渤海湾海上风电场大规模超长钢管桩沉桩技术与控制
海上风电大直径钢管桩沉桩施工技术研究
海上风电大直径钢管桩沉桩施工技术研究中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122摘要：海洋环境复杂，海上风电建设中的大直径钢管桩沉桩施工，一直以来都是海上风电施工的难点和风险点。
针对上述情况，本文具体探讨了海上风电大直径钢管桩沉桩过程中存在的难点问题，并详细分析了沉桩过程中需要使用到的施工技术，其主要目的在使海上风电大直径钢管桩沉桩施工工作能够顺利展开，为整体施工效益的保证打下良好的基础。
关键词：海上风电；大直径钢管桩；沉桩施工；单桩基础前言由于海上环境风能密度大、风力大，相较于陆地风电，海上风电通常具有更高的年发电量，且占地资源更少。
国家对海上风电建设一直高度关注，截至2020年底，我国海上风电的总装机规模已达到6GW。
伴随着最近几年我国经济发展速度的加快，针对风电技术的研究也开始进入一个全新的阶段，我国海上风电建设技术越来越成熟。
相比于海上风电的建设初期，现阶段我国海上风电的建设成本也呈现出了稳步下降的趋势。
海上风电的建设正逐步由近岸风电场向深远海风电场转变。
从现阶段的情况来看，在海上风电的建设过程中，大直径钢管桩的沉桩仍是海上风机基础施工的重难点，并在一定程度上制约了海上风电的更快速发展。
一、海上风电大直径钢管桩沉桩施工中存在的难点问题（一）桩锤选择难度高在海上风电建设过程中，目前最常采用的基础形式为大直径单桩基础，且随着水深的加深和海洋水文条件越来越恶劣，单桩直径呈增大趋势，因此，大直径钢管桩的沉桩是海上风电建设中一个必须保证的重要环节。
通常情况下，大直径钢管桩的入土深度可达几十米，而相比于其他类型的基础形式来说，大直径钢管桩不仅具有较高的壁厚，同时单桩的直径也相对较大，在实际进行沉桩施工的过程中所需要克服的外部阻力也相对较多，最常见的主要包括端阻力以及侧阻力，在正式开始沉桩操作之前，需要提前做好打入分析的相关操作[1]。
为了达成相应的施工目标，合理选择桩锤就十分有必要。
从我国现阶段的情况来看，市场上所销售的液压锤中，多数不具备足够的夯击能来满足海上风电大直径钢管桩沉桩施工的实际需要，桩锤选择的难度相对较高。
海上风电大直径钢管桩沉桩及上部安装施工方案介绍(30页)
起锤、拆抱桩器
◆ 观测桩身垂直度
◆ 起锤、检测
◆ 缓慢沉桩至设计标高
◆ 拆抱桩器
20
三、单桩施工工艺流程
辅助桩拔除
导管架场内转移
◆ 安装附件
◆ 导管架辅桩桩拔除
◆ 导管架场内转移
21
三、单桩施工工艺流程
导管架平台坐底插桩法
导管架平台场内移动
◆ 导管架平台浅水处坐底 ◆ 导管架平台依次插桩
长度：
90m
宽度：
30m
型深：
7m
◆ 设计吃水： 3.5m~4m
◆ 最大起重能力：1000t
◆ 吊高：
70m
◆ 船级：
ABS+CCS
◆ 甲板承载力： 15t/㎡
◆ 无限航区拖航
6
二、主要设备介绍
CMT1
CMT1吊重曲线图
◆ 主钩 ◆ 主钩 ◆ 副钩 ◆ 锁具钩
1000t×23.3~30.0m 400t×70m 300t×26.4~75.2m 15t×26.4~72.3m
M1900S
◆ 最大锤击能量： 1900kNm
◆ 最小锤击能量： 190kNm
◆ 锤击次数：
ห้องสมุดไป่ตู้
32blows/min
◆ 锤芯质量：
95t
◆ 锤总高度：
~22.1m
◆ 在锤架最大尺寸： 28m×5m×5m
◆ 液压锤总质量： 245t
◆ 动力站尺寸： 12m×2.4m×2.9m
◆ 动力站重量： 37.5t
施工船舶抛锚就位
吊装导管架
◆ 定位驳船抛锚就位 ◆ CMT1抛锚就位
◆ CMT1吊装导管架至沉桩位置
14
三、单桩施工工艺流程
海上钢管桩沉桩施工技术要点分析
海上钢管桩沉桩施工技术要点分析摘要海上钢管桩沉桩施工环境复杂，需考虑潮差、涌浪、寒潮大风及海底地质条件等自然环境因素的影响，且沉桩桩长与直径一般都较大，这些都给钢管桩沉桩带来了难题，故对沉桩施工工艺技术要求高。
