海上導(dǎo)管架基礎(chǔ)灌漿施工防漏漿技術(shù)分析

文 | 鄧偉

導(dǎo)管架是海上結(jié)構(gòu)物常見的基礎(chǔ)形式，導(dǎo)管架與基礎(chǔ)樁之間通過高強(qiáng)度灌漿料連接固定，并最終固結(jié)至海床上。灌漿漏漿是灌漿施工過程中最需警惕的風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生，將對整個(gè)項(xiàng)目的施工進(jìn)度產(chǎn)生巨大影響。同時(shí)，嚴(yán)重的漏漿將在一定程度上增加灌漿料成本。因此，開展灌漿防漏漿措施的研究至關(guān)重要。

本文介紹了某一海上升壓站工程施工過程中所采用的一系列防漏漿措施，包括：導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)建造過程中在灌漿區(qū)域段底部導(dǎo)管架管壁內(nèi)側(cè)設(shè)置封隔器；灌漿前潛水員在水下查看封隔器狀況，并利用棉布及圍圈纜繩封堵；進(jìn)行灌漿打底，利用凝固后的灌漿料作為封堵結(jié)構(gòu)；正式大量灌漿前向灌漿區(qū)域注水，并持續(xù)觀察所注水量是否減少，以判斷灌漿區(qū)域密封性；正式灌漿過程中，隨著灌漿料的輸送，觀察灌漿區(qū)域所注水是否持續(xù)溢出，以判斷灌漿是否正常。在施工工程中，針對所設(shè)置的封隔器遭受破損的突發(fā)狀況，充分利用現(xiàn)場物料，按步驟實(shí)施了以上防漏漿措施，灌漿工作得以順利進(jìn)行，保證了灌漿質(zhì)量，節(jié)省了成本。

工程背景

本海上升壓站安裝工程，隸屬于中電投大豐H3#300MW海上風(fēng)電項(xiàng)目。項(xiàng)目由國家電投集團(tuán)江蘇海上風(fēng)力發(fā)電有限公司投資建設(shè)，施工總承包單位為華電重工股份有限公司，煙臺(tái)打撈局分包負(fù)責(zé)海上升壓站海上安裝工程的所有工作。風(fēng)電場位于江蘇省大豐市亮月沙北側(cè)的海域，風(fēng)電場（中心）距海岸線直線距離約43km，海底地形變化平緩（海底灘面最大坡度小于1°），整個(gè)區(qū)域形狀呈四邊形，規(guī)劃海域面積約90km2，東西長約9.7km，南北長約9.1km，場區(qū)水深約8～14m（1985國家高程基準(zhǔn)）。本工程在海上建設(shè)一座220kV升壓站，將35kV電壓升壓至220kV，經(jīng)220kV海底電纜將風(fēng)電機(jī)組所發(fā)電能輸送至陸上集控中心后改為220kV架空線送出。

本工程中海上升壓站導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工工藝流程為：海上安放導(dǎo)管架—鋼樁插至導(dǎo)管架四主管內(nèi)—鋼樁打樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高—焊接皇冠板—灌漿施工。即灌漿施工前，導(dǎo)管架與鋼樁均已安裝固定到位，導(dǎo)管架與鋼樁之間需通過灌漿施工確保兩者之間連接的進(jìn)一步加強(qiáng)。由于鋼樁是插至導(dǎo)管架主管之內(nèi)的，且鋼樁均超出主管底部與頂部，因此，灌漿區(qū)域?yàn)殇摌稑侗谕鈧?cè)與主管內(nèi)壁之間的環(huán)形空間，灌漿區(qū)域的高度即是主管的高度。

本工程中，導(dǎo)管架主管外徑為2438mm，不同高程壁厚不一致，在主管底部與頂部區(qū)域，主管壁厚為50mm，鋼樁外徑為2200mm，鋼樁為雙斜樁，灌漿區(qū)域在整個(gè)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)中的位置見圖1（為便于直觀理解，圖僅示意，不代表實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸相互關(guān)系）。

圖1 灌漿區(qū)域位置示意圖

灌漿區(qū)域?yàn)橐欢ǜ叨鹊沫h(huán)形區(qū)域，底部在導(dǎo)管架內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)有封隔器，用以分隔灌漿區(qū)域與海底，同時(shí)作為防漏漿措施的第一道防線；頂部為圍著樁身焊接一圈的的皇冠板（實(shí)際灌漿施工時(shí)留有一塊皇冠板未焊，作為灌漿溢漿觀察口）。

本工程設(shè)計(jì)的預(yù)防漏漿施工流程如圖2所示。

圖2 灌漿防漏漿措施流程

防漏漿具體措施

一、封隔器設(shè)置

封隔器屬于導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)建造的一部分，其設(shè)計(jì)的目的即是封隔灌漿區(qū)域與海底，避免漏漿。封隔器為環(huán)狀的橡膠材質(zhì)，環(huán)狀外徑尺寸與主管內(nèi)徑相同，環(huán)狀內(nèi)徑尺寸與鋼樁外徑相同。該封隔器通過螺栓固定在導(dǎo)管架主管內(nèi)壁，鋼樁插入后樁壁與封隔器內(nèi)徑密實(shí)貼住，理論上認(rèn)為灌漿區(qū)域底部被封隔。每個(gè)導(dǎo)管架主管內(nèi)側(cè)底部設(shè)計(jì)上下兩道封隔器，同時(shí)封隔器上方設(shè)計(jì)有導(dǎo)向塊，可確保鋼樁處在主管中心位置，避免鋼樁直接抵碰封隔器。

