海上风电基础单桩施工垂直度测量控制

2020-11-08钮国平

工程建设与设计 2020年20期

钮国平

（江苏龙源振华海洋工程有限公司，江苏南通 226000）

1 引言

海上风机主要分为风机基础、风机塔架、发电主机和叶片，风机基础是主要受力构件，是风机的重要支撑，承载着巨大的风机自重、风、波浪、水流等载荷，因此，其沉桩施工的质量非常重要。风机基础采用的是直径较大的钢管桩，在厂房预制完成，整体发运至海上。通过大型浮吊将钢管桩翻身竖立，放入抱桩平台中扶正，最后吊液压锤套入桩顶进行沉桩，使其达到设计标高。沉桩过程中，为保证钢管桩顶部法兰水平度（行业标准≤3‰），需要在锤击沉桩过程中不停地测量、控制、调整。钢管桩沉桩状态图如图1所示。

2 施工测量控制

海上风电基础钢管桩打设精度要求较高，桩位偏差不超过 500mm，标高偏差要求不超过 50mm，顶部法兰水平度偏差不超过 0.3%，因此，在施工中除控制好桩位偏差与桩顶标高偏差外，桩顶水平度控制工作是重中之重。

2.1 测量资源配置

测量设备投入为全站仪2台、水准仪1台等。

图1 钢管桩沉桩状态图

2.2 测量换算

钢管桩沉桩最终检测为顶部法兰水平度≤3‰，但因在沉桩过程中，桩顶有液压锤沉桩作业，无法进行测量，需转化为对桩的垂直度测量，转化思路为：

在全站仪观察方向分别从桩顶至桩尾，标出每 10m 一档的标尺度数，记为 An0（n 为第 1，2，3，…，n 档标尺；0 为初始读数；A10 为从桩顶往下第1个 10m 开始），如图2所示。桩顶法兰水平度偏差值 B/D=（An0偏-A10偏）/（[ n-1）10000]≤3‰,n＞1，D 为基础桩上端法兰直径，An0 偏为从桩顶往下第 n 个10m 垂直偏差值。因此，通过测量、调整控制垂直方向标尺间偏差就可以控制桩顶法兰水平度偏差。

图2 桩倾斜模拟

2.3 测量方法

2.3.1 扫边法在固定稳定位置（抱桩平台4个角点上），选择合适的位置架设2台全站仪，并与钢管桩尽量呈现垂直分布，2 台全站仪同时正交扫测钢管桩直线段的边缘母线。将全站仪对中整平后，使用带有弯管目镜的全站仪，在视窗里观察全站仪的十字丝，旋转垂直螺旋，上下扫测钢管桩的边缘母线，定性地描述钢管桩倾斜程度。该方法操作简单快速，可以快速定性地描述出钢管桩的倾斜程度，适用于自重入泥阶段，桩本身还没有稳定。

2.3.2 母线法

制造钢管桩时，提前绘制4条钢管桩母线，当钢管桩比较稳定后，使用带有弯管目镜的全站仪，将全站仪架设在抱桩平台观测点上，对中整平仪器，观测钢管桩母线，测量该母线上2 个点的三维坐标，通过计算，得出母线的倾斜角度和倾斜方位，即钢管桩的垂直度。

综上垂直度测量，使用多种测量相结合方法，定性定量地测量出钢管桩的垂直度，剔除粗差，不断调整垂直度，以达到设计指标。

2.4 测量控制步骤

2.4.1 入抱桩平台自沉控制阶段调整垂直度

抱桩平台为钢结构框架结构，使用固定桩固定在所需位置，主要起扶正钢管桩作用，上层均布设有4个 150t 液压顶升，沿圆周均匀布设，用以顶升调整钢管桩垂直度。测量采用2台约呈 90°的全站仪（或经纬仪），仪器架设在抱桩平台上，稳定调平后，2 台仪器同时观测桩的垂直度，观测角度呈 90°。

钢管桩进入抱桩平台后，使用四周液压顶升固定桩位，桩位固定好后，开始下桩。在下桩入泥之前，2 面测量人员观测桩的垂直度有无变化，如有变化，根据倾斜数控及方向，指挥顶升装置操作人员对钢管桩进行顶升或收缩，持续调整，符合要求后开始下桩入泥。为减少后续调桩困难度，建议此阶段钢管桩垂直度控制值≤1‰。同时要求至桩顶进行复测桩顶法兰水平度，并将复测数据与桩垂直数据进行比对、修正垂直数据。

2.4.2 开锤前垂直度确认阶段

起吊液压锤套至桩顶部，下放吊锤吊钩使吊锤钢丝绳处于松弛状态，由于受锤身重量（以 IHC2000kj 锤为例，重 420t）影响，在下放液压锤时，可能会出现钢管桩受力不均情况，影响钢管桩垂直度。待压锤稳定后，复测、调整钢管桩垂直度，符合要求后开始击打沉桩。

2.4.3 正常沉桩垂直度可调阶段

在保证单桩垂直度的情况下，开动液压锤，先以小能量液压锤击沉桩，点动 2～3 锤，暂停一段时间，无异常后继续点动2～3 锤，再次暂停一段时间，如此 3～4 次，并安排测量观测桩身数据，调整桩身。

在观测过程中如由于平台受风浪影响，仪器有轻微的晃动，每次观测前需对全站仪重新调整，满足要求后方可进行观测。因要及时反映桩的垂直度偏差，全站仪在测角、测距过程中要数值精确，计算数值准确，以免造成垂直度调整的偏差。

2.4.4 连续沉桩阶段

此时当桩尖入土超过嵌固点以下后，调节装置不再发挥作用，进入大能量锤击沉桩阶段，此时仅对沉桩状态进行观察，通报各项数据。