海上風電基礎單樁施工垂直度測量技術

李坤

（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司）

1 工程概況

中廣核平潭大練海上風電場項目C 區18 臺單樁基礎及20 臺風機安裝工程位于平潭大練、小練東北側及白青東北側，場址分A、B、C 三塊區域，其中C 區位于大練島北側，中心距離海壇島約2.4km，水深約10～25m，泥面標高16.0～28.0m，共有28 臺4MW 風機，共計112MW。本標段位于C 區，有單樁基礎共18 臺，樁徑分別為5.5～6.8m 和5.5～6.3m，樁長71.6～84.6m，樁重725～910t。

本工程所處海域受大風、波浪、涌浪、流速等自然環境影響大，尤其處于夏季臺風期、冬季季風期異常氣象時期，根據氣象資料顯示因開闊海域的涌浪影響，年有效工作日不到年日歷日的一半。單樁基礎頂法蘭直徑5.5m、壁厚、樁重，屬超大型管樁基礎。

2 沉樁施工工藝

單樁基礎鋼管樁的沉樁難度較大，工程為無掩護外海施工，現場的天氣狀況欠佳，季風、臺風對施工的干擾作用較強，有效作業時間緊張。同時施工現場的水深具有較明顯的階段性變化，沙洲有偏移以及移動的特點。在較為嚴苛的施工條件中需要綜合考慮到安全、質量、效率多重要求。經技術分析后項目采用高潮位移船駐位的施工工藝。

3 垂直度監測方法的對比分析與選擇

錘擊是沉樁施工中的關鍵作業環節，樁錘和樁體應共處相同的軸線上，否則易出現偏心錘擊現象。盡可能減小鋼管樁的沉樁偏差，基本要求為：位置允許偏差≤50cm，高程允許偏差≤5cm，樁軸線傾斜度偏差≤3%。

全站儀觀測法是一種應用較為廣泛的方法，具有測量精度高的特點，但也存在不足之處，主要體現在如下幾方面：

⑴全站儀觀測法所涵蓋的操作流程較多，需按照“停錘→適配全站儀→測量→拆除全站儀→打樁”的順序循環操作，在測量工作中耗費較多的時間，隨之影響打樁的效率。而現場有效作業時間短，因此在效率層面存在可行性欠佳的情況。

⑵全站儀運行期間涉及到手動調平操作，為滿足此要求應配套支腿船或是其它裝置，作為穩固作業平臺而使用，由此明顯增加工作量。

針對全站儀觀測法在實際應用中的不足之處，項目技術人員進一步探索，提出掃描儀計算樁心坐標法和液壓沖擊錘間接測量法并展開對比分析，從中選擇具有可行性的方法[1]。

4 測量控制網

⑴測量控制網的建立。本工程由業主提供測量控制點，我公司會同監理等有關人員進行首級控制網（點）的現場交接，對現場控制點的狀況做好記錄，如發現現場的控制點發生破壞應立即在資料交接單上注明。并在進點后的7 天內建立平面控制網坐標系統與高程控制網，并報監理人復核后批準。①布網原則。根據《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T 18314-2009）布網原則為基本布網原則。考慮到本網高程傳遞距離遠、精度要求高，網中邊長長度差異較大等特點，布網時應適當加強長邊結構強度；②坐標系統與起算坐標。根據業主提供的測量控制點作為平面和高程起算點，再增加加密點，布置施工控制網。在解算時選擇其中三個點作為已知起算點，其余已知點作為檢查點，同時解算出各加密點的坐標；③基本網形。基線超過5km，采用3 臺以上儀器靜態同步觀測，靜態同步觀測的基本網形為多邊形。基線小于5km，可以采用與參考站聯測的星型網。未直接聯測臨近點之間的最短推算路線中基線數不超過3 條，最短推算路線中基線數總長度應不超過未直接聯測臨近點之間距離的3 倍；④閉合環。所有參與平差和其他后處理的獨立基線均能構成不超過5 條邊的閉合環，以保證對基線的外業可靠性進行必要的校核[2]。

⑵參考站的建立。本工程海上沉樁施工平面和高程控制采用實時厘米級精度的GPSRTK 定位技術為主，GPSRTK 技術應用需有基準站點位坐標及適用于施工區域的坐標轉換參數。選擇的基準站應覆蓋整個施工海域，由于信號覆蓋范圍在15km內，根據施工海域離岸最近控制點不超過8km，故在控制點G-215 設立基準站。在G-215 架設基準站時，要考慮設備供電、發射天線及GPS衛星天線固定并采取相應措施做好儀器主機及電源設備防淋工作等。根據現場勘察，參考站有良好的對天通視條件，點位周圍沒有較強的電磁波輻射源，如雷達、微波站、發電廠等。

