梁佳康 呂雷雷 許偉群 中交四航局第三工程有限公司

1 前言

樁基施工是海上風(fēng)電項(xiàng)目的關(guān)鍵內(nèi)容之一，其所處水深條件、地質(zhì)條件直接影響到沉樁工藝的選擇。海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)樁基施工多采用斜樁，具有承載力高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)[1]。越南海上風(fēng)電朔莊風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目工程位于越南朔莊省沿海潮間帶。該項(xiàng)目風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)，每個(gè)承臺(tái)由6根直徑1.4m，長(zhǎng)度為62m～71m且具有6∶1傾斜率的鋼管樁組成。鋼管樁壁厚20mm～25mm，樁頂標(biāo)高+7.7m，樁長(zhǎng)62m～71m，單樁最重為54.65t。

2 施工環(huán)境

（1）風(fēng)況。朔莊風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目所在地具有近赤道熱帶季風(fēng)氣候的特征。主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹E&SW，5月～9月（雨季）主要風(fēng)向是W～S向；9月～10月底風(fēng)從W～S逐漸轉(zhuǎn)向成NE～E；12月～翌年2月主要風(fēng)向是N～E和E～S；3月～5月風(fēng)向從E～SE。（2）波浪。朔莊風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目所在地為敞開(kāi)式無(wú)掩護(hù)區(qū)域，附近海域主導(dǎo)浪向?yàn)镹E向。季風(fēng)期（11月～翌年4月）波浪較大，非季風(fēng)期（4月～10月底）波浪較小。（3）潮汐。該項(xiàng)目潮汐為不規(guī)則半日潮，部分天氣為規(guī)則半日潮，即1d內(nèi)出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮。平均潮差為2.77m，平均最高潮位為1.44，平均最低潮位為1.32。朔莊風(fēng)電場(chǎng)處于施工無(wú)掩護(hù)、風(fēng)大浪急、作業(yè)海況惡劣，且受季風(fēng)氣候影響嚴(yán)重的近岸淺灘區(qū)域。由于水深較淺，常用的打樁船無(wú)法滿足吃水要求，為了解決淺水區(qū)沉樁作業(yè)困難的問(wèn)題，經(jīng)研究討論采用吃水小、調(diào)整壓載水方便且坐底穩(wěn)定的平板駁作為工作平臺(tái)，待船舶坐灘后采用“吊機(jī)+穩(wěn)樁架”進(jìn)行傾斜鋼管樁吊打的沉樁工藝。

3 穩(wěn)樁架的結(jié)構(gòu)組成和功能設(shè)計(jì)

為了配合斜樁吊打工藝的實(shí)施，設(shè)計(jì)了用于輔助定位沉樁的穩(wěn)樁架[2]。穩(wěn)樁架由錨樁基礎(chǔ)和穩(wěn)樁架主體組成。穩(wěn)樁架的設(shè)計(jì)主要考慮以下因素。（1）為提高穩(wěn)樁架的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)上采用“上小下大”整體呈“六邊寶塔形”結(jié)構(gòu)形式，其整體高度約為15m，底層操作平臺(tái)最寬距離約為16m?；A(chǔ)6根錨樁與底層平臺(tái)連接，錨樁長(zhǎng)度根據(jù)受力分析和地基承載力確定。（2）穩(wěn)樁架上、下層限位架均配備微調(diào)功能的導(dǎo)向輪。（3）底層限位架采用活動(dòng)式的支架，拆除后可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)樁架整體移除。（4）為減小穩(wěn)樁架的重量，頂層架采用可旋轉(zhuǎn)活動(dòng)的限位架，實(shí)現(xiàn)上層平臺(tái)尺寸減小。（5）為便于運(yùn)輸，穩(wěn)樁架的底部平臺(tái)、豎向桁架采用螺栓和法蘭連接。

4 穩(wěn)樁架的應(yīng)用過(guò)程

4.1 錨樁施工

穩(wěn)樁架安裝前率先完成6根定位錨樁的沉樁并割平樁頭至設(shè)計(jì)標(biāo)高，測(cè)量人員將穩(wěn)樁架安放位置放樣后在錨樁頂部焊接限位裝置，以便穩(wěn)樁架快速精確安裝。錨樁直徑Φ1000mm，壁厚10mm～16mm，樁長(zhǎng)27.5m，單根重約8t。