本文根据南通市洋口港区桥梁和液化码头工程PPP项目现场沉桩施工当中存在的具体问题和难点，分析了在典型海上沉桩施工中的控制技术要点，具有一定的参考和借鉴价值。
关键词钢构桩制造；测量定位；水上沉桩；夹桩海上沉桩施工风险高、难度大，需要考虑各种自然和人为的影响因素，故对施工技术要求很高，本文分析了南通市洋口港區桥梁和液化码头工程PPP项目中的子项目液体化工码头二期海上钢管桩沉桩施工所需关注的主要问题及存在的难点问题，从保证施工安全和质量的角度出发，提出在沉桩施工技术当中的重点控制过程及要素。
1 工程概况南通港洋口港区阳光岛南侧液体化工码头二期工程拟建于洋口港区西太阳沙码头区，从一期码头栈桥向外延伸，距已建海巡艇码头393m，距已建重件码头477m。
本工程包含栈桥和码头两部分，栈桥长347m，宽为12.35m，设有4个补偿器墩及4个固定墩。
码头G2、G3泊位长度均为195m，与工作平台统一布置。
每个码头泊位均设置2组靠船墩，每组有2座靠船墩，每个泊位共4座靠船墩。
栈桥与码头夹角内侧设置辅建平台，上部布置码头前方综合用房。
本工程所有桩基均为钢管桩，本工程桩长在51m～67.5m之间，共计339根，其中直桩95根，斜桩244根[1]。
2 工程特点及难点2.1 施工环境复杂，有效作业时间短。
本工程地处江苏外海，常年风浪比较大，每年7～9月份为台风多发期，受台风的影响大；每年11月至翌年3月冬季寒潮大风频繁，海上涌浪大，最大波高超过3m，持续时间长，全年平均可作业时间不足15天/月。
2.2 工况条件恶劣，对施工船舶的要求高。
施工水域潮差大，常年风浪大，最大潮差达到8.08m，涨落潮水流流速急，对施工船舶的稳定性要求高，尤其是起重船，船型宜选择1000t以上的平板驳，考虑到大型钢模板吊装和现场的吊距、吊高的需求，起重船的起重能力要达到50t以上。
海上桩基施工技术及控制
（ ） 台顶 标 高 为 ＋３ ５ 平 台 尺寸 为 １ｍ × １平 ． ｍ， ５
８ 共 埋设 １ 钢管 桩 。 ｍ， ６根 （） ２ 经计算 平 台总荷 载 约为 １４ ｋ 由 １ ２ ６ Ｎ， ４根 钢 管桩 同时受 力 ， 虑不 均匀 系数 ， 考 每根 钢 管承受 的荷
用 。长度可根据水位情况及地质情况而定。材质采 用 Ｑ ３ ￣钢 ， 板厚 度 为 １ ０ ｒ。钢 护筒 加 工 过 程 ２５ 钢 ．ｅ ａ 中加十字支撑 ， 以防止钢护筒变形。对接烧焊要饱 满， 采用单 面焊 双面 成形 ， 焊缝 达 Ｎ－级 焊缝 要求 。 － － （ ） 护筒 施工起 吊 １钢
单 独预制 ， 支安 装 ， 基采 用钻 孔灌 注桩 。 简 桩 工 程场 区地 处黄 海近 岸海 域 ， 海滨 地带 ， 属 水下 海 底面 较 平 坦 ， 高 变 化 在 一４ １ 标 ． ２～２ ２ ． ｍ。水 深
工字 钢 ， ４根 ； 梁 采 用 １４工 字 钢 ， ６根 。钢 共 横 １ 共 管桩 之 间用 ｄ＝ １ ｍ 的钢 管连 接 。 ２９ ｍ
一
１ ． １ 计算 其钢 管桩 长度 如下 ： ０ ０ ｍ，
１ ８＝ ７ ２×０ ５×１ ０ ． ．２×（ ０× ．５＋ ５× ） ２ ４ ４ ３ ｈ
大 连 开发 区振连 路段 起点 为 大连 湾 和 尚岛 （ ７ Ｋ ＋ ８ ） 终 点接 赤 峰 街 （ １ ００ ， Ｋ ０＋４ ８ ７ ８ ， 要 穿 越 ２．１） 主
一
５５ ｍ， 泥层 厚度 为 ４４ ｍ， 质粘 土 顶 标 高 为 ．６ 淤 ．５ 粉
２ ３ 桩基 钢 护筒 下沉 ．
位， 测量定位后缓慢下放管桩 ， 并在 自 重情况下入土 稳定 ， 观测 垂直 度 ， 足 要 求后 低 档 振 动 下 沉 ， 钢 满 待 管 桩入 土一 定 深度后 高 档振动 下沉 ， 持力层 标 高 ， 至 计 划 钢管 桩 顶 面 控 制 标 高 ＋３ ０ ． ｍ。钢 管 桩 施 工 采
