海上风电大直径单桩附属构件安装及施工测量技术

胡忠平，郑 川,2，张 毅,2

(1. 浙江华东工程咨询有限公司，浙江 杭州 311122； 2. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

目前，全球化石能源如石油等逐渐短缺，可再生能源越来越受到人们的重视。其中，风能因为具有清洁环保高效等特点，成为了新能源发电的主力军[1-3]。我国海上风能资源丰富，沿海省份的海上风电项目进入大力发展阶段[4-6]。海上风电项目中一般由海上风机和海上升压站组成。海上风机的基础形式多样，其中，单桩基础有工期短、易于制造等优势，成为了较为常用的基础(见图1)。目前，许多学者对大直径钢管桩沉桩技术[7-8]以及施工难点[9-10]等开展了相关的研究，但是，对海上风电大直径钢管桩附属构件安装及施工测量技术还有待进一步的研究。结合江苏启东某海上风机大直径单桩基础建设项目，对大直径单桩基础附属构件安装及施工测量技术进行研究，为类似工程施工提供参考。

图1 风机基础立面图

1 工程概况

江苏某海上风电项目位于启东海域，场区中心离岸距离约32 km，海底地形变化较为平缓，水深在6～13 m之间。场区形状呈矩形，南北长约8 km，东西宽约5 km，规划海域面积40 km2，规划装机容量250 MW，共10个回路、40台6.25 MW风机。

1.1 单桩基础

本工程基础施工为6.25 MW的单桩基础及集成式附属构件施工，共计40个机位，单桩直径分为6.5～7.2 m及6.5～7.48 m两种，桩顶高程+13.0 m。钢管桩桩长70～77 m，壁厚为64～78 mm，桩重约800～1 000 t，单桩最大长度77 m，最大重量约1 000 t。桩顶法兰与上部风机塔筒通过法兰系统进行连接。

附属构件包括单桩基础配套用靠船防撞构件、爬梯、内平台、外平台、电缆管、外加电流等。将上述构件中除内平台以外的其他附属构件在陆域制作成集成式附属构件套笼结构，运输至海上施工现场后，利用起重船进行整体吊装安放。单桩基础内平台支撑牛腿焊接于桩体内壁，与桩体成一体进行沉桩施工，内平台主体在陆上制作完成后，运至海上进行安装。

1.2 工程地质

工程场地表层地基土易受潮流冲刷影响，属建筑抗震不利地段，且工程场区位于近海海域，风机基础易受海浪冲刷，因此工程区域土体稳定性较差。

2 钢管桩施工流程

采用3个作业面完成施工，工作面1由1 200 t全回转起重船负责主吊，工作面2由1 500 t全回转起重船负责主吊，两个工作面共用800 t固定扒杆起重船负责辅助抬吊，使用IHC-S3000液压冲击锤完成沉桩施工。工作面3由2 200 t固定扒杆起重船单船翻桩，或者采用辅助船舶进行台吊翻桩，承重为13 000 t的载重船配合沉桩，使用IHC-S2000液压冲击锤完成沉桩施工。单桩基础钢管桩沉桩施工工艺流程见图2。

图2 单桩基础钢管桩沉桩施工工艺流程图

3 附属构件安装施工工艺

3.1 施工船舶驻位

集成式附属构件安装主要利用800 t固定扒杆起重船完成安装，船舶驻位方向与水流方向相同，即东偏南22.5°。船舶前后均采用八字锚，前后各4口，船艏锚船体各呈35°、45°，船艉锚与船体各呈45°、55°，均为600 m(见图3)。

3.2 运输船驻位

集成式附属构件运输船根据现场实际风浪情况靠800t固定扒杆起重船左舷或右舷，通过缆绳绑定于800 t固定扒杆起重船上，靠船位置需使所吊集成式附属构件在可吊范围(如图4，两圆圈中间范围)。施工人员及技术员登至运输船，检查集成式附属构件外观并清点物料。

图4 套笼运输船驻位示意图

3.3 集成式附属构件挂钩

运输船驻位完成后，利用800 t固定扒杆起重船主钩通过软吊笼将施工人员吊至内平台。到达外平台后，检查外平台钢格栅是否固定牢固，检查后可将安全带双钩固定于牢固的钢格栅上。

首先拆除吊点位置的钢格栅，起重指挥指挥吊机将吊索具吊至吊点位置，施工人员完成吊索具安装。吊装采用两根钢丝绳连接4个吊点，每根钢丝绳连接两个吊点，为尽量避免偏心问题，钢丝绳所连接得两吊点方向应与矩形外平台长边平行。

3.4 集成式附属构件吊装

外平台上施工人员完成挂钩后，运输船甲板施工人员拆除集成式附属构件运输固定工装，并安装缆绳用于调整方向。拆除后外平台上起重指挥指挥吊机将集成式附属构件吊至钢管桩顶，船甲板施工人员通过桩身标记线及集成式附属构件圈梁上得牛腿及塔筒门方向，利用缆绳调整集成式附属构件方向，调整完成后继续下放集成式附属构件至无法继续下降，桩身牛腿完全进入燕尾卡，并通过桩顶与套笼顶高度核算(见图5)。