4.2 穩(wěn)樁架安裝

（1）粗定位：平板駁坐灘后，利用船載吊機(jī)將穩(wěn)樁架沿著限位裝置整體吊裝安放在已完成放樣的錨樁頂部。（2）精定位：完成粗定位后，測(cè)量人員對(duì)穩(wěn)樁架進(jìn)行方位校正，以坐灘后的平板駁作為測(cè)量平臺(tái)，架設(shè)全站儀進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)比鋼管樁設(shè)計(jì)坐標(biāo)和穩(wěn)樁架底層限位架中心坐標(biāo)偏差，利用吊機(jī)進(jìn)行微調(diào)，直至穩(wěn)樁架定位滿足要求。（3）焊接加固：為了保證穩(wěn)樁架安裝后的整體穩(wěn)定性，在穩(wěn)樁架精定位完成后在錨樁頂部與穩(wěn)樁架接觸部位焊接型鋼門(mén)字架固定。

4.3 沉樁施工

（1）鋼管樁吊樁、立樁：平板駁和運(yùn)樁駁趁高潮位在穩(wěn)樁架旁駐位，利用平板駁上的800t吊機(jī)和320t吊機(jī)進(jìn)行抬吊取樁、立樁。鋼管樁抬吊取樁時(shí)采用4點(diǎn)吊，通過(guò)2副平衡輪，在2臺(tái)吊機(jī)的協(xié)作下緩慢將鋼管樁吊起。立樁時(shí)800t吊機(jī)掛鉤帶力起吊，同時(shí)320t吊機(jī)掛鉤慢慢下放，使鋼管樁豎立，最后通過(guò)自動(dòng)脫鉤器解除320t吊機(jī)的吊索。（2）鋼管樁定位：鋼管樁定位前，首先調(diào)節(jié)頂層和底層的限位架導(dǎo)向輪至6∶1傾斜度，為確保打樁錘順利通過(guò)穩(wěn)樁架及考慮防止斜樁傾斜趨勢(shì)變大，在調(diào)節(jié)頂層限位架導(dǎo)向輪時(shí)預(yù)先外頂15cm～17cm，用于補(bǔ)償修正鋼管樁傾斜率。完成后800t吊機(jī)將鋼管樁吊至穩(wěn)樁架平臺(tái)設(shè)計(jì)樁位定位。首先將鋼管樁吊入底層限位導(dǎo)向架的微調(diào)結(jié)構(gòu)，使其與微調(diào)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)導(dǎo)向輪接觸，此時(shí)，保持鋼管樁未入泥。當(dāng)樁尖 穿過(guò)穩(wěn)樁架底層平臺(tái)封閉限位口后，再控制吊機(jī)趴桿，使鋼管樁傾斜套入穩(wěn)樁架頂層平臺(tái)限位口，吊機(jī)慢松鋼絲繩下樁，樁身沿著上下限位平臺(tái)導(dǎo)向輪緩慢下沉，樁底入泥前進(jìn)行樁身傾斜度調(diào)整和坐標(biāo)測(cè)量，確認(rèn)無(wú)誤后鋼管樁在自重作用下下沉至穩(wěn)定狀態(tài)，復(fù)測(cè)鋼管樁偏位無(wú)誤后解除連接樁身吊索，完成鋼管樁定位。（3）振動(dòng)錘初打：為了增加鋼管樁入土深度和穩(wěn)定性，先采用ICE44B振動(dòng)錘進(jìn)行初打。振動(dòng)錘初打時(shí)，將震動(dòng)荷載通過(guò)樁身傳遞到樁尖土層，使土體發(fā)生液化（砂土）或被剪切（粘性土），阻力減小，利用錘和樁的自重實(shí)現(xiàn)沉樁施工。沉樁過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)鋼管樁偏位和傾斜度以及穩(wěn)樁架的沉降和位移，如有較大偏差應(yīng)及時(shí)調(diào)整。振動(dòng)錘初打過(guò)程鋼管樁偏位可以通過(guò)穩(wěn)樁架頂部千斤頂和吊機(jī)配合微調(diào)，調(diào)節(jié)至滿足設(shè)計(jì)要求后繼續(xù)施打直至鋼管樁無(wú)明顯下沉。（4）液壓沖擊錘沉樁：振動(dòng)錘初打結(jié)束后換用YC40液壓沖擊錘沉樁，沉樁分兩步驟，第一步是將鋼管樁沉樁至錘帽距離穩(wěn)樁架頂層平臺(tái)約1m處，第二步是將頂層限位架先后移再旋轉(zhuǎn)180°至下一樁位，此時(shí)，錘體不受阻擋，再將鋼管樁施打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。YC40液壓沖擊錘打樁過(guò)程前期采用小能量施打，后續(xù)根據(jù)貫入度實(shí)際情況逐漸加大能量施打。