海上风电场大规模超长钢管桩沉桩技术与质量控制措施
产业科技创新 Industrial Technology Innovation62Vol.2 No.32海上风电场大规模超长钢管桩沉桩技术与质量控制措施孙一波（国电投能源科技工程有限公司，上海 522000）摘要：海上风电场是新能源事业发展进程中的关键基础设施，可充分提高风力资源的利用效率。
在这一背景下，文章以揭阳神泉项目为例，通过分析工程海域水文、海况分析，阐述了沉桩相关设备、施工流程、施工质量控制点等内容，并通过克服了水深、涌浪大、地质条件差、钢管桩径长等难点，确保了根钢管桩的沉桩质量，并提出了相应的施工控制措施，旨在为类似项目提供参考。
关键词：海上风电场；钢管桩；沉桩技术中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2020）32-0062-021 工程概况国家电投揭阳神泉-400 MW海上风电场项目（Ⅱ标段）共建设有37台单桩基础。
本工程所在区域地处亚热带气候区，常受台风侵袭，多年最大风速为30 m·s-1；风场水深34.7 m～38.2 m。
单桩桩顶直径7 m，桩底直径8.4 m～9.1 m，桩长96.2 m～117.7 m，壁厚70 mm～96 mm，重量1 498 t～1 829 t，深水34.7 m～38.2 m。
工程有效作业天数少。
沉桩的垂直度控制难度较大。
2 总体施工方案本工程采用主浮吊船和辅助浮吊船协同配合方式进行吊装、沉桩施工。
主浮吊船通过吊装的方式转移稳桩平台，使其精准就位，再利用振动锤使辅助桩下沉到位，使其维持稳定。
稳桩平台安装完成后主浮吊船和辅助浮吊船共同作业，顺利翻桩。
随后，主浮吊船绞锚，稳定停靠在稳桩平台周边，经吊装后将成型的桩体置入稳桩平台内，随后吊起打桩锤，按特定高度下落，沉桩至设计标高处。
3 超长钢管桩沉桩施工的主要内容3.1 船舶定位（1）主浮吊船航行至风场机位，设置工作锚（共计8个，按照预先确定的锚点坐标合理控制工作锚的位置），有效定位。
海上风电高桩承台超长钢管桩制造质量控制
海上风电高桩承台超长钢管桩制造质量控制发布时间：2022-06-28T07:43:10.911Z 来源：《工程建设标准化》2022年5期作者：黄少奇1 李名坤2 [导读] 近年来，海上风电发展迅速，各大重工企业加入行列，为海上风电发展贡献力量。
黄少奇1 李名坤2中国水利水电第十二工程局有限公司机电工程公司邮编323000摘要：近年来，海上风电发展迅速，各大重工企业加入行列，为海上风电发展贡献力量。
本文以华电玉环1号海上风电场项目所需的高桩承台钢管桩制造为例，对海上复杂海域环境下服役的高桩承台超长钢管桩的厂内制造难点及关键技术进行阐述。
在有限时间内，保质保量完成了钢管桩的制造任务，节约了工期，保障了施工现场沉桩任务的顺利进行。
关键词：海上风电高桩承台钢管桩制造质量引言：中国大陆海岸线长18000km，拥有岛屿6000多个，海上风能资源丰富。
根据海上风电区域靠岸距离、海水深度的不同，由近及远、由浅入深依次可划分为三个区域：潮间带和潮下带滩涂风电场、近海风电场和深海风电场。
因海上风电场所处具体位置不同，海环境及受力情况不同，而对海上风电机组基础的性能要求有所不同，进而使海上风电机组基础呈现出形式多样化，其基础型式按照受力特点分为桩基础、浅基础和柔性基础三大类，主要类型见表1。
表1：海上风电基础型式和主要类型1 工程概况1.1 工程简介华电玉环1号海上风电场项目一期工程位于浙江省玉环县近海海域，场区离岸最小距离约7km，水深7～10m。
规划工程场区呈多边形布置，东西长约10.4km，南北宽约9.6km，规划海域面积47.3km2，总装机容量300MW。
本工程安装43台单机容量7.0MW变桨变速风力发电机组，转轮直径184m，轮毂高度115m。
风电机组基础全部采用高桩承台基础形式。
