海上风电导管架灌浆施工质量控制浅析

2024-03-22覃晓荣

工程质量 2024年2期

王聪，覃晓荣

（浙江华东工程咨询有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

海上风电项目导管架基础的灌浆施工是基础结构施工的一项关键技术也是一项重点和难点工作，无论采用“先桩法”还是“后桩法”，均需要对导管架与基础桩间的环缝进行水下灌浆。导管架灌浆段是连接导管架与基础桩的关键部位，上部结构、风、浪和流等载荷主要通过导管架结构经灌浆段传递至钢管桩，钢管桩再把载荷传递到海床，所以灌浆质量将直接影响到风机的使用寿命和运行安全。本文结合广东某海上风电场项目导管架灌浆施工中的质量控制进行简单分析，为海上风机导管架灌浆施工质量控制提供参考。

1 导管架基础结构类型

导管架基础按施工工艺分有两种结构形式：“先桩法导管架”（见图1）和“后桩法导管架”（见图2）。先桩法导管架即先施工导管架基础钢管桩后将导管架支撑腿插入基础钢管桩，后桩法导管架即先沉放导管架再施打导管架基础钢管桩。

图1 先桩导管架示意图（单位：mm）

图2 后桩导管架示意图（单位：mm）

2 水下灌浆质量控制

2.1 事前质量控制

导管架水下灌浆应连续、不间断进行，所以在灌浆前必须做好充分的准备工作，保证一次灌浆成功。一般应该进行如下准备工作。

1）编写施工方案和作业指导书。方案内容要完整、准确，包括工程概况介绍、方案的编制依据、进度计划、资源投入、施工部署、灌浆施工工艺、灌浆工作流程详细说明、质量控制计划和措施、灌浆过程中可能出现的质量问题和处理措施、风险识别和控制措施、应急预案等，尤其是重点难点工序要详尽，编制的方案要具有可行性和可操作性。还应针对不同的机位特点编制灌浆施工作业指导书用于现场指导施工作业。

2）编写船舶、设备、备件、试验设备及器具的完整清单，有主有备，并按照清单进行准备。主要设备清单如表1 所示。

表1 导管架灌浆所需主要设备、仪器

3）提前关注施工海域的天气和海况，为了保证导管架灌浆施工的质量和安全，导管架灌浆施工应选择在有足够施工窗口期的时间进行施工。

4）从事灌浆作业的施工作业人员应具备相应的资格，并保证有 2 名合格的全职灌浆工程师进行现场管理、指导、监督和实施工作，直到灌浆完成，且此 2 人应具备灌浆工作和每次注浆扩散的工作知识以及 3 个以上海上风电场灌浆经验，并能在建设单位需要时提供专业的建议。灌浆团队成员数量应足以保证连续 24 h 灌浆作业。

灌浆前应明确人员岗位及职责，对各个岗位的人员培训，包括施工方案、设备操作及安全培训和交底。

5）船上所需电源、配电箱、起重装置及固定装置的检查，必须保证船上装置完好、工作正常，为灌浆施工提供保障。

6）灌浆设备性能良好、数量满足灌浆需要，不仅要考虑正常灌浆需要，还要考虑备用设备。灌浆设备离岸之前，应进行所有灌浆设备的功能测试并应在 7 d 前告知建设单位，灌浆设备性能应与灌浆浆液的类型和浓度相适应，其额定容许工作压力应大于最大灌浆压力的 1.5 倍，应有足够的排浆量和稳定的工作性能，保证灌浆能在 1 d 内完成。

7）灌浆材料。灌浆材料是灌浆段质量保证的关键因素，在实际选择时，会以灌浆连接段分析结构与设计要求为依据，选择普通水泥灌浆料或高强水泥灌浆料。对于普通水泥灌浆料而言，自身价格低、取材方便，广泛应用于海洋石油工程中，但缺点也很明显，容易收缩，抗压强度与粘结强度较低。高强水泥灌浆料相对于普通水泥灌浆料来说，主要采用了收缩补偿技术，因此灌浆料比较均匀，流动性强，更容易进行泵送灌浆，故更加适合海上风电基础灌浆要求。另外，在海上风电桩基灌浆连接施工方面，高强水泥灌浆料还具备以下指标，一是含气率，即高强水泥灌浆料含气率更低，一般要求在 4 % 以内；二是早期高强度，在 20 ℃ 环境下，24 h 以内的抗压强度应＞50 MPa；三是后期超高强度，一般在 28 d 后，灌浆抗压强度应达到 125 MPa；四是高体积稳定性，在实际灌浆施工时，灌浆连接段需要传递并吸收来至上部结构的所有荷载，灌浆料自身只有具备良好的体积稳定性，才能够保障灌浆连接施工质量。除此之外，高强灌浆料还包括弹性模量、抗折强度、凝结时间等指标。所以要提前按设计要求选定灌浆材料供应商，保证灌浆材料的质量满足要求。灌浆材料供应商的业绩、灌浆材料的技术参数、灌浆材料的相关有资质的机构提供的认证证书（如 DNV-GL 认证证书）、所提供的灌浆材料在类似海域施工的质量证明或者原型试验报告、每批灌浆材料的合格证书应当包括规范要求的一系列材性指标及制造日期和保质期，氯化物的总量不应超过水泥重量的 0.3 % 等均要满足设计要求。