插樁及打樁的施工過程極易損壞封隔器，灌漿前潛水員專門下水探摸，確定封隔器是否受到損壞。若損壞嚴(yán)重或出現(xiàn)部分脫落，按計(jì)劃需進(jìn)行水下封堵。

二、水下封堵

圖3 封隔器設(shè)計(jì)圖

潛水員將棉布從導(dǎo)管架管口底部（由于海底沖刷原因，鋼樁周圍出現(xiàn)深坑，管口底部是可以觸摸到的）填充至灌漿區(qū)域的環(huán)形空間內(nèi)。這種方式也是灌漿封堵常用的方法，但是大量棉布塞擠在環(huán)形空間，并不能確保支撐住其上部的灌漿液。在實(shí)際施工中，為加強(qiáng)封堵效果，在管口底部緊貼著鋼樁，用施工現(xiàn)場的粗纜繩圍繞鋼樁一圈，同時(shí)利用2t緊繩器裝置將纜繩兩端收緊，收緊的纜繩支撐著棉布，增強(qiáng)了封堵效果，以上所有工作均由潛水員在水下完成。水下封堵形式如圖4所示。

三、灌漿打底

導(dǎo)管架主管外側(cè)附屬有專門的灌漿管線，它的頂部在水面以上的導(dǎo)管架管口位置，用以連接灌漿軟管，灌漿管線底部與主管內(nèi)側(cè)的灌漿區(qū)域連通，即實(shí)際灌漿時(shí)灌漿料先被輸送至灌漿管線，然后從底部進(jìn)入環(huán)形灌漿區(qū)域。灌漿管線如圖5所示。

圖4 水下封堵示意圖

灌漿打底指的是先連接灌漿軟管管線，灌少量漿液，待此部分漿液凝固達(dá)到一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行正式灌漿，打底的灌漿部分凝固后可以作為新的封堵結(jié)構(gòu)，以保證灌漿區(qū)域的密封性。

考慮到灌漿打底部分不能超過灌漿入口（不然打底部分堵塞灌漿入口），因此，對灌漿打底的高度有嚴(yán)格要求。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙（參見圖5），管口底部與灌漿管線入口高差2.5m，考慮填充棉布的高度，要求打底高度不超2m。同時(shí)結(jié)合灌漿料性能，確定打底高度約為1m。根據(jù)灌漿料技術(shù)的要求，打底的灌漿料抗壓強(qiáng)度需達(dá)到最大強(qiáng)度的50%，方可進(jìn)行后期正式大量灌漿。所選灌漿料參數(shù)最大抗壓強(qiáng)度為110MPa，經(jīng)查詢灌漿強(qiáng)度曲線表（如圖6），在現(xiàn)場20℃環(huán)境溫度下，要達(dá)到50%的抗壓強(qiáng)度（即55MPa），需等待24小時(shí)。

圖5 灌漿管線示意圖

圖6 NaXTM Q110灌漿料強(qiáng)度曲線

四、注水判斷密封性

用于打底的灌漿料凝固24小時(shí)后，理論上可作為新的封堵結(jié)構(gòu)，然后從導(dǎo)管架管口頂部位置向環(huán)形灌漿區(qū)域內(nèi)注滿水。觀察所注水液面是否有變化，若2小時(shí)內(nèi)基本無變化，則證明灌漿打底效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，整個(gè)灌漿區(qū)域密封性良好，可進(jìn)行下一步的正式大量灌漿施工。

正式灌漿

一個(gè)樁腿的灌漿施工需連續(xù)進(jìn)行，切忌中途停止。灌漿管線連接完畢后，調(diào)試灌漿設(shè)備，具備灌漿施工條件后進(jìn)行正式灌漿。灌漿的時(shí)候，灌漿區(qū)域內(nèi)已注滿水，灌漿料從底部灌入，由下往上填充整個(gè)灌漿區(qū)域。由于水的密度遠(yuǎn)小于灌漿料密度，因此，隨著灌漿持續(xù)進(jìn)行，被灌漿料所擠占了空間的水將從灌漿區(qū)域頂部的導(dǎo)管架管口頂部溢出，通過觀察是否持續(xù)有水溢出，可以判斷灌漿是否正常。

隨著灌漿料填滿整個(gè)灌漿區(qū)域，原來環(huán)形空間區(qū)域的水將被完全排出，直至溢出漿液。根據(jù)灌漿要求，待漿液達(dá)到或接近最濃比級漿液，且持續(xù)5min，灌漿方可結(jié)束。

結(jié)語

漏漿是灌漿施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)之一，本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，施工之前對灌漿工作進(jìn)行深入分析，針對具體的導(dǎo)管架、鋼樁及灌漿管線的結(jié)構(gòu)形式，初步提出了一套從結(jié)構(gòu)制作至現(xiàn)場灌漿施工各環(huán)節(jié)的防漏漿技術(shù)措施，分別從設(shè)置封隔器、潛水員下水封堵、灌漿打底、注水觀察密封性、正式灌漿（此階段觀察注水是否持續(xù)溢出）五個(gè)方面進(jìn)行防漏漿措施的實(shí)施。其中，潛水員封堵除了類似項(xiàng)目常用的填充棉布之外，創(chuàng)新性地提出抱樁圍繞纜繩的封堵方式；同時(shí)灌漿過程中，首創(chuàng)性地提出注水方法，既可通過灌漿前向灌漿區(qū)域注水，并觀察液面是否下降判斷灌漿區(qū)域是否漏水，又可通過灌漿時(shí)是否持續(xù)溢水判斷灌漿是否正常，直觀方便地解決了灌漿料在水面以下灌輸而無法觀察的問題。以上防漏漿措施均通過實(shí)際施工證實(shí)，有效可行，可供類似海上施工工程借鑒。