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        振動錘沉樁工藝在海上風(fēng)電工程中的應(yīng)用

        2021-08-23 02:36:06費文源
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年22期
        關(guān)鍵詞:船舶振動工藝

        費文源

        (天津港航工程有限公司,天津300457)

        振動錘沉樁工藝具有噪音低、振感低、效率高、造價低、可水下作業(yè),以及沉樁質(zhì)量好等優(yōu)勢,在國外已得到廣泛應(yīng)用[1-2]。但國內(nèi)引入這種工藝較晚,目前主要用于鋼板樁、鋼護筒等輔助工程樁的沉樁,在正式樁基施工中很少作為主要的成樁手段[3-4]。中水電江蘇如東海上風(fēng)電場(潮間帶)100MW示范項目二期工程采用960kW兩臺聯(lián)動的EP1300W振動錘進行沉樁,是國內(nèi)首次采用振動錘沉樁工藝完成正式工程樁施工,是海上風(fēng)電樁基施工工藝一種新的嘗試和實踐。

        1 工程概況

        本工程處于黃海海域潮間帶,地面高程在-2.5m~4.0m(1985國家高程基準)之間,場區(qū)地質(zhì)為粉細砂,施工區(qū)域高潮時淹沒,低潮時露灘。其中12臺2.5MW風(fēng)機基礎(chǔ)形式為五樁導(dǎo)管架基礎(chǔ),采用水上船舶乘潮施工。設(shè)計鋼管樁直徑1.7m,樁長48.1~50.1m,每根重量約50t左右。

        本工程地質(zhì)以粉土、粉砂為主,根據(jù)設(shè)計要求,鋼管樁入土43m~45m,需進入粉質(zhì)粘土層。

        鋼管樁沉樁質(zhì)量要求:中心位置允許偏差<50mm,高程允許偏差<50mm,縱軸線傾斜度偏差<1%。

        2 施工工藝

        2.1 工藝流程

        本工程施工地點位于如東潮間帶,主要船舶需乘高潮駐位、低潮坐灘施工。沉樁工藝流程如圖1所示。

        圖1 工藝流程圖

        2.2 設(shè)備選型

        本項目主要設(shè)備選型如表1所示。

        表1 主要施工設(shè)備配置

        2.2.1 主作業(yè)船

        本工程本位于潮間帶,高潮時淹沒,低潮時露灘,且部分風(fēng)機機位泥面標高較高,高潮時水深仍較淺(水深不足2m),因此主作業(yè)船必須具備坐灘功能,且船舶吃水應(yīng)盡量小,保證船舶在高潮時有更多的移船駐位時間。

        “景和23”船長115.35m,船寬35.8m,空載吃水1.1m,在正常工作情況下吃水約2.4m,具備坐灘能力,可滿足本工程施工。

        2.2.2 起吊設(shè)備

        本工程起吊設(shè)備應(yīng)綜合考慮吊機的吊重、吊高、作業(yè)半徑等起重性能,還需考慮吊機的吊鉤情況,這將關(guān)系到施工船舶駐位及鋼管樁的起吊工藝,直接影響施工質(zhì)量及施工效率。

        (1)起吊高度

        起吊鋼管樁時最大吊高為甲板面以上:上部起吊鋼絲繩長(5m)+振動錘錘體長(8m)+振動錘連接鋼管樁鋼絲繩長(1.5m)+鋼管樁樁長(50.1m)+吊樁時樁體離地高度(1.0m)-船舶型深(6.0m)=59.6m。

        (2)起吊重量

        起吊鋼管樁時最大吊重為:振動錘錘體重(110t)+鋼管樁重量(50t)+吊索具等重量(5t)=165t。

        (3)作業(yè)半徑

        起吊鋼管樁作業(yè)半徑:18m(船寬一半)+4m(富裕距離)=22m。

        根據(jù)LR1750型750t履帶吊的起重性能表,主臂85.3m工況下,跨距30m時,吊重為227.1t,吊高為84m,滿足鋼管樁起吊要求。

        2.2.3 沉樁錘型

        根據(jù)試樁工效統(tǒng)計,沉設(shè)長度50.1m、直徑為1.7m的鋼管樁振動錘需要2.5小時左右,而使用沖擊錘需要5-6小時,工效可提高2倍。采用960kW兩臺聯(lián)動的振動錘沉樁,配備兩臺1000kW發(fā)電機并聯(lián)發(fā)電,通過試驗和現(xiàn)場驗證,僅需2.5小時即可將樁順利沉至設(shè)計標高(入土45m),振動錘沉樁時間僅為30min-40min。

