張祖濤

（中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門(mén)分公司，福建廈門(mén) 361006）

引言

海上超大超重風(fēng)電單樁，如果需要對(duì)超高部分進(jìn)行割除，割除段重量一般在200 t 左右，且屬于水上作業(yè)、高空作業(yè)、動(dòng)火作業(yè)和大型起重吊裝作業(yè)重合，危險(xiǎn)性極高。若采用常規(guī)工藝，經(jīng)過(guò)對(duì)各個(gè)工序、各種工況的操作細(xì)節(jié)分析，對(duì)各種起吊工況的安全校核后發(fā)現(xiàn)，有很多難點(diǎn)無(wú)法解決，如操作平臺(tái)位置不合理、割樁速度慢工效低、樁頂?shù)蹙哌B接困難、構(gòu)件翻身時(shí)吊具受力不滿足要求等。經(jīng)仔細(xì)分析研究，我們?nèi)略O(shè)計(jì)并采用了一種一體化環(huán)形吊具，針對(duì)傳統(tǒng)割樁工藝存在的問(wèn)題和難點(diǎn)，力求逐一解決。

1 工程概況

本文以平潭大練海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目10 個(gè)單樁初打完成但并未嵌巖復(fù)打到位的Ⅱ型單樁基礎(chǔ)更改為“1 大+6 小”復(fù)合承臺(tái)基礎(chǔ)為素材，重點(diǎn)對(duì)海上超大直徑單樁現(xiàn)場(chǎng)割除施工方法展開(kāi)闡述。

單樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高15.6 m，單樁超高段需要割除，相關(guān)背景、邊界條件如下：

1）該單樁初沉?xí)r一般采用平臺(tái)船輔助，沉樁后，平臺(tái)船退出，僅剩下一個(gè)單樁留在寬闊開(kāi)敞海域，周邊無(wú)任何輔助平臺(tái)設(shè)施；

2）單樁原設(shè)計(jì)主吊耳已入水，樁頂為連接上部風(fēng)機(jī)塔筒的法蘭結(jié)構(gòu)；

3）樁身鋼板厚度70 mm 左右，樁徑6.0～6.8 m之間，割除段長(zhǎng)度據(jù)單樁初沉深度不同，在20 m左右，割除段的重量在170～240 t 之間；

4）需要在海域現(xiàn)場(chǎng)完成主吊輔吊掛鉤、樁體割除、起吊翻身并落駁等動(dòng)作；

5）水上作業(yè)、高空作業(yè)、動(dòng)火作業(yè)和大型起重吊裝作業(yè)重合，危險(xiǎn)性極高。

該項(xiàng)目其它基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 “1 大+6 小”復(fù)合承臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

2 普通工藝存在的難點(diǎn)

重新搭設(shè)六樁式穩(wěn)樁平臺(tái)，其主要步驟為船舶運(yùn)輸穩(wěn)樁平臺(tái)進(jìn)點(diǎn)，起重船起吊平臺(tái)后平臺(tái)龍口位置套入現(xiàn)有大型單樁。這時(shí)采用另一艘起重船起吊插入六根輔助樁，再采用液壓振動(dòng)錘沉設(shè)輔助樁，最后將平臺(tái)固定。平臺(tái)搭設(shè)完成后，在平臺(tái)下層進(jìn)行割樁（圖1）。割樁過(guò)程中，同時(shí)在樁頂法蘭面采用螺栓（兩邊各8 個(gè)M48 螺栓）與吊具連接（圖2），并且掛鉤，起重船鋼絲繩保持預(yù)緊狀態(tài)。割樁完成后，起重船起吊割除段。然后將割除段落駁轉(zhuǎn)運(yùn)。該常規(guī)工藝主要存在以下問(wèn)題無(wú)法解決：

圖1 普通割樁操作平臺(tái)

圖2 塔筒或樁頂常規(guī)吊具

1）采用帶U 型槽的船舶載穩(wěn)樁平臺(tái)套入單樁，操作較難，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，且船機(jī)資源較少；

2）樁頂法蘭與吊具連接時(shí)為高空作業(yè)且無(wú)操作平臺(tái)，人員無(wú)法進(jìn)行螺栓擰鎖；

3）割除段拆除后，在翻身過(guò)程中，樁頂雙扣件式吊具螺栓受力計(jì)算不能滿足要求，也就是說(shuō)無(wú)法完成翻身動(dòng)作，只能垂直運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)難度加大。

3 一種全新的一體化吊具設(shè)計(jì)

為便于現(xiàn)場(chǎng)割樁施工，計(jì)劃使用一種新型的樁頂環(huán)形吊具配合小型人工割樁平臺(tái)，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一吊安裝到位。