1.2 高桩承台基础简介本项目北区共22台机位采用高桩承台基础型式，混凝土承台直径为16.4m，承台基础厚度为4.5m，8根直径为1.8m～2.0m、壁厚20mm～34mm的钢管桩作为基桩，桩长约为96～110m，单根重量分布在123t到134t之间。
海上风电超大型单桩沉设垂直度控制
中国港湾建设Verticality control of oversize steel pipe pile sinking of offshore wind powerZOU Tian-cheng,LIU Xing（Ningbo Branch of CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Ningbo,Zhejiang 315200,China ）Abstract ：According to the sinking construction of the oversize steel pipe piles in CGNPC Rudong 150MW offshore wind farmdemonstration project,we discussed and applied the verticality monitoring technology of pile sinking,adopted the monitoring technology of "high precision digital display horizontal ruler for coarse adjustment,total station instrument for fine tune"andeffective control measures,to ensure the verticality of pile sinking can meet the design requirements.It provides the construc原tion technology guarantee for the construction of the no-transition section flange single pile foundation.Key words ：offshore wind power;single pile foundation;pile sinking;verticality摘要：通过对中广核如东150MW 海上风电场示范项目超大型钢管桩的沉设施工，对沉桩垂直度监测技术进行探讨与实践，采取了“高精度数显水平尺进行粗调，全站仪进行精调”的监测技术及合理有效的控制措施，确保了沉桩垂直度达到设计要求，同时为实现无过渡段法兰式单桩的沉设提供了施工技术保障。
海上超长超大直径钢管复合桩施工关键技术
2012 2013 2014 2014 2014 2015 2015 2016
2018
项目名称
湘潭二桥 南昌八一桥 湖北宜昌长江大桥11-13号墩 武汉天兴洲长江大桥2号墩 马鞍山长江大桥4号墩 嘉绍大桥北岸水中区引桥墩
宁安铁路安庆长江大桥3、4号墩
佛山江顺大桥 渝黔铁路白沙沱大桥2、3号墩
2.3钻孔施工工艺
u 钻速控制
Ø 钻孔过程中根据不同地层，调 整钻压、钻速。在一般松散粉 细砂层，采用低档慢速。在板 结砾砂层，采用中档中速，并 适当增加钻压。在密实的中粗 砂层中，采用快速钻进，始终 保持减压钻进，孔底承受的钻 压控制在钻具重力之和（扣除 浮力）的80%以下，以确保钻 孔的垂直度。
7.0-9.0
1.20 1.54 0.75 1.26 1.50 1.00 0.32 0.48 1.09 0.90 1.00
9.0-11.0
0.07 0.05
2.3钻孔施工工艺
u 垂直度控制 Ø 为保证钻孔的垂直度，在钻头上部加
设配重，配重和钻头的总重量超过 60t，使钻具在重力的作用下始终垂 直向下。 Ø 每加1～2节钻杆，检查一次钻杆的垂 直度情况。出护筒钻进时在刮刀钻头 上增加扶正器，保证出护筒时上下孔 同心圆保证钻孔的垂直度。
2.2钢护筒施工工艺
u 现有钢护筒定位方法