图5 套笼距桩顶示意图

采用双层液压抱桩器，其主要用途为实时调整桩身垂直度。该双层液压抱桩器由基座、导向滚轮、摆块和液压系统组成。基座通过定位平台顶部的导向与承重为13 000 t的载重船GPS定位系统精确安装到定位平台顶部；摆块的启闭通过转轴与液压杆完成；抱桩器的上下两层各布置4台 液压千斤顶，共8台千斤顶，其中4台千斤顶固定在4个摆块上，每个摆块上各固定一台，千斤顶的端部安装有导向滚轮，千斤顶将钢管桩锁死后，钢管桩可顺千斤顶垂直下垂，即可完成钢管桩的稳桩定位与桩身垂直度调整，又可有效保护桩身防腐层，由本工程钢管桩参数可知，调整千斤顶伸缩量可保证将钢管桩一次性沉桩到位。

3.5 集成式附属构件脱钩

施工人员连接好安全带双钩，通过小锤等工具，将卸扣从吊点处拆除，再将挂钩时移走的钢格栅板恢复并拧紧挂钩，最后人员乘坐软吊笼随吊索具返回船甲板。

4 施工测量

4.1 稳桩平台测量方法

1)稳桩平台平面位置测量方法。1 200 t全回转起重船、1 500 t全回转起重船、承重为13 000 t的载重船及2 200 t固定扒杆起重船进行稳桩平台定位：首根桩采用星站差分，后续桩采用GPS安装在稳桩平台顶部抱装器中心然后采用点放样的形式进行平面定位，吊机吊至位置后进行稳桩平台沉放。

生态清洁小流域建设。远、中山及人口稀少地区主要采取生态移民、封禁治理和政策保障措施，提高水土保持能力；中、低山及人类活动频繁地区主要采取林草植被、小型水利水保工程、生态农业、面源污染防治、污水和垃圾处理等措施，提高水源涵养能力；河（沟）道两侧及库湖周边地区主要采取沟道工程、河道综合整治、植物缓冲过滤带建设等措施，提高水质净化能力。

2)稳桩平台高程测量方法。辅助桩沉完后，架设水准仪在辅助桩身上标识水平线，也可用水平管测桩身相对水平线，并通过桩身刻度反计算到预提升桩身刻线数高程。稳桩平台提升加固完成后，通过水准仪进行水平度复测，通过GPS进行桩中心位置复测，并把相对位置反尺到千斤顶上并标记。

4.2 沉桩施工测量方法

4.2.1 垂直度测量方法

1)入龙口阶段。起重船起吊钢管桩入龙口时，在桩入泥2 m左右用千斤顶顶住钢桩。之后调整桩身垂直度。调整桩垂直度具体方法：两人使用经纬仪夹角90°观测桩身刻度位置，调整垂直度可采用吊机与千斤顶配合调整，反复调整到满足自沉精度和方向，垂直度控制在0.5‰或调整绝对垂直状态，做好记录。

2)自重下沉控制阶段。调整好桩身垂直度后，自重下沉，下沉时通过经纬仪实时观测桩身垂直度并通过千斤顶进行调整，满足要求后由测量人员记录好垂直度。

3)开锤前垂直度确认阶段。桩身自重下沉之后，进行打桩锤吊装和压锤，压锤前和压锤后复测桩身垂直度并记录。

4)正常沉桩垂直度可调阶段。刚开始小能量单击打桩时，测量人员每2～3 m，停锤校正桩身垂直度，并做好记录。

5)连续沉桩阶段。连续沉桩时，前30 m，每3～4 m停锤观测垂直度，后30 m，每3～5 m观测一次，直至液压顶无法调节停止观测。

若出现溜桩现象，溜桩停止后，立即进行垂直度复测，确保垂直度在1‰范围内，再继续沉桩。

利用GPS测量出平台顶面高程，通过水准仪引测到千斤顶上，推算出桩身刻度，沉桩到近2～3 m到设计标高时，复测稳桩平台顶面标高并重新推算桩身刻度，当千斤顶顶面与预算桩身刻度对齐时，即沉桩完毕。

4.2.3 桩顶法兰盘水平度测量方法

测量人员用精密水准仪测量桩顶法兰盘平整度，复测时，应按法兰盘圆周正北12点方向均匀分布6个点。记录表见附件，示意图见图6。

图6 水平度测量点示意图

4.2.4 塔筒门方向测量方法

桩制作时在桩身上18～32 m处标记出桩身塔筒门方向引线，稳桩平台定位完成后复测桩心坐标并通过CAD算出在稳桩平台上塔筒门方向引线两个坐标点，通过GPS放出并标记在稳桩平台上。在稳桩平台入龙口时通过旋转桩身的方法使得桩身引线与平台引线重合，即塔筒门方向定位完成。

5 结 语

为解决受到海风以及海洋地质等因素影响下，大直径单桩基础沉桩精确度要求较高以及附属构件安装安全性难以得到保障的问题。提出一种海上风机大直径单桩基础附属构件安装及施工测量方法。

首先，单桩基础沉桩施工主要位于3个工作面，沉桩施工场地主要以船舶为载体，其中工作面1上主要进行起吊作业，工作面2进行部分起吊作业以及沉桩作业，工作面3进行翻桩作业以及沉桩作业。

其次，提出施工船舶驻位、运输船驻位、集成式附属构件挂钩、集成式附属构件吊装、集成式附属构件脱钩等5项附属构件安装施工技术。

最后，提出稳桩平台位置测量方法以及高程测量方法、沉桩施工中垂直度测量方法、桩顶高程测量方法、桩顶法兰盘水平度测量方法、等5项关键施工测量技术。