        經(jīng)過比選最終選擇960kW兩臺聯(lián)動的EP1300W振動錘進行沉樁。其優(yōu)越性是可根據(jù)樁體直徑選擇聯(lián)動臺數(shù),若樁體直徑加大可考慮多臺聯(lián)動,適用于更大管徑的鋼管樁沉樁,如圖2、表2所示。

        圖2 EP1300W振動錘

        表2 EP1300W振動錘主要參數(shù)

        3 關(guān)鍵技術(shù)措施

        3.1 測量定位

        對于泥面較高的機位,平面位置定位利用一艘錨艇結(jié)合沉樁船舶作為測量平臺;泥面較低船舶坐灘時間較短的機位制作兩個測量平臺支設(shè)經(jīng)緯儀,測量定位首先采用GPS進行粗略定位,然后利用兩臺垂直方向布置的經(jīng)緯儀采用角度前方交會的方式進行定位(見圖3)。

        圖3 經(jīng)緯儀定位示意圖

        3.2 施工動態(tài)調(diào)整

        當沉設(shè)完成第一根鋼管樁時,利用GPS在樁頂采集三個點位,根據(jù)測量點位在CAD圖紙上確定出已沉設(shè)鋼管樁的中心,根據(jù)中心坐標重新調(diào)整其他4根鋼管樁的中心坐標,可有效保證5根鋼管樁的相對位置在設(shè)計要求的范圍之內(nèi)。

        3.3 粘土層沉樁

        沉樁過程中,當樁體沉設(shè)至30m-32m時即進入粘土層,容易在樁體內(nèi)部產(chǎn)生土塞現(xiàn)象而致使貫入度減小,經(jīng)過摸索,通過將吊機帶力至大于165T(錘體、樁體總重量),使樁體在無貫入度的情況下振動一段時間將樁內(nèi)部粘土振松之后再松鉤進行沉樁,可使沉樁更為順利。

        3.4 鋼管樁標高控制

        沉樁時,當樁體沉設(shè)至距設(shè)計標高約30cm左右,吊機帶力120T-150T進行沉樁,同時振動錘小能量振動,測量人員時刻監(jiān)測樁頂標高情況,防止樁體下沉過快造成標高不符合設(shè)計要求。

        4 工效分析

        本工程12臺風(fēng)機基礎(chǔ)共60根鋼管樁,除2根試驗樁外,其余58根鋼管樁均采用本工藝沉樁,58根樁的平面位置、垂直度、樁頂標高等均滿足設(shè)計要求,且經(jīng)高應(yīng)變檢測,樁身質(zhì)量完好,單樁承載力滿足設(shè)計要求。

        根據(jù)沉樁過程中的數(shù)據(jù)收集,EP1300W振動錘沉樁的施工工效如表3所示。

        表3 EP1300W振動錘沉樁施工工效統(tǒng)計

        工程所在地如東地區(qū)為非正規(guī)半日潮,最低潮至最高潮時間大約為6小時,如各工序順利進行,3小時可完成一根鋼管樁沉樁施工。視潮汐情況和具體位置泥面標高調(diào)節(jié),部分機位具備一個低潮沉設(shè)2-3根鋼管樁的施工條件。

        5 結(jié)束語

        本次施工,成功采用振動錘施打海上風(fēng)電基礎(chǔ)鋼管樁,施工效率高,質(zhì)量控制好,且單樁承載力完全滿足設(shè)計要求,為類似工程推廣振動錘沉樁工藝提供了有益借鑒,具有很好的推廣應(yīng)用價值。

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