• 苏通大桥
u 嘉绍大桥
u 港珠澳大桥
2.2钢护筒施工工艺
u 钢护筒打设
Ø 对于船舶及浮吊无法进入的浅水区域 7#～11#墩钢护筒在平台下放时采用 2台100t履带吊进行抬吊，当钢护筒 采用船舶运输时，采用浮吊进行吊装。
Ø 钢护筒采用大型液压振动锤振动下放。 Ø 分两节下放，现场对接，防腐补涂。
高桩码头超长钢管桩沉桩施工技术
高桩码头超长钢管桩沉桩施工技术发布时间：2022-07-05T01:40:15.907Z 来源：《工程建设标准化》2022年3月第5期作者：唐馨新[导读] 伴随着社会的发展，我国基建事业也在如火如荼的展开当中，为了提升港口码头的建设水平，唐馨新中国水产广州建港工程有限公司 510220摘要：伴随着社会的发展，我国基建事业也在如火如荼的展开当中，为了提升港口码头的建设水平，许多技术也被应用到施工建设当中。
高桩码头在施工过程中如何对超长钢管桩完成沉桩施工的同时，尽可能增加桩体入土深度，满足嵌固长度要求和桩基承载力要求是施工当中需要重点关注的注意事项。
基于此，本文主要探讨在高桩码头超长钢管桩进行沉桩施工的注意事项，以期更好的推动沉桩技术发展，保证施工需求。
关键词：高桩码头；超长钢管桩；沉桩；施工技术港口施工涉及工种类型较多，涉及到陆上和水上作业以及陆水协同作业，施工复杂、施工难度较大，因此在高桩码头超长钢管桩沉桩施工之前，需要详细考察港口环境，总结在高桩码头上进行沉桩施工需要注意的关键要素，做好相应问预案，确定具体情况后设计施工方案，确保施工方案真实可行。
在实际施工中做好关键施工环节的管控，保证施工效率和施工质量，为后续施工正常展开打下良好基础。
1分析工程具体情况高桩码头在海港工程当中得到广泛应用，桩基类型主要由预制混凝土桩、钢管桩、灌注桩等，桩基长度在70m左右。
为了保证沉桩工序顺利进行，需要在施工过程中先对项目具体情况进行了解，包括码头最大面积、码头承重力、栈桥宽度等，沉桩工程具体规模，单桩重量、桩体最大长度和平均长度等规格数据进行了解，在此基础上结合本次施工的具体环境总结施工特点，尽可能在施工之前做好充分准备。
部分工程要求桩距较密，且为了减少对附近水流的影响，在沉桩时有一定的角度要求，这在一定程度上增加了施工困难，需要在沉桩施工中尽可能做到精准，使最终结果贴合施工要求。
由于高桩码头需要进行超长钢管沉桩，入地距离较深，因此工程的地质条件也在一定程度上影响着施工流程正常展开。
海上大直径超长桩施工关键技术、装备与应用
海上大直径超长桩施工关键技术、装备与应用海上大直径超长桩是用来支持海上桥梁、码头和海上风电机组等的重要结构，其施工难度大、风险高，需要研发一系列关键技术和装备。
本文将围绕海上大直径超长桩施工关键技术、装备与应用展开讨论。
一、施工关键技术1.钻孔技术海上大直径超长桩的直径通常在3米以上，长度也会达到30米以上，因此钻孔技术是施工过程中最为重要的一环。
钻孔涉及到岩土工程、钢筋混凝土结构等多个领域，需要科学合理的施工方案。
钻孔机的选型和设计也是至关重要的。
2.安装技术安装技术是海上大直径超长桩施工中的另一个重要环节。
由于桩长大，其自重也很大，如何有效控制倾斜、晃动以及安装精度等问题都需要高超的技术。
同时，安装还需要专业的水下作业设备及技术。
3.材料选择与质量控制海上大直径超长桩的材料选择直接影响其在海水环境下的使用寿命和安全性。
因此，在材料选择和质量控制上需要精心设计。
特别是在钢筋混凝土结构中，应保证混凝土的质量和强度等指标，以确保结构的稳定和安全。
二、施工装备1.定位设备海上大直径超长桩的定位是关键的一环，需要借助定位设备完成。
目前的定位设备主要分为两类：一类是传统的全站仪，可以提供高精度的测量数据；另一类是新兴的激光扫描仪，在减少人工测量的同时还能提供更全面的建模信息。
2.水下作业设备水下作业设备是施工过程中的关键装备之一。
水下机器人已经成为一个不断发展的技术方向，可以有效替代人工作业，大大提高施工效率和安全性。