5 測量步驟

根據風機基礎施工技術要求，風機基礎分為高樁基礎與單樁基礎，其中單樁基礎鋼管樁沉樁允許偏差：位置允許偏差≤50cm，高程允許偏差≤5cm，基礎頂法蘭水平度（樁軸線傾斜度）偏差≤3‰。測量方案的編制與實施需滿足上述三大主要指標，則測量施工放樣主要由三部分組成：穩樁平臺定位、工程樁平面及高程控制、工程樁傾斜度控制。

⑴穩樁平臺定位。平臺船上的穩樁平臺工程樁所處相對位置通過測量計算，將結果輸入平臺船座標系統。平臺船按輸入座標行駛至工程樁所在位置，再使用GPRS-RTK 復核工程樁中心位置，無誤后進行4 根工藝樁的插打，插打過程中密切關注有無偏差，工程樁外側距離龍口三側結構鋼管距離為60cm，便于調節工程樁沉樁過程的垂直度，穩樁平臺搭設過程龍口相對位置偏差定于±15cm。穩樁下平臺頂面標高為+10m，通過樁身上的刻度，算出位于+10m 處工藝樁所在刻度位置。確定位置后將穩樁平臺與工藝樁間通過套筒連接。

⑵工程樁平面及標高控制。在穩樁下平臺四根工藝樁沉設完畢并加固后，再進行2 根定位樁的插打，插打到位進行焊接牢固后，用GPS 在平臺上放樣出工程樁中心的十字軸線并作出標記，通過定位裝置使樁身十字軸線標記與平臺十字軸線標記重合。實測平臺的頂面高程并標記。

加工可移動的標高指示裝置，帶水平指針或裝激光指向器，并具備可調節高低及水平功能。打樁前安裝在平臺上，將水平指針指向樁身畫有刻度側。根據測定的平臺頂標高、設計樁頂標高，調整水平指針到合適的標高，錘擊時通過樁身刻度與指針的相對關系進行沉樁記錄和樁頂標高控制。

⑶工程樁軸線傾斜度控制。根據現場施工條件有以下幾種監測方法：全站儀觀測法、激光垂準儀觀測法、鋼絲垂吊法、水平尺觀測法。

上述幾種方法均存在一定的局限性，其中全站儀需在平臺較穩定時觀測；激光垂準儀及鋼絲垂吊均需在鋼管樁上安裝輔助設施且實時性不高；水平尺較短，制樁橢圓度對實測精度影響較大。從施工工藝、風浪影響及實時性等方面考慮，采用“高精度數顯水平尺粗調，全站儀進行精調”的監測技術，主要措施如下：①鋼管樁入泥前，采用2 把高精度數顯水平尺測量樁身正交兩個軸線的垂直度，也可測量多個不同側面進行比較；在入泥過程中實時反映測量數據，確保垂直度控制在1‰以內；②鋼管樁入泥后，采用2 臺90°方向布置的全站儀觀測樁身切邊傾斜度，并計算垂直度，在樁身垂直度≤1‰條件下插樁；沉樁過程中按上述方法全程監測[3]。

⑷全站儀觀測法。兩臺全站儀架設在平臺邊緣，兩條觀測視線分別與起重船吊臂軸線垂直和平行，并通過樁切邊。兩臺全站儀視線正交為宜。測量設備投入為中海達V30 雙頻接收機2 臺、全站儀2 臺、激光掃平儀1套等，詳見表1。

通過全站儀觀測樁身切邊上兩個不同高度（高差≥20m）的水平投影差與高差計算該方向的樁身傾斜度，通知起重工調整。兩個正交視線上的樁身垂直度均達到要求后，樁軸線傾斜度就滿足設計要求。

高樁基礎鋼管樁沉樁允許偏差：位置允許偏差≤50cm，高程允許偏差≤5cm，由于采用專業打樁船進行高樁的沉樁，所以在打樁船打樁前復核其打樁系統定位的準確性，符合精度后再進行后續施工作業。在沉樁開始時測量人員時時監測系統顯示的樁位偏差，滿足設計要求后進行下樁。開始錘擊時，測量人員分為2 班，一班人對照打樁系統記錄沉樁的各項數據，如貫入度、錘擊數、錘擊能量等，另外一班人近距離觀測沉樁進度，并與打樁系統的進度進行核對看是否一致（主要核對貫入度與樁尖標高），直至沉樁完成后再用RTK 進行樁位的平面與高程復核并做好相應的測量數據記錄。

表1 測量儀器配置

6 結束語

影響海上風機基礎沉樁垂直度的因素很多，本文主要從測量方法和步驟出發對如何控制沉樁垂直度進行了介紹。實際測量中，不但需要好的測量方法，更需要有豐富經驗測量人員，還需抱樁平臺強大的抱樁頂升能力支持，才能最優地控制沉樁垂直度。