中廣核汕尾后湖海上風電升壓站基礎施工技術研究

王 波

（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建廈門 361000）

1 工程簡介

中廣核廣東汕尾后湖500 MW海上風電工程場址位于汕尾陸豐市湖東鎮以南的近海區域，后湖場址涉海面積約為80 km2，場址中心離岸距離約12 km，水深在23～30 m之間，規劃裝機容量為500 MW，擬布置91臺明陽5.5 MW的風電機組（基礎形式為83套單樁+8套導管架），配套建設陸上集控中心，配套建設2座220 kV海上升壓站。

本次研究的西區海上升壓站基礎采用導管架基礎形式，導管架高度43.80 m，底部軸長寬間距22.26 m×21.56 m，頂部軸長寬間距14.0 m×13.3 m，底部軸距樁靴3.88 m，導管架整體重量約1 331 t。

升壓站導管架鋼管樁重為302.7 t，樁長為86.3 m，樁徑2 400～2 800 mm，吊耳至樁尾長度為82.5 m。

2 施工總體部署

2.1 總體施工方案

本風電場海底地形較為平緩，位于遠離岸線的無掩護外海水域，海況條件復雜，所處海域受大風、波浪等自然環境影響大，尤其受夏季臺風期、冬季季風期、開闊海域的涌浪影響，可作業時間少。

本次施工采用“振華30”全回轉起重船+1艘8 000 t以上運輸駁進行升壓站導管架安放施工，投入“振華30”全回轉起重船+1艘5 000 t以上運樁駁+配備1臺YZ800B振動錘和1臺IHC-S1200液壓錘進行沉樁施工；1艘5 000 t運輸駁灌漿船進行灌漿施工。

2.2 施工工藝選擇

升壓站基礎采用“后樁法”的工藝進行施工，先沉放導管架，再進行沉樁，最后進行灌漿的工藝。導管架吊裝采用4根吊帶連接吊點，“振華30”起重船主鉤起吊的方式進行沉放。鋼管樁通過“振華30”起重船進行起吊、翻樁、插樁，后采用YZ800B振動錘和IHC-S1200液壓錘可順利將鋼管樁沉至設計標高。

3 船舶設備選用

3.1 導管架安放船機

根據現場實際情況，選擇“振華30”全回轉起重船作為導管架安放施工主力船舶。通過分析升壓站導管架安放適用性可知，升壓站導管架高度為43.80 m，底部軸長寬間距22.26 m×21.56 m，頂部軸長寬間距14.0 m×13.3 m，底部軸距樁靴3.88 m，導管架整體重量約1 331 t。

（1）吊高分析。升壓站導管架整體高度最高約45 m，采用4條工作長度20 m的吊帶，吊帶從主鉤至導管架頂部垂直距離計算，按18 m考慮，起吊時導管架離開甲板高度2 m，運輸駁干舷高度4 m，起吊時所需水面以上最小吊高69 m。（2）吊重分析。升壓站導管架整體重量約1 331 t，吊索具按5 t考慮，起吊系數取1.1，起吊時所需最小吊重為1 469.6 t。（3）工作幅度分析。升壓站導管架樁腿間距的最大尺寸為22.26 m×21.56 m，按起吊幅度最有利布置，導管架底部樁靴外壁距導管架中心距離最小為15.35 m，起吊時考慮預留安全距離5 m。

根據對升壓站導管架的分析，舷外跨徑應≥20.35，水面以上吊高≥69 m，且吊重≥1 469.6 t，結合“振華30”起重曲線圖，當臂架角度在52.9°～74.7°時，采用主鉤以滿足幅度、吊高和吊重的要求，“振華30”全回轉起重船能滿足升壓站導管架安放的工況要求。

3.2 鋼管樁沉樁船機

根據現場實際情況，選擇“振華30”作為鋼管樁沉樁施工主力船舶。通過分析鋼管樁沉樁適用性可知，升壓站泥面標高-25.8 m，導管架鋼管樁重302.7 t，樁長86.3 m，樁徑2 400～2 800 mm，吊耳至樁尾長度為82.5 m。