4.4 穩(wěn)樁架拆除

當(dāng)完成一個(gè)機(jī)位的6根鋼管樁沉樁后，利用吊機(jī)駁船將穩(wěn)樁架以及錨樁拆除吊放在平板駁上移船至下一個(gè)機(jī)位的定位安裝。

4.5 注意事項(xiàng)

沉樁過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)。（1）測(cè)量人員需要全程跟隨監(jiān)測(cè)，一方面要監(jiān)測(cè)穩(wěn)樁架是否發(fā)生沉降和偏位，另一方面需要監(jiān)測(cè)斜樁是否按照設(shè)計(jì)傾斜度穩(wěn)步沉樁，如果發(fā)生鋼管樁偏位不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以通過(guò)頂層和底層限位裝置配合800t履帶吊進(jìn)行微調(diào)。（2）現(xiàn)場(chǎng)管理人員要時(shí)刻注意觀察天氣變化情況，在突風(fēng)來(lái)臨前留足吊機(jī)卸錘和收回臂桿的時(shí)間，當(dāng)出現(xiàn)當(dāng)天風(fēng)速達(dá)到6級(jí)以上（含6級(jí)）大風(fēng)時(shí)，駁船上的履帶吊機(jī)禁止作業(yè)。（3）要特別注意鋼管樁防腐涂層的保護(hù)，由于海上修補(bǔ)鋼管樁防腐涂層受天氣和潮水影響較大，必須在穩(wěn)樁架限位裝置與鋼管樁接觸位置采取保護(hù)措施。

5 工效、成本分析與應(yīng)用成效

（1）工效分析。以完成單個(gè)機(jī)位為開(kāi)始計(jì)算周期，從移船定位到完成6根鋼管樁沉樁需要約9d，除去大風(fēng)天氣2d，以及安裝調(diào)整穩(wěn)樁架需要1d，平均完成單根樁沉樁需要1d（即1個(gè)潮水位）。對(duì)單根鋼管樁斜樁吊打工藝各工序耗時(shí)及設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 單根樁沉樁各工序耗時(shí)統(tǒng)計(jì)表

從上表1中可以得出，完成單根樁沉樁共需耗時(shí)360min（不包括移船定位和調(diào)整穩(wěn)樁架）。沉樁過(guò)程由于鋼管樁較長(zhǎng)且地質(zhì)條件差異，故錘擊時(shí)間較長(zhǎng)。

（2）成本分析。由傳統(tǒng)的單根鋼管樁沉樁工藝，改為目前應(yīng)用穩(wěn)樁架一次性可完成6根鋼管樁沉樁工藝，兩者相對(duì)應(yīng)的成本消耗如表2所示。

表2 不同工藝沉樁成本對(duì)比分析表

從上表2中可以得出，按照沉樁所需關(guān)鍵設(shè)備配置，理論上以最快完成一個(gè)機(jī)位6鋼管樁沉樁為目標(biāo)，為項(xiàng)目至少可節(jié)約50%的成本支出。

（3）應(yīng)用成效。①以該項(xiàng)目應(yīng)用穩(wěn)樁架成功完成的6根鋼管樁斜樁吊打?yàn)槔耙淮味ㄎ患纯赏瓿烧麄€(gè)承臺(tái)6根鋼管樁的沉樁，并且沉樁精度均滿足設(shè)計(jì)要求，安全質(zhì)量可控。②穩(wěn)樁架的應(yīng)用重點(diǎn)關(guān)注鋼管樁沉樁的坐標(biāo)，標(biāo)高和傾斜度是否滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)越南海上風(fēng)電朔莊風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目沉樁機(jī)位的穩(wěn)樁架沉樁數(shù)據(jù)結(jié)果分析，鋼管樁斜樁吊打的精度控制效果見(jiàn)表3。

表3 鋼管樁沉樁偏位統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)已完成的6根鋼管樁沉樁結(jié)果分析，沉樁前預(yù)留15cm～17cm的富余量，沉樁完成后無(wú)論是鋼管樁平面位置還是傾斜度都能滿足沉樁要求，保證了鋼管樁的驗(yàn)收合格率。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)此項(xiàng)目的順利實(shí)施，一次定位完成所有沉樁施工，解決了潮間帶常規(guī)打樁船不適用的問(wèn)題，證實(shí)了穩(wěn)樁架技術(shù)在潮間帶深厚軟弱覆蓋層海床高樁承臺(tái)基礎(chǔ)斜樁吊打高精度沉樁施工的可行性，極大程度地滿足了項(xiàng)目的施工要求，效果顯著，值得為以后類似項(xiàng)目推廣應(yīng)用。