采用一種多功能吊具進行海上風電單樁割除

張祖濤

（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建廈門 361006）

引言

海上超大超重風電單樁，如果需要對超高部分進行割除，割除段重量一般在200 t 左右，且屬于水上作業、高空作業、動火作業和大型起重吊裝作業重合，危險性極高。若采用常規工藝，經過對各個工序、各種工況的操作細節分析，對各種起吊工況的安全校核后發現，有很多難點無法解決，如操作平臺位置不合理、割樁速度慢工效低、樁頂吊具連接困難、構件翻身時吊具受力不滿足要求等。經仔細分析研究，我們全新設計并采用了一種一體化環形吊具，針對傳統割樁工藝存在的問題和難點，力求逐一解決。

1 工程概況

本文以平潭大練海上風電場項目10 個單樁初打完成但并未嵌巖復打到位的Ⅱ型單樁基礎更改為“1 大+6 小”復合承臺基礎為素材，重點對海上超大直徑單樁現場割除施工方法展開闡述。

單樁基礎設計樁頂標高15.6 m，單樁超高段需要割除，相關背景、邊界條件如下：

1）該單樁初沉時一般采用平臺船輔助，沉樁后，平臺船退出，僅剩下一個單樁留在寬闊開敞海域，周邊無任何輔助平臺設施；

2）單樁原設計主吊耳已入水，樁頂為連接上部風機塔筒的法蘭結構；

3）樁身鋼板厚度70 mm 左右，樁徑6.0～6.8 m之間，割除段長度據單樁初沉深度不同，在20 m左右，割除段的重量在170～240 t 之間；

4）需要在海域現場完成主吊輔吊掛鉤、樁體割除、起吊翻身并落駁等動作；

5）水上作業、高空作業、動火作業和大型起重吊裝作業重合，危險性極高。

該項目其它基礎數據見表1。

表1 “1 大+6 小”復合承臺基礎數據表

2 普通工藝存在的難點

重新搭設六樁式穩樁平臺，其主要步驟為船舶運輸穩樁平臺進點，起重船起吊平臺后平臺龍口位置套入現有大型單樁。這時采用另一艘起重船起吊插入六根輔助樁，再采用液壓振動錘沉設輔助樁，最后將平臺固定。平臺搭設完成后，在平臺下層進行割樁（圖1）。割樁過程中，同時在樁頂法蘭面采用螺栓（兩邊各8 個M48 螺栓）與吊具連接（圖2），并且掛鉤，起重船鋼絲繩保持預緊狀態。割樁完成后，起重船起吊割除段。然后將割除段落駁轉運。該常規工藝主要存在以下問題無法解決：

圖1 普通割樁操作平臺

圖2 塔筒或樁頂常規吊具

1）采用帶U 型槽的船舶載穩樁平臺套入單樁，操作較難，花費時間較長，且船機資源較少；

2）樁頂法蘭與吊具連接時為高空作業且無操作平臺，人員無法進行螺栓擰鎖；

3）割除段拆除后，在翻身過程中，樁頂雙扣件式吊具螺栓受力計算不能滿足要求，也就是說無法完成翻身動作，只能垂直運輸，實現難度加大。

3 一種全新的一體化吊具設計

為便于現場割樁施工，計劃使用一種新型的樁頂環形吊具配合小型人工割樁平臺，一體化結構設計，一吊安裝到位。

圖3 樁頂吊具示意圖

圖4 下部割樁平臺示意圖

環形吊具內設一操作平臺，可容納充足的樁頂螺栓、螺栓打力矩所需要的工人和工具，隨環形吊具一起起吊至高空作業。

根據現場待割單樁尺寸，設置φ6 500 mm 及φ6 800 mm 兩種規格的下部小型割樁平臺。割樁平臺和樁頂環形吊具沿圓周均布8 個吊耳，平臺通過尼龍繩與樁頂環形吊具連接成一體，起重船一吊安放就位。其主要作用為：

1）該割樁小平臺處于標高+4.8 m 的位置，在水面附近，與就近作業的起重船甲板面可以簡單實現跳板連接；

2）操作工人可以在割樁小平臺上采用磁力管道切割機切割樁身；

3）操作工人可以在割樁小平臺上進行下部翻身吊耳焊接、掛扣；

4）該割樁小平臺重量極輕，不足1 t，在完成大樁樁體割除及翻身吊耳焊接、掛扣以后，該平臺可通過與殘留的單樁樁體進行簡單連接，與上部吊具、主吊樁體等實現脫離，不影響大樁割除段起吊，之后，該下部平臺再另行拆除。

溜尾吊點設計：針對割除后鋼管樁的特點，采用主吊耳起吊后翻身，主副鉤配合抬吊方式落駁至運輸駁。主吊點吊耳在環形吊具上部設置對稱的管軸式吊耳，割除段下部設置200 t 輔助翻身吊耳，在割樁的同時現場焊接。

4 海上割樁施工

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖5。

4.2 具體施工步驟

1）相關施工船舶駐位

需要使用的船舶有：雙主鉤600 t 全回轉起重船一艘，在起重船甲板上完成吊索具的組裝。測量人員、操作工人、小型工器具等均放置于該起重船，船邊可通過簡易吊橋與大樁樁身平臺實現聯通。