此外，水下焊机、切割机、钻孔机等作业设备也要保证技术先进、稳定可靠。
3.钻孔设备钻孔设备是施工的核心装备之一，需要根据实际情况选择合适的机型和规格。
海上大直径超长桩的钻孔设备通常采用刀具和钻头组合的方式完成工作，需要保证设备的稳定性、钻头的磨损程度等关键问题。
三、应用领域海上大直径超长桩广泛应用于海上桥梁、码头、海底油气管道和海上风电场等领域。
1.海上桥梁海上桥梁是一个关键的交通基础设施，需要保证其稳定、安全和长期可靠。
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2018年S1海洋开发与管理69渤海湾海上风电场大规模超长钢管桩沉桩技术与控制叶建,刘碧玉,冯小亮(中交三航(上海)新能源工程有限公司上海200137)摘要:随着海上风电的蓬勃发展,如何提高沉桩质量与施工工效是需要研究的问题㊂唐山乐亭菩提岛海上风电场300MW示范工程作为渤海湾第一个海上风电场,施工前期通过对渤海湾水文㊁地质分析,对沉桩相关设备㊁施工流程㊁施工质量控制点等的分析,克服了水深㊁涌浪大㊁地质条件差㊁钢管桩长等难点,确保了15个承台共120根钢管桩的沉桩进度与质量,得到了业主的好评㊂文章总结优化了渤海湾海上风电场沉桩相关技术与控制难点,为后续渤海湾海上风电场沉桩施工提供了重要施工经验与保障㊂关键词:渤海湾;海上风电;钢管桩;沉桩技术1工程概况场址位于唐山市京唐港与曹妃甸港之间乐亭县海域㊂场址区水深约7~28m,风电场装机总容量为300MW,共安装75台单机容量为4MW风机机组,风机轮毂高程89m,叶轮直径130m,采用三叶片㊁水平轴㊁上风向的结构型式㊂其中36台风机基础型式为高桩混凝土基础,其余39台为单桩基础㊂高桩承台每个承台共8根钢管桩,桩基采用直径为2m的钢管桩,钢管桩材质为Q345E型,壁厚22~30mm,钢管桩桩长84~89.2m,桩重108~ 116t,入土深度59~68m,桩顶标高为+2.2m,钢管桩斜度为5:1㊂每个风机基础设有8根钢管桩,在承台底部沿11m直径的圆周均匀分布㊂风机平面布置图见图1,结构示意图见图2㊂图1风电场风机平面布置示意图图2高桩承台结构示意图2地质分析按自上而下海域海底勘探深度内岩土空间分布较复杂,考虑时代㊁成因㊁岩性㊁沉积相变组合㊁工程特性差异等因素㊂拟建工程海域勘察深度内岩土自上而下可分为13层8个亚层,按自上而下的层70海洋开发与管理2018年序可分为:淤泥ң粉砂ң黏土ң粉砂ң粉土ң粉质黏土ң粉砂ң粉质黏土等(见图3)㊂图3典型地质剖面风场地质条件复杂,存在多处软弱土质夹层,沉桩过程存在溜桩风险㊂在沉桩前,需对各机位地质剖面图进行分析比较,对可能产生溜桩的地质层采取应对措施,保证沉桩正位率㊂3施工工艺3.1工艺流程工艺流程见图4㊂图4沉桩工艺流程3.2打桩船的选择根据本工程钢管桩参数㊁渤海湾海况,选用3航桩19沉桩施工,打桩船配置G P S定位系统,其中船体型长71.73m,型宽27.0m,型深5.2m,桩架最高点离水面95.5m,钓钩能力为(120ˑ2+80)t,满载吃水2.8m,总吨位2990t,满载排水量4346t,最大沉桩桩径可达3m㊂该船配备8只10t海军锚,抛艏艉八字锚,前后抛倒锚,在流速1.5m/s以内,H1/3大波平均值1.5m以内可正常作业,其抗水流㊁锚泊㊁收放等各方面性能可以适应该工程的特殊施工环境㊂该船设计驻船抗风等级9级,可作业风速等级6级㊂主要参数见表1㊂表1三航桩19主要性能参数总长/m71.73桩架最高点离水面/m95型长/m63.60倒架后最高点离水面/m44.0型宽/m27.00桩架作业变幅ʃ14ʎ型深/m5.20最大植桩长度/m72+水深满载吃水/m2.80典型植桩桩径/mmφ2000抗风能力避风9级,作业6级吊钩能力/t120ˑ2+83.3打桩锤的选择项目前期试桩时,实际沉桩情况统计见表2㊂表252#机位沉桩记录结合国内外工程经验,综合考虑工程地质㊁桩基设计要求(桩基持力层㊁桩身结构㊁质量等)因素,经沉桩可打性分析,桩锤拟选用I H