圖3 樁頂?shù)蹙呤疽鈭D

圖4 下部割樁平臺(tái)示意圖

環(huán)形吊具內(nèi)設(shè)一操作平臺(tái)，可容納充足的樁頂螺栓、螺栓打力矩所需要的工人和工具，隨環(huán)形吊具一起起吊至高空作業(yè)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)待割單樁尺寸，設(shè)置φ6 500 mm 及φ6 800 mm 兩種規(guī)格的下部小型割樁平臺(tái)。割樁平臺(tái)和樁頂環(huán)形吊具沿圓周均布8 個(gè)吊耳，平臺(tái)通過(guò)尼龍繩與樁頂環(huán)形吊具連接成一體，起重船一吊安放就位。其主要作用為：

1）該割樁小平臺(tái)處于標(biāo)高+4.8 m 的位置，在水面附近，與就近作業(yè)的起重船甲板面可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)跳板連接；

2）操作工人可以在割樁小平臺(tái)上采用磁力管道切割機(jī)切割樁身；

3）操作工人可以在割樁小平臺(tái)上進(jìn)行下部翻身吊耳焊接、掛扣；

4）該割樁小平臺(tái)重量極輕，不足1 t，在完成大樁樁體割除及翻身吊耳焊接、掛扣以后，該平臺(tái)可通過(guò)與殘留的單樁樁體進(jìn)行簡(jiǎn)單連接，與上部吊具、主吊樁體等實(shí)現(xiàn)脫離，不影響大樁割除段起吊，之后，該下部平臺(tái)再另行拆除。

溜尾吊點(diǎn)設(shè)計(jì)：針對(duì)割除后鋼管樁的特點(diǎn)，采用主吊耳起吊后翻身，主副鉤配合抬吊方式落駁至運(yùn)輸駁。主吊點(diǎn)吊耳在環(huán)形吊具上部設(shè)置對(duì)稱的管軸式吊耳，割除段下部設(shè)置200 t 輔助翻身吊耳，在割樁的同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)焊接。

4 海上割樁施工

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖5。

4.2 具體施工步驟

1）相關(guān)施工船舶駐位

需要使用的船舶有：雙主鉤600 t 全回轉(zhuǎn)起重船一艘，在起重船甲板上完成吊索具的組裝。測(cè)量人員、操作工人、小型工器具等均放置于該起重船，船邊可通過(guò)簡(jiǎn)易吊橋與大樁樁身平臺(tái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)通。

另外需配備用于落駁大樁割除段的運(yùn)輸船一艘，提前在船甲板上布置相應(yīng)的擱置工裝及纜風(fēng)加固系統(tǒng)。

2）樁頂環(huán)形吊具（30 t）帶固定式內(nèi)操作平臺(tái)，在全回轉(zhuǎn)起重船甲板上與下部割樁平臺(tái)用尼龍繩連接，根據(jù)割樁長(zhǎng)度提前設(shè)置好尼龍繩長(zhǎng)度，尼龍繩一端與平臺(tái)固定后，盤(pán)置于平臺(tái)上，另一端與樁頂?shù)蹙吖潭?，尼龍繩事先計(jì)算好、預(yù)留好長(zhǎng)度。

3）起重船1 號(hào)主鉤掛環(huán)形吊具的主吊耳起吊，環(huán)形吊具內(nèi)的操作平臺(tái)上，在起吊前應(yīng)準(zhǔn)備充足樁頂鎖螺栓、螺栓打力矩所需要的工人和工具，隨環(huán)形吊具一起起吊至高空作業(yè)；下部割樁平臺(tái)暫時(shí)不上人，待擱置穩(wěn)定后通過(guò)簡(jiǎn)易吊橋與大樁樁身平臺(tái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)通。

4）擱至樁頂后，環(huán)形吊具與樁頂法蘭采用64顆M48 螺栓連接，螺栓連接需要分兩級(jí)施打力矩至4 000 NM，力矩施打完成后，采用起重船上履帶+吊籃的方式，將單樁樁頂環(huán)形吊具內(nèi)的工人及所有小型工具撤離至起重船甲板。

5）下部割樁平臺(tái)上，可以采用履帶吊+吊籃方式上人，也可以視情況通過(guò)簡(jiǎn)易吊橋?qū)崿F(xiàn)起重船甲板與大樁樁身平臺(tái)之間的聯(lián)通。

6）要求割樁頂高程為+4.8 m，將割樁平臺(tái)初步固定在單樁樁身上割除線以下約1.5 m 的位置，測(cè)量人員上操作平臺(tái)測(cè)量+4.8 m 標(biāo)高并劃線，之后在+4.8 m 割除線以下、大樁樁身上的4 個(gè)方向焊接4個(gè)臨時(shí)小吊耳板，滿足承載力3 t 的要求即可。采用手接葫蘆將割樁小平臺(tái)與大樁樁身固定，即可解除與樁頂環(huán)形吊具連接的尼龍繩。