灌浆材料应采用特殊的防潮及不透水袋包装供应。产品储存在干燥阴凉的环境中。运输过程中，材料用油布遮盖；在船上储存时，材料放置在一个顶部敞开的集装箱内，然后用防水油布遮盖，避免以后对材料产生影响。

8）密封材料。灌浆密封圈是一种用于封堵灌浆材料、防止灌浆施工中浆液泄漏的产品。它通常被安装在升压站基础灌浆连接段的底部，沿钢管一圈进行螺栓固定。在设计的灌浆长度下，最大能承受环面间隙与最小环面间隙见施工图纸，密封圈的密封范围不仅要保证能够覆盖上述区间，还要保证一定的容差。密封圈应能承受承包方选定的灌浆材料相应的灌浆压力和一定的温度范围，保证密封的可靠性。密封圈性能需模仿真实情况开展测试，测试压力需≥1.5 倍设计灌浆长度下的压力。应提供给船级社认证的证书以及实验报告、相应的业绩证明。应对以下项目进行检测：拉伸强度、拉断伸长率、硬度、每批次产品都应存有可追溯性记录、产品的尺寸检测报告、产品硬度检测报告［1-3］。

2.2 灌浆中的质量控制

2.2.1 灌浆管路连接

预制灌浆管线在导管架出运前提前焊接固定在导管架基础上；预先连接灌浆软管与平台上预制管线口，以便灌浆过程中工人上下平台接管、拆管作业。软管长度预留一定富余长度，在风、浪、涌作用较大条件下，保证不会因船舶晃动导致软管崩断损坏，接口处做好连接加固。当其断裂或者接口脱落紧急情况时，根据现场情况进行更换软管或修复接口。任何软管的弯曲，其弯曲半径不得＜70 cm，软管周边没有物品挤压且有振动空间；当软管没有连接起来的时候，所有的口必须用塑料盖或者其他材料封堵，保证软管内干净无异物。

2.2.2 灌浆段环缝冲洗

灌浆前，潜水员下水作业，利用高压水枪清除桩内泥沙及海生物，确保桩内干净达到施工要求。

2.2.3 密封圈检查

插入桩腿或钢管桩之前应检查密封圈是否存在异常，螺栓、盖板是否有松动，外形如有变形需要修正。密封圈的安装与存放必须严格按照厂家要求进行。

2.2.4 灌浆材料配置

1）灌浆材料的拌合应采用机械拌合，搅拌时间应不少于 2 min。

2）现场使用时，严禁在水泥基灌浆材料中掺入任何外加剂和外掺料。

3）冬季施工时段的材料配置应遵照 GB/T 50448－2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》第 4.0.4 条的规定执行。

2.2.5 首包料检测

对浆体进行现场测试、取样，确保达到灌浆设计要求。当第一包料达到灌浆料要求搅拌时间后，目测灌浆料是否搅拌均匀（无明显干料或块状），当目测搅拌均匀，放料至检测计量杯，如浆液不均匀，应延长搅拌时间直至搅拌均匀。之后开始进行现场浆液测试，测试浆液各项技术指标合格，方可泵送浆液，如不合格，应根据实际情况在灌浆料允许水灰比范围内进行加水搅拌调整各项测试数据，直至浆液符合灌浆技术指标要求。

2.2.6 灌浆料现场检测

灌浆施工现场测试指标包括灌浆料温度、流动度、表观密度和含气量等指标，现场测试的性能指标和试验方法如表2 所示。

表2 灌浆料现场测试性能指标

2.2.7 溢浆确认与停止灌浆

泵送开始阶段采用较大流量，当灌浆材料的用量大于溢浆前的理论材料用量或者环形空间顶部有溢浆发生，潜水员下水摸探溢浆情况，并及时告知专业工程师，经过专业监理工程师确认溢浆完成，应停止泵送，停止时间约为 15 min，使浆料中的气泡充分溢出。待专业工程师确认静置结束后，进行屏浆，压力屏浆仍然采用低流量进行。在泵送过程中，软管及灌浆料入口处有可能出现堵塞，必须随时观察泵车回压数值，一旦压力过高必须立即停止泵送。

2.2.8 灌浆过程应详细记录

应当详细记录灌浆过程中的各种参数、灌浆的起始时间、气温、海况、灌浆过程中的质量检查情况、灌浆过程中发生的异常情况等。