（1）吊樁吊高分析。吊樁時采用主吊鋼絲繩掛吊梁，吊梁兩端鋼絲繩掛吊耳，溜尾鋼絲繩連接溜尾鉗進行起吊。當鋼管樁完全豎立狀態時，主鉤至吊梁按4.83 m考慮，吊梁高度考慮1 m，吊梁下主鋼絲繩至吊耳長度度為30 m，吊耳半徑0.35 m，兩吊耳至樁尾長度為82.5 m。考慮安裝的導管架樁靴龍口標高為-14.75 m，吊樁借水深14.75 m，考慮極端低水位0.8 m，實際需要水面以上吊高為104.03 m。（2）吊錘吊高分析。吊振動錘：鋼管樁長約為86.3 m，水深考慮25.8 m，根據現場施工的情況及土質地勘資料分析，考慮樁自重入泥5 m，考慮極端低水位0.8 m，鋼管樁自重入泥后樁頂距水面以上實際高度為56.3 m；主鉤至振動錘頂吊索具按8 m考慮，錘高為6.2 m，吊振動錘實際需要水面以上吊高為70.5 m。吊液壓錘：根據相關計算和施工經驗，振動錘對鋼管樁振入深度約22 m，振動錘振完后，鋼管樁樁頂距水面以上高度為39.3 m，吊送樁器12 m，吊索具按8 m考慮，液壓錘高度18 m，吊液壓錘實際需要水面以上吊高為77.3 m。（3）吊重分析。升壓站鋼管樁單根重為302.7 t，吊索具重量按30 t考慮，荷載系數考慮1.1，吊重最小需要365.97 t。（4）工作幅度分析。鋼管樁樁徑2 400～2 800 mm，鋼管樁施工采用單船翻樁工藝，吊導管架最外側樁時吊鉤中心距舷邊距離為25.87 m，考慮5 m安全距離，最小舷外工作幅度為3.87m。

結合“振華30”主鉤安全工作負荷，臂架角度為65.9°～56.4°時，主鉤水面以上起升高度≥104.03 m吊樁高度，且不小于70.5 m和77.3 m吊錘高度，吊重≥最小吊重需要365.97 t，舷外跨徑36 m＞33.87 m。因此，“振華30”起重船滿足鋼管樁沉樁的工況要求。

3.3 樁錘選用

根據沉樁可打性分析結合以往的沉樁經驗，擬先采用YZ800B振動錘施打至預定標高后，再用IHC-S1200液壓錘沉至設計標高。IHC-S1200液壓錘單擊最大能力為1 200 kJ，運用美國GRL公司的GRLWEAP波動方程分析程序對典型施工條件下的鋼管樁計算其可打性，分析結果表明擬選用的沉樁設備完全可行。

4 主要施工方案

4.1 船舶就位，吊裝準備

根據業主要求，現場已進行聯絡海纜的敷設，在升壓站區域附近進行甩纜，西區甩纜距離升壓站安裝區域約100 m，甩纜對西區升壓站基礎施工均有影響。

導管架安裝采用的主作業起重船，避開甩線區域橫浪拋錨，拋錨通過拋錨艇進行操作，拋約1 200 m的錨纜。拋錨快完成時，導管架運輸駁運輸駁進入起重船的起吊范圍后靠起重船，避開甩線區域，起重船與運輸駁平行并列布置。

4.2 導管架掛鉤、解封

起重船和運輸駁就位后，立刻進行導管架測量儀器安裝，各項準備檢查工作完畢后，調整起重船大臂扒桿角度，使主鉤對準導管架的中心吊點位置，落鉤進行4根吊帶的掛鉤工作。掛鉤完成后，輔助人員進行導管架的解封。