CS800液压锤,能满足本工程高桩承台沉桩需求㊂I H CS800锤尺寸及主要参数见图5和图6㊂3.4沉桩顺序及船位布置单个承台基础8根桩为5ʒ1斜桩,呈圆形布置(图7),考虑到便于船舶施工沉桩,布3次锚位施打,具体顺序及锚位布置见图8至图10㊂打桩船布锚完成后,需对锚缆进行试拉,确认可靠后方可进行沉桩作业㊂3.5沉桩施工工艺3.5.1沉桩技术要求(1)本工程钢管桩沉桩以标高控制为主,贯入度校核㊂不允许单独采用贯入度控制㊂S 1叶建,等:渤海湾海上风电场大规模超长钢管桩沉桩技术与控制71图5 I H CS 800液压锤相关尺寸图6 I H CS 800液压锤主要参数图7 风机基础桩位布置图沉桩施工顺序:8#仰桩ң1#仰桩ң2#仰桩ң6#俯桩ң5#俯桩ң4#俯桩(2)钢管桩沉桩允许偏差㊂为利于上部承台施图8打桩船第一次驻位图9 打桩船第二次驻位沉桩施工顺序:3#俯桩图10 打桩船第三次驻位沉桩施工顺序:7#俯桩工,管桩沉桩完成后,桩顶允许偏差,设计标高处平72 海洋开发与管理2018年面位置允许偏差不大于150mm ,高程允许偏差+100mm ,-0.0mm ;桩纵轴线倾斜度偏差不大于1%㊂3.5.2 吊桩校核根据表1三航桩19最大植桩长度为72m+水深,沉桩区域水深17~23m ,植桩长度为89~95m ,大于钢管桩长度,满足吊桩高度要求㊂桩重最大值为116t ,吊桩时采用1个120t 大钩+1个80t 小钩起吊钢管桩,另一120t 大钩参与翻身,吊重校核如下:以桩长最长长度为89.23m 钢管桩计算(Φ2.0mˑ89.23m 钢桩):G =115.8t㊂(1)重心计算①㊂该工程的钢管桩按壁厚分为3段,上段壁厚为30mm ,中段壁厚为25mm ,下段壁厚为22mm ,分节制作,然后进行整装拼接㊂最长钢管桩上段长度48.5m ,中段长度10m ,下段长度30.7m ㊂各分段重心均位于中点,通过力矩平衡得出整段桩的重心㊂得到试桩钢管桩重心距离桩尖41.45m ㊂(2)起吊㊂起吊时采用双钩4点吊,4个吊耳依次分布在距钢管桩桩顶15m ㊁30m ,距钢管桩桩尖30m ㊁15m ,120t 大钩生扣距桩顶最近两吊耳,80t 小钩生扣距桩尖最近两吊耳,钢丝绳简化受力分析见图10㊂根据‘港口工程桩基规范“规定,起吊过程中,动力系数取1.3㊂上端两根吊绳夹角32ʎ,吊绳张力系数k =1.04㊂T 1c o s β1+T 2c o s β2=G ˑαˑk T 1s i n β1-T 2s i n β2=0T 1=95.16t ,T 2=72.3tT 1<120t ,T 2<80t,满足吊重要求㊂图11 起吊受力分析示意图3.5.3 吊桩吊桩时确保吊钩和钢丝绳轻放至桩上,避免对桩身防腐涂层产生冲击和磨损;吊桩离开桩驳的瞬间要迅速,不能拖桩㊁碰桩(图12)㊂图12 吊桩3.5.4 立桩定位左80t 小钩㊁右120t 大钩同步起吊至一定位置后,左边小钩保持不动,右边大钩缓起至桩身基本垂直㊂同时左边120t 大钩缓起将钢丝绳带紧准备翻身动作,松左边小钩钢丝绳解除小钩,带紧左㊁右大钩扶桩进龙口,关上抱桩器,解除左大钩钢丝绳㊂控制好桩顶位置套桩帽,钢管桩定位完成并压锤确保桩稳定性后解除右大钩钢丝绳,开始锤击沉桩时打开抱桩器(图13)㊂图13 定位立桩①钢管桩重心计算未考虑桩尖㊁桩顶加强环,牺牲阳极座,吊耳等构件㊂S1叶建,等:渤海湾海上风电场大规模超长钢管桩沉桩技术与控制73打桩船上有自带的 海工远程G P S沉桩定位系统 ,沉桩定位充分利用该 海工远程G P S沉桩定位系统 ,发挥定位快速㊁精确㊁实时显示等优点,确保沉桩定位质量㊂沉桩定位时需确定桩19船型定位的G P S1㊁G P S2㊁G P S3间距差数据稳定在0.10m 以内,高差数据稳定在0.1m以内,数据显示为L R K形式,测距仪正常显示数据,红点高程显示正常㊂当海天软件上G P S信号显示为G P S,则将原地等待G P S信号变为L R K,当显示为L R K形式时,则船型稳定5~15m i