淺水導(dǎo)管架拒錘后的安裝工藝

惠 丹，王 進(jìn)

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

目前，淺水導(dǎo)管架都是采取“打入鋼樁”的形式進(jìn)行導(dǎo)管架的安裝，因此鋼樁是否成功安裝決定著導(dǎo)管架安裝是否成功。由于鋼樁的安裝取決于土壤資料、打樁錘設(shè)備和海上施工順序等因素，一旦任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了差錯(cuò)，鋼樁就會因?yàn)橥ｅN時(shí)間過長而導(dǎo)致拒錘。

本文介紹了蓬萊19-3項(xiàng)目WHP-E導(dǎo)管架出現(xiàn)拒錘后的解決措施和安裝工藝，研究意義在于：1）工程實(shí)踐為海洋工程基礎(chǔ)理論研究提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)；2）通過現(xiàn)有工程項(xiàng)目實(shí)施的描述，推廣和傳播成熟的技術(shù)，開發(fā)新技術(shù)；3）改善工藝過程、提高效率、節(jié)約成本，為企業(yè)創(chuàng)造更高的利潤；4）優(yōu)化施工工藝，為健康安全和環(huán)保（HSE）提供必要的保證。

1 蓬萊19-3項(xiàng)目WHP-E導(dǎo)管架拒錘原因

WHP-E導(dǎo)管架在2008年1月開始海上安裝，由于8條腿的鋼樁均發(fā)生拒錘，直到2008年12月才完成整個(gè)導(dǎo)管架的海上安裝。為了最大限度的減少后續(xù)導(dǎo)管架出現(xiàn)拒錘的風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)將WHP-E導(dǎo)管架的拒錘原因做一個(gè)簡單的介紹，以便借鑒。通過分析現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)，技術(shù)人員分析具體原因有如下幾點(diǎn)：

1）土質(zhì)太硬。業(yè)主提供的土壤資料（圖1），根據(jù)提供的土壤資料發(fā)現(xiàn)，在 166.5ft~186.5ft（50.7m~56.8m），196.5ft~216.5ft（59.9m~66m），236.0ft~255ft（71.9m~77.7m）都是密實(shí)的沙層，樁端阻力達(dá)到200ksf。這在渤海都是比較罕見的。

2）接樁位置位于密實(shí)的沙層。在完成第三節(jié)鋼樁的打樁作業(yè)后，樁尖位于密實(shí)的沙層，此時(shí)進(jìn)行第四節(jié)鋼樁的接樁作業(yè)，導(dǎo)致樁尖部沙層在樁內(nèi)快速凝結(jié)，與鋼樁內(nèi)外壁發(fā)生固結(jié)。

圖1 土壤資料

3）打樁順序太過激進(jìn)。此次導(dǎo)管架也參照以往渤海導(dǎo)管架的施工順序，每節(jié)鋼樁全部接上，然后再進(jìn)行打樁，導(dǎo)致預(yù)先接上的鋼樁的停錘時(shí)間過長。

4）打樁錘錘體過重，錘擊率過低，動(dòng)力站與打樁錘不匹配。用于WHP-E導(dǎo)管架海上安裝的打樁錘是 MHU-800打樁錘和 MHU-1200打樁錘。MHU-800錘雖然能夠達(dá)到較高的錘擊率，但是由于錘體過重，導(dǎo)致鋼樁向鋼樁傾斜方向有一個(gè)輕微的彎曲，增加了鋼樁與導(dǎo)管架套筒之間的摩擦力。MHU-1200錘打擊能量雖然大于MHU-800錘，但是由于動(dòng)力站與打樁錘不匹配，屬于典型的“小牛拉大車”，因此發(fā)揮不出原來的效用，錘擊率和打擊能量都發(fā)揮不到正常的水平。

2 WHP-E導(dǎo)管架拒錘后的安裝工藝

WHP-E導(dǎo)管架拒錘后，由于當(dāng)前鋼樁入泥深度與設(shè)計(jì)深度差了將近20m，不能滿足導(dǎo)管架穩(wěn)性的要求。使用了三種安裝工藝來繼續(xù)完成導(dǎo)管架鋼樁的安裝，但是最終只有最后一種工藝成功了。下面將詳細(xì)介紹這三種安裝工藝。

2.1 使用更大能量的打樁錘繼續(xù)進(jìn)行打樁

WHP-E導(dǎo)管架施工現(xiàn)場，在主作業(yè)船上放置二種打樁錘，一個(gè)是 MHU-800打樁錘，一個(gè)是MHU-1200打樁錘。當(dāng)使用MHU-800打樁錘打樁時(shí)發(fā)生拒錘后，立刻將MHU-800錘換成MHU-1200錘繼續(xù)進(jìn)行打樁作業(yè)，但是由于樁尖的沙層已經(jīng)凝結(jié)，此種安裝工藝沒有奏效。

2.2 將樁內(nèi)土塞取出后繼續(xù)打樁

2.2.1 工藝原理

通過取土塞設(shè)備將固結(jié)在鋼樁內(nèi)側(cè)的土層清除掉，然后繼續(xù)使用打樁錘進(jìn)行打樁完成作業(yè)。

2.2.2 工藝步驟

1）取土塞。取土塞的設(shè)備如表1所示。

具體的施工步驟分以下10步，具體如圖2所示。

（1）樁頭切割。必須要滿足三點(diǎn)要求：切割線離導(dǎo)管架頂部必須要大于915mm；按照API-RP-2B規(guī)范要求，切割線離將來焊縫的距離要大于914mm（3ft）；切割線要避免切割到第四節(jié)鋼樁的插尖。