4.3 導管架起吊、安放到位

導管架掛鉤解封完后，開始進行導管架起吊，當導管架底部距離甲板面2 m左右安全高度時，運輸船立即撤離避開安裝區域，再開始下放導管架。測量人員通過在導管架頂部安裝的2臺GPS進行導管架坐標及方位角的控制，在導管架未觸泥前，提前連接導管架主鋼管布置的2根纜風繩與主吊船2個錨機，進行導管架方位角的調整。

導管架觸泥穩定后，測量人員進行導管架水平度復核，如果發現水平度不滿足要求，可采取“壓高點、提低點”的方式，進行導管架水平度調整。為保證鋼管樁沉樁最后階段工程樁剪力鍵不觸碰套管導向板，導管架水平度需控制在2‰內，滿足要求后解鉤進行下道工序。

4.4 鋼管樁運輸船就位、起吊

導管架安放結束后，立即進行吊索具摘鉤和更換吊索具。鋼管樁運輸船進場，運輸駁停靠在起重船側邊。起重船通過絞錨進行移位，移位到鋼管樁沉樁合適位置后，進行鋼管樁的掛鉤和起吊。起重船主吊通過5 m鋼絲繩圈掛吊梁，吊梁連接2根30 m長鋼絲繩圈掛主吊耳，溜尾通過71 m鋼絲繩圈掛溜尾鉗進行溜尾起吊。

4.5 鋼管樁翻樁、插樁

大臂中心與樁的重心相重合，起吊鋼管樁離開運輸船甲板面，起吊過程到一定高度后，運輸船離開。主鉤緩慢提升，副鉤緩慢下放，逐漸翻樁，直至鋼管樁完全豎立狀態。副鉤繼續下放，直至溜尾鉗脫鉤，鋼絲繩松動。

通過絞松錨和調整吊臂角度，對準導管架樁靴口，鋼管樁緩慢下放至龍口時，潛水員下水輔助鋼管樁進入樁靴龍口，再下放鋼管樁。鋼管樁在自重作用下，下沉至泥面下一定深度，直至鋼管樁確認穩定，進行松鉤回收，4根樁依次插完后進行下一道工序施工。

4.6 振動錘和液壓錘沉樁

4根鋼管樁插樁結束后，先使用振動錘進行施打，再用液壓錘沉樁。現場施工時先進行對角線兩根樁的施打，再進行另一側對角線兩根樁的施打。

振動錘沉到無法下沉時，保證樁頂在水平面以上，再同時通過副鉤吊裝送樁器和主鉤吊液壓錘，使用液壓錘錘至設計標高。設計標高通過測量液壓錘先標注的刻度推算出樁頂標高，以此控制設計標高。

4.7 灌漿施工

4根鋼管樁沉樁到位后，安排灌漿施工。灌漿施工開始前，由潛水員在水下進行灌漿前各管件連接等問題的最后檢查，確認各準備項均無故障后，通知水面灌漿組開始灌漿工作。根據每根灌漿的方量，在接近理論量時，潛水員下水觀測，當導管架支腿與鋼管樁連接處四周均開始溢漿時，判斷灌漿完成，當滿足灌漿完成施工條件后，及時通知水面灌漿組停止灌漿工作[1]。

4.8 完工驗收

通過在導管架頂部設置臨時施工平臺，在平臺4個角點架設定位定向儀，分別測量樁正、側兩方向的垂直度。具體的方法儀器照準樁的上口邊緣，鎖住水平度盤，垂直轉動儀器，測量樁下部的偏距，根據偏距和樁身測量長度，計算和控制垂直度。為了消除儀器誤差，每次測完后，可交換位置再觀測一次。工程樁垂直度通過導管架導向圈上布置的限位螺絲調節系統進行調整。

5 結語

依托中廣核汕尾后湖海上風電項目開展的海上升壓站基礎施工，解決了在復雜海域條件下海上升壓站基礎導管架起吊安放、鋼管樁沉樁等關鍵技術難題。形成了一整套在復雜海域條件下海上升壓站基礎施工技術，施工工效顯著，具有較好的經濟性、較高的安全性，可為以后類似海域升壓站基礎施工提供參考和借鑒。