n,等待G P S信号稳定㊂如果长时间G P S信号未有显示,则检查仪器设备是否正常,基站是否有传来信号,或者施工区域有强烈的信号干扰㊂在G P S信号稳定的情况下,钢管桩定位实际位置与设计坐标一致后,需控制桩的提前量:俯打需后移0.3m,左右偏移ʃ0.1m㊂仰打前移需0.3m,左右偏移ʃ0.1m,沉桩作业中注意随时观察,对提前量参数及时进行调整,满足沉桩定位精度要求㊂3.5.5倾架下桩该工程斜桩倾斜度为5ʒ1,由于下桩与打桩过程中桩会存在一定偏移量,根据施工经验将桩架倾角设定为10.5ʎ,然后进行下桩㊂下桩过程中,桩自身重量会带动打桩船位偏移,利用船型界面显示的船偏移量数据与收拉锚缆的方式将船型矫正,矫正时仍需控制桩的提前量,确保沉桩正位率㊂3.5.6锤击沉桩根据土质层的详细勘探报告分析出可能发生溜桩的黏土层㊂黏土层容易发生溜桩,根据泥面标高,以及黏土层距离泥面标高㊁红点高程推算出可能发生溜桩位置:可能溜桩红点桩身读数=泥面标高+黏土层距离泥面标高+红点高程㊂开始沉桩时,利用桩锤自重压桩,稳定后启动液压锤沉桩,开始时以 一锤一测 的方式,连续轻捶㊂当快达到溜桩标高时,采用空档试打㊁轻捶慢打,在确定不会发生溜桩现象后,再采用正常档位施打,以 三锤一测 的方式继续锤击,贯入度控制在20mm以内,在连续5~10组锤击能量后没有出现异常情况时,增加锤击能量连续锤击,贯入度控制在30mm以内㊂桩顶距设计标高2m时,降低锤击能量,贯入度控制在10mm以内,连续沉桩至设计桩顶标高往上0.3m,即+2.5m处,多余高度通过割除钢管桩桩头方式去除,最终达到设计标高㊂在沉桩过程中,桩有仰打俯打之分㊂在该工程中,桩的直径是2m,斜度是5ʒ1,红点是照射在离龙口一面的桩身读数上,仰打与俯打就有0.4m读数之差㊂通过察看桩的桩身读数来控制桩的标高:停锤时红点桩身读数=桩长-2.5m+红点高程ʃ0.2m(仰打-0.2m+0.2m)㊂锤击沉桩过程中需密切注意贯入度的变化㊂在锤击过程中做好以下工作:①锤击沉桩时,桩锤和桩宜保持在同一轴线上,避免产生偏心锤击;②根据锤击贯入度控制锤击能量,贯入度过高则降低锤击能量,反之则提高锤击能量,但锤击能量最大不得超过450K J,防止钢管桩损坏;③潮流过急㊁涌浪过大时暂停沉桩;④打桩船进退作业时,注意锚缆位置,避免缆绳绊桩;⑤沉桩时做好沉桩记录,按规范要求认真填写,沉桩资料妥善保管㊂3.5.7高应变检测每个机位抽取一根钢管桩进行高应变检测,通过分析桩在冲击力作用下产生的力和加速度,确定桩的轴向承载力,评价桩身完整性,并分析土的阻力分布㊁桩锤的性能指标㊁打桩时桩身应力及瞬时沉降特性,检测完成后应形成检测报告㊂3.5.8桩位坐标测量在沉桩完成后,在直径2m的钢管桩上测出实际坐标(X,Y,Z)推算到-0.2m处的实际坐标(x, y,-0.2m),并测出桩的垂直度α,在C A D中套上套箱图进行分析下根桩沉桩,Z+0.2用已知量h表示,推算公式如下:x=X-hˑs i n(α)y=Y-hˑc o s(α)运用C A D软件画出2.2m实测的坐标以及-0.2m处的坐标,分析确定各桩的偏位,并形成套箱底板开孔图(图14),确保在割桩之后工序钢套箱安装顺利完成㊂4总结唐山乐亭菩提岛海上风电场300MW示范工74海洋开发与管理2018年图14钢套箱底板开孔程是渤海湾第一个海上风电场,施工区域水深㊁涌浪大,钢管桩长度约为84~89m,桩径为2m,属于全国首例大直径超长桩,钢管桩起吊及定位立桩时易出现打桩船移位,造成沉桩偏位㊂此外,施工海域地质条件复杂,多处存在软弱土质夹层,沉桩过程存在溜桩风险㊂该工程施工过程中克服了上述难点,并总结形成了较为成熟的施工工艺,保证了沉桩正位率,满足了设计及规范相关要求,也提高了施工效率,在2d有效天内即可完成打桩船进点㊁沉桩㊁撤点工作,对后续渤海湾海上风电场沉桩作业提供了一定的参考价值㊂参考文献[1]上海勘测设计研究院有限公司.唐山乐亭菩提岛海上风电场300MW示范工程高桩混凝土风机基础施工招标文件技术部分.。