7）安裝并擱置固定好割樁小平臺(tái)后，采用磁力吸附式切割機(jī)進(jìn)行割樁施工。鋼板切割厚度因不同機(jī)位有65 mm、70 mm 兩種，沿樁周切割一圈，切割長(zhǎng)度約20 m。采用此磁力吸附式切割機(jī)2 個(gè)小時(shí)即可完成切割，且可以做到切割面水平度不超過(guò)1 ‰，切割面表面齊整。后續(xù)再做簡(jiǎn)單磨平處理并對(duì)其內(nèi)外邊緣邊角磨圓（R=6 mm）即可。為便于施工，磨平處理也可在后續(xù)封底施工時(shí)同步進(jìn)行。割樁的同時(shí)，在與頂部環(huán)形吊具的兩個(gè)主吊耳呈90o的方向并排焊兩個(gè)翻身吊耳（單個(gè)承載力100 t），起重船2 號(hào)主鉤掛翻身吊扣（兩個(gè)120 t 卸扣）。

8）割樁完畢后，采用履帶吊+吊籃，割樁平臺(tái)上的人員撤離平臺(tái)。

9）人員撤離完成后，起重船1 號(hào)主鉤起吊，總重350 t 以內(nèi)（含環(huán)形吊具），一起豎運(yùn)轉(zhuǎn)向空曠海面處。

10）在空曠海面處，起重船2 號(hào)鉤開(kāi)始起吊，與1 號(hào)主鉤配合，將樁頂環(huán)形吊具+割除段整體翻身至水平狀態(tài)。在這個(gè)過(guò)程中，樁頂環(huán)形吊具的受力變換過(guò)程復(fù)雜，要求在接近海面處、慢速完成起吊件整體翻身動(dòng)作。運(yùn)輸駁提前在船甲板上布置相應(yīng)的擱置工裝及纜風(fēng)加固系統(tǒng)，大樁樁體及環(huán)形吊具整體水平落駁至運(yùn)輸駁船上，并及時(shí)進(jìn)行加固。

11）在運(yùn)輸駁船上，于水平狀態(tài)拆除環(huán)形吊耳件。吊耳件自重30 t，由于環(huán)形吊耳件在起吊過(guò)程處于豎直狀態(tài)，翻身擱置過(guò)程轉(zhuǎn)換為水平狀態(tài)，下次使用又需要轉(zhuǎn)換為豎直狀態(tài)，所以在環(huán)形吊耳件自身上設(shè)置翻身吊點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)身。

圖7 環(huán)形吊具+割除段翻身現(xiàn)場(chǎng)

5 效果分析

如采用常規(guī)工藝，割一根單樁的資源投入為：搭設(shè)輔助平臺(tái)約2 天，投入駁船2 艘、起重船1 艘、液壓振動(dòng)錘1 臺(tái)、工人若干。割樁約0.5 天，起吊、翻身、轉(zhuǎn)運(yùn)約1 天，投入運(yùn)輸駁一艘、起重船1 艘。拆除輔助平臺(tái)約2 天，投入駁船2 艘、起重船1 艘、液壓振動(dòng)錘1 臺(tái)、工人若干。割除一個(gè)單樁約需5天。采用此工藝后，解決了大直徑單樁割樁的技術(shù)難題，減少了搭設(shè)穩(wěn)樁平臺(tái)的步驟，每一根單樁割樁由5 天減少為1 天，大大節(jié)省了窗口期，確保整體施工進(jìn)度，產(chǎn)生的直接效益約為490 萬(wàn)元。

采用此工藝后，從起重鉤頭到最底部割樁平臺(tái)，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一吊安裝到位，且實(shí)際操作方便、快捷，減少船機(jī)設(shè)備投入，縮短工期，同時(shí)能夠便捷有效的解決常規(guī)工工藝所無(wú)法解決的技術(shù)難題。

6 結(jié)語(yǔ)

該工藝所描述的起吊方式能滿足的施工工序包含：環(huán)形吊具連接樁頂、樁頂操作平臺(tái)上進(jìn)行連接螺栓施打力矩、下部操作平臺(tái)割樁、下部翻身吊耳焊接、掛扣、下部平臺(tái)拆除、起吊的樁頭件翻轉(zhuǎn)落駁等多道工序，功能強(qiáng)大。能夠便捷有效地解決單樁割樁施工難題。

采用本工藝進(jìn)行單樁割除施工，解決了大直徑單樁海上割樁的技術(shù)難題，減少了搭設(shè)穩(wěn)樁平臺(tái)步驟，每一根單樁割樁施工時(shí)長(zhǎng)由5 天減少為1 天，大大節(jié)省了窗口期，確保整體施工進(jìn)度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。