开放海域淤泥质地基水下导管架基础施工精度控制技术研究

武晓飞

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

我国海上风电资源丰富，海岸线长度超过1.8万km，海上可开发和利用的风能储量为7.5亿kW，是陆上风能资源量的3倍，开发前景广阔。目前，我国的海上风电事业正处于规模化、大型化、多样化发展中。

1 导管架基础施工精度控制要求

珠海桂山风电场处于开放海域，受涡流扰动、波浪冲击、风阻力影响大；场址表层为饱和、流塑状的淤泥层，土层性能差。导管架基础精度要求高，精度控制要求如表1所示。

表1 导管架基础施工精度控制要求一览表

2 导管架基础施工方案优化

桂山风电场采用导管架基础结构，沉桩平面偏差、桩顶高程偏差以及桩身垂直度偏差结果对后续导管架的安装及环形空间灌浆施工都有直接影响。导管架基础顶部法兰面水平度要求较高，风机基础的施工控制必须与风机机组安装的要求相对应，确保上部风机安装的精度要求。

2.1 坐底式沉桩导向结构优化设计

文章优化设计了坐底式定位架沉桩导向结构，该导向结构由工艺辅助桩和工艺定位架组成。导管架边线中心位置设置4根工艺辅助桩，形成对角线长15m、边长10.6m的正方形，辅助桩长50m，直径2m。工艺辅助桩顶部设置整体式双层工艺定位架，采用型钢及4个定位桩套筒预拼装组成，结构长18m，高8m，重约200t，如图1所示。辅助桩与定位架利用上下层液压油缸抱紧装置固定，工艺定位架桩套管位置增设三维（平面与高程）液压调平装置，由上、下各4个液压油缸和定位滚轮组成，滚轮采用高分子聚合材料制作，避免桩基础防腐涂层破坏。该导向结构安装简便，稳定性强，精度可控性高。

图1 坐底式沉桩定位架实物图

2.2 沉桩导向架安装工艺优化

传统沉桩导向架结构采用桩基固定式定位架，其安装顺序为打设工艺辅助桩，安装工艺定位架，先采用振动锤进行桩基础插桩及稳桩，再采用液压打桩锤沉桩。但该工艺辅助桩的沉桩精度和定位架的精确就位难以控制。文章结合伶仃洋淤泥质地基现场实际情况，对桩基固定式定位架工艺进行了进一步优化，提出坐底式定位架安装工艺，该工艺采用先放置工艺定位架，后打设辅助桩固定，再利用振动锤进行桩基础插桩及稳桩，液压打桩锤沉桩的施工顺序。

坐底式定位架底部设置防沉板，避免在淤泥质地基下定位架入泥，定位架可依靠自重自稳于泥面之上，较桩基固定式定位架，多出定位架于泥面土摩擦反力和抵抗弯矩，所能提供的水平反力大，更有利于桩基础的平整度及平面位移精度控制。坐底式定位架的双层限位间距较桩基固定式定位架大4m，更有利于桩基础的垂直度控制。

2.3 导管架安装调平与锁定工艺优化

导管架的调平是导管架安装中至关重要的一环，直接关系到前后工序的成败。文章为导管架支腿上部设计了2套液压系统：调平液压系统和临时锁定液压系统。液压系统通过钢结构固定于导管架上，如图2所示。

（1）导管架调平系统。文章通过在导管架顶部法兰布设激光发射器、探测靶，导管架4支腿上各布设3个竖向液压调节油缸，形成导管架精准调平系统。通过调节油缸相对于桩基础顶端的顶升，调节导管架顶面法兰的水平度。在调节过程中，通过激光扫平仪SP-2激光平面度测量法，不断地测量导管架顶法兰水平度，在水平度符合要求后，锁定油缸保证调平成果。

图2 导管架安装调平与锁定系统（左）和测量定位系统（右）

（2）导管架锁定系统。导管架调平完成后，为了降低导管架受到外界扰动的影响，以顺利开展后续水下导管架灌浆连接，需采取必要的锁定导管架的措施。文章通过在每个导管架支腿上设置3个水平液压油缸顶撑抱紧桩基础以达到锁定导管架的目的。

3 安装精度控制

3.1 坐底式定位架沉放测量系统

坐底式定位架沉放测量系统在定位架顶部4个角点布设控制点G1、G2、G3、G4和平台中心控制点S，测倾仪对称安装在定位架的对角线两边。在定位架的上、下层设置液压定位系统，定位架的每边中心底部位置设置水平面和高程均可调节的三维调平装置，该装置与定位架连成整体一并吊装，通过调平系统可纠正沉桩过程中桩基础的平面位置和垂直度偏差。

3.2 导管架安装初定位测量系统

为保证起重船吊装导管架作业的准确性与高效性，文章对起重船进行定位测量系统的改造，应用RTK技术于起重船甲板的四角各布置一个测量控制点，其中2个点为固定GPS测站，另外2个点作GPS流动校核站。以RTK模式（动态）结合测倾仪等设备，实时测定船体的位置、方向和姿态。对导管架进行预测量处理，在导管架4个将军柱的外侧作反光片标记，导管架安装时，利用测量平台架设两台全站仪观测将军柱上的反光片确定导管架位置。

3.3 导管架顶部法兰调平测量系统

导管架顶部法兰测量采用SP-2激光平面度测量系统，主要由T310激光发射器、R310探测靶和DU310便携式笔记本组成。顶部法兰面水平度测量时，将探测靶安装于参考点上，上下调节使其探测到激光面。对已测参考点探测靶清零，将其移动到其他任意一点，产生一个测量水平度，探测靶就会显示相对于参考点的测量点的偏差，以此监控导管架顶部法兰面的水平度，如图2所示。

4 结论

文章通过对导管架安装导向结构形式的优化，设计了操作简单、稳定性强、可三维调节的坐底式定位架。该定位架采用整体式双层架体，具备更大的垂直向限位空间，更有利于桩基础的垂直度控制。文章结合桂山风电开放海域伶仃洋软基地质情况，对坐底式定位架安装进行先沉放定位架、再施打辅助桩的工艺优化，该安装工艺定位架沉放搁置于泥面之上，产生一定的水平摩擦反力和抗倾弯矩，结构更稳定，更有利于桩基础的沉桩精度控制。

文章结合桂山海上风电工程实际需要，采用临时固定式测量平台测控导管架吊放位置，辅以潜水员水下确认的工艺，直接高效地解决了导管架基础水下就位难的问题；通过在导管架支腿顶部设置的液压调平及抱紧装置，安全、高效地保证了导管架顶法兰水平度符合设计要求，调平成果被抱紧锁定系统保护，利于后道工序的开展。

通过对坐底式沉桩导向结构及其安装工艺进行优化，优化水下导管架安装及调平技术，利用RTK测量技术和SP-2激光平面度测量法，获得各项精度控制指标，均满足规范要求的研究成果：（1）桩基础水平位移量为1～35mm＜50mm，精度提高率平均值为74%；（2）桩身垂直度误差值为0.2‰～4.3‰＜5‰，精度提高率平均值为55%；（3）桩顶设计标高误差值为1～18mm＜50mm，精度提高率平均值为87%；（4）导管架顶部法兰水平度误差值0.01%～0.14%＜3%，精度提高率平均值为79%。