數突然增大，大于125擊/0.25m時；

（2）、在第一次沉樁過程中，連續錘擊五陣，平均每陣大于125擊/0.25m或者錘擊1陣大于250擊/0.25m；停錘超過1h，大于500擊/0.25m時。

達到設計標高終錘前采用單擊沉樁，以便實時測量控制樁頂標高，使四根樁樁頂標高基本一致。操作人員確認達到要求后，實測記錄打樁垂直度、樁頂標高及樁位實際坐標。

六、第二次沉樁：采用送樁器輔助沉樁至設計標高，

七、沉樁測量控制：保證鋼管樁之間相對距離偏差、高程、高差、垂直度符合工藝要求，

導向架水平度測量時，測量人員在導向架頂面用水準儀取點測量。

正式樁沉樁測量時，測量人員可在導向架頂面固定位置架設儀器監控。平面控制：通過gps及全站儀對鋼管樁平面位置進行監控、控制；同時，保證鋼管樁之間相對距離距離偏差要求。

高程及高差控制：采用導向架固定平臺作為基準，基準點高程由gps高程測量獲得。平臺上安裝水準儀，以基準點作為后視，觀測送樁器標識點，從而推算出鋼管樁樁頂標高進行控制。重點觀測及記錄四根鋼管樁樁頂標高和樁心平面位置，為后續樁頭處理定位提供原始數據支持。

垂直度控制：垂直度采用兩臺經緯儀呈90°布置掃邊，使鋼管樁垂直度在1/250以內。

八、拆除平臺及臨時樁。具體在于：鋼管樁沉樁結束后，利用全回轉吊船整體提起導向架置于吊船甲板。振動錘進行臨時樁拔除，平臺拆除后，相關船只轉移至下一基礎位施工。

所述導向架上設有氣泡帷幕。為避免沉樁噪音對海洋生物造成損傷，對四根鋼管樁分別做氣泡帷幕，減低噪音。風機基礎樁直徑2.2m，氣泡帷幕直徑為5m，通氣管為4層直徑5.0cm鋼管，鋼管外側壁鉆2排梅花形布置的2mm圓孔，孔距5cm。每根樁插打時，在導向架上，將空壓機出氣管與該樁氣泡帷幕進氣軟管連接即可。沉樁時啟動空壓機，使桁架上四層通氣鋼管噴出壓縮空氣，從而形成連綿不絕的氣泡帷幕。

以上對本發明實施例所提供的一種海上風電群樁基礎沉樁施工方法及專用導向架，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。