（2）在駁船上組裝泥管。

（3）安裝氣舉泵、水旋轉(zhuǎn)接頭、鉆頭來組成取土塞設(shè)備的第一部分。

（4）將設(shè)備的第一部分吊至鋼樁內(nèi)。

（5）連接液壓管線和氣管線，下放設(shè)備，直到鉆頭接觸到泥土層。

（6）在樁頂安裝門架和操作平臺及相關(guān)設(shè)備。

（7）安裝出泥臂。

（8）當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒，開鉆。首先將取土塞設(shè)備提起一些，保證合適的開鉆壓力，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)開鉆，根據(jù)壓力顯示器上的讀數(shù)來控制鉆速。然后開啟高壓水泵來沖刷樁內(nèi)壁，開啟壓風(fēng)機(jī)提供空氣來驅(qū)動(dòng)氣舉泵，將泥漿排出。

（9）泥管接長。當(dāng)完成一根6m泥管的鉆泥工作后，停鉆，然后再接一根6m的泥管繼續(xù)開鉆，直到達(dá)到設(shè)計(jì)的鉆泥深度。

（10）拆除取土塞設(shè)備。

2）將第四節(jié)鋼樁重新焊接并檢驗(yàn)。

3）再次起錘進(jìn)行打樁。WHP-E導(dǎo)管架海上安裝時(shí)，采取此種工藝僅完成了B2腿鋼樁的安裝。由于此種工藝施工周期較長，導(dǎo)致后續(xù)的鋼樁外側(cè)泥土徹底的固結(jié)，致使其他腿的鋼樁在取完土塞后，也無法打樁成功。

2.3 安裝樁中樁（Pin-pile）

2.3.1 工藝原理

通過在主樁內(nèi)安裝一根內(nèi)樁，然后在內(nèi)樁和主樁之間灌漿來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管架的固定。

表1 設(shè)備清單

圖2 施工說明圖

2.3.2 工藝步驟

1）按照淺水導(dǎo)管架常規(guī)鋼樁的安裝方法來完成內(nèi)樁的安裝，由于內(nèi)樁的直徑較小，不容易形成土塞，WHP-E導(dǎo)管架其他7個(gè)腿的內(nèi)樁全部一次性安裝成功。

2）按照淺水導(dǎo)管架常規(guī)的灌漿方法進(jìn)行此次WHP-E導(dǎo)管架7個(gè)腿的灌漿作業(yè)。由于已經(jīng)有入泥的鋼樁，此次灌漿不需要考慮漏漿的影響，但是此次灌漿量非常大，一條腿的灌漿量（230噸水泥）就等于其他導(dǎo)管架所有的灌漿量，而且預(yù)先沒有設(shè)計(jì)灌漿管線，灌漿只能通過下放一條很長的灌漿管線來進(jìn)行。具體步驟如下：

（1）工作準(zhǔn)備。灌漿設(shè)備的調(diào)試、連接，以及管線的安裝。

（2）放低灌漿軟管。為防止水泥漿被樁里面的海水沖散而破壞，在灌漿工作開始之前，必須將軟管下放至所鉆入的泥層面，因此相應(yīng)長度的軟管需要下放至樁中，同時(shí)用尼龍繩將軟管上端與樁頂端固定在一起。

（3）開啟水泥運(yùn)輸機(jī)以及水泵將水泥和淡水運(yùn)送至攪拌器并開始攪拌。

（4）取樣。測量水泥漿的密度，如果密度滿足要求，取出部分樣品用于制作水泥方塊來做強(qiáng)度測試，只做28天時(shí)的強(qiáng)度測試。

（5）啟動(dòng)水泥輸送泵保持連續(xù)輸送，如果泵被堵塞，將軟管提高大約 2m。如果輸送泵因故停止工作超過 3h，則需要全面沖洗輸送泵，以免水泥漿在軟管以及機(jī)器中硬化結(jié)塊。

（6）輸送泥漿的體積以及要求的密度應(yīng)該由測量體系全面控制，當(dāng)灌入的水泥漿總體積達(dá)到計(jì)算所需的量時(shí)，停止灌漿。

（7）提升并回收灌漿軟管。

（8）沖洗灌漿設(shè)備及軟管。

（9）水泥樣品試驗(yàn)。

（10）按照上述步驟，一次性完成 7條腿的灌漿作業(yè)，后續(xù)水泥試驗(yàn)結(jié)果全部合格。至此，標(biāo)志著WHP-E導(dǎo)管架鋼樁的海上安裝全部完成。

3 結(jié)束語

從蓬萊 19-3項(xiàng)目 WHP-E導(dǎo)管架的安裝中可知：1）導(dǎo)管架鋼樁的安裝是整個(gè)導(dǎo)管架安裝成功與否的前提，直接影響到整個(gè)項(xiàng)目海上施工工期，甚至影響整個(gè)公司的效益；2）導(dǎo)管架施工前，要通過詳細(xì)的方案論證來評估鋼樁拒錘的風(fēng)險(xiǎn)并采取相應(yīng)的措施來避免拒錘；3）如果發(fā)生拒錘，后續(xù)采取的安裝工藝需要合理選擇，并且不斷的更新和完善。

蓬萊 19-3項(xiàng)目的 WHP-E導(dǎo)管架鋼樁拒錘的后續(xù)安裝工藝在海油工程公司乃至中國海油尚屬首次，填補(bǔ)了一項(xiàng)海上施工工藝和施工技術(shù)空白。安裝工藝僅適用于淺水導(dǎo)管架拒錘后的處理，但是整個(gè)安裝工藝的設(shè)計(jì)理念為今后較深水導(dǎo)管架的安裝提供了新思路。

[1]王興龍, 石春梅. 樁長、樁型及打樁的速率、順序等因素對擠土的影響[J]. 土工基礎(chǔ), 2004(03): 46-48.