另外需配備用于落駁大樁割除段的運輸船一艘，提前在船甲板上布置相應的擱置工裝及纜風加固系統。

2）樁頂環形吊具（30 t）帶固定式內操作平臺，在全回轉起重船甲板上與下部割樁平臺用尼龍繩連接，根據割樁長度提前設置好尼龍繩長度，尼龍繩一端與平臺固定后，盤置于平臺上，另一端與樁頂吊具固定，尼龍繩事先計算好、預留好長度。

3）起重船1 號主鉤掛環形吊具的主吊耳起吊，環形吊具內的操作平臺上，在起吊前應準備充足樁頂鎖螺栓、螺栓打力矩所需要的工人和工具，隨環形吊具一起起吊至高空作業；下部割樁平臺暫時不上人，待擱置穩定后通過簡易吊橋與大樁樁身平臺實現聯通。

4）擱至樁頂后，環形吊具與樁頂法蘭采用64顆M48 螺栓連接，螺栓連接需要分兩級施打力矩至4 000 NM，力矩施打完成后，采用起重船上履帶+吊籃的方式，將單樁樁頂環形吊具內的工人及所有小型工具撤離至起重船甲板。

5）下部割樁平臺上，可以采用履帶吊+吊籃方式上人，也可以視情況通過簡易吊橋實現起重船甲板與大樁樁身平臺之間的聯通。

6）要求割樁頂高程為+4.8 m，將割樁平臺初步固定在單樁樁身上割除線以下約1.5 m 的位置，測量人員上操作平臺測量+4.8 m 標高并劃線，之后在+4.8 m 割除線以下、大樁樁身上的4 個方向焊接4個臨時小吊耳板，滿足承載力3 t 的要求即可。采用手接葫蘆將割樁小平臺與大樁樁身固定，即可解除與樁頂環形吊具連接的尼龍繩。

7）安裝并擱置固定好割樁小平臺后，采用磁力吸附式切割機進行割樁施工。鋼板切割厚度因不同機位有65 mm、70 mm 兩種，沿樁周切割一圈，切割長度約20 m。采用此磁力吸附式切割機2 個小時即可完成切割，且可以做到切割面水平度不超過1 ‰，切割面表面齊整。后續再做簡單磨平處理并對其內外邊緣邊角磨圓（R=6 mm）即可。為便于施工，磨平處理也可在后續封底施工時同步進行。割樁的同時，在與頂部環形吊具的兩個主吊耳呈90o的方向并排焊兩個翻身吊耳（單個承載力100 t），起重船2 號主鉤掛翻身吊扣（兩個120 t 卸扣）。

8）割樁完畢后，采用履帶吊+吊籃，割樁平臺上的人員撤離平臺。

9）人員撤離完成后，起重船1 號主鉤起吊，總重350 t 以內（含環形吊具），一起豎運轉向空曠海面處。

10）在空曠海面處，起重船2 號鉤開始起吊，與1 號主鉤配合，將樁頂環形吊具+割除段整體翻身至水平狀態。在這個過程中，樁頂環形吊具的受力變換過程復雜，要求在接近海面處、慢速完成起吊件整體翻身動作。運輸駁提前在船甲板上布置相應的擱置工裝及纜風加固系統，大樁樁體及環形吊具整體水平落駁至運輸駁船上，并及時進行加固。

11）在運輸駁船上，于水平狀態拆除環形吊耳件。吊耳件自重30 t，由于環形吊耳件在起吊過程處于豎直狀態，翻身擱置過程轉換為水平狀態，下次使用又需要轉換為豎直狀態，所以在環形吊耳件自身上設置翻身吊點，可實現靈活轉身。

圖7 環形吊具+割除段翻身現場

5 效果分析

如采用常規工藝，割一根單樁的資源投入為：搭設輔助平臺約2 天，投入駁船2 艘、起重船1 艘、液壓振動錘1 臺、工人若干。割樁約0.5 天，起吊、翻身、轉運約1 天，投入運輸駁一艘、起重船1 艘。拆除輔助平臺約2 天，投入駁船2 艘、起重船1 艘、液壓振動錘1 臺、工人若干。割除一個單樁約需5天。采用此工藝后，解決了大直徑單樁割樁的技術難題，減少了搭設穩樁平臺的步驟，每一根單樁割樁由5 天減少為1 天，大大節省了窗口期，確保整體施工進度，產生的直接效益約為490 萬元。

采用此工藝后，從起重鉤頭到最底部割樁平臺，一體化結構設計，一吊安裝到位，且實際操作方便、快捷，減少船機設備投入，縮短工期，同時能夠便捷有效的解決常規工工藝所無法解決的技術難題。

6 結語

該工藝所描述的起吊方式能滿足的施工工序包含：環形吊具連接樁頂、樁頂操作平臺上進行連接螺栓施打力矩、下部操作平臺割樁、下部翻身吊耳焊接、掛扣、下部平臺拆除、起吊的樁頭件翻轉落駁等多道工序，功能強大。能夠便捷有效地解決單樁割樁施工難題。

采用本工藝進行單樁割除施工，解決了大直徑單樁海上割樁的技術難題，減少了搭設穩樁平臺步驟，每一根單樁割樁施工時長由5 天減少為1 天，大大節省了窗口期，確保整體施工進度，取得了較好的經濟效益和社會效益。