浅谈海上升压站导管架基础施工工艺

【摘 要】海上升压站在风电场中起着将所有风机发的电汇聚升压并对外输送至陆地的作用，目前其基础形式主要为导管架结构；导管架基础施工通常可采用先沉桩后安装导管架或先放导管架后沉桩工艺，本研究项目采用先安装导管架后沉桩工艺，文中详细介绍了对导管架调平与水下灌浆施工工艺，为后续后水下桩型导管架基础施工技术发展提供借鉴意义。

【关键词】海上风电；海上升压站；施工工艺

1 工程概况

山东能源渤中海上风电 G 场址工程位于东营市东部海域，属山东省省管海域。风电场场区水深 12～18m。G 场址北区工程，建设规模 400MW（拟定 40 台 10MW 风机）。配套建设一座 220kV 容量为 500MW 的海上升压站，风力发电机组发出的电能通过 66kV 集电海底电缆接入海上升压站，升压后通过 2 回 220kV 海底电缆登陆后接入陆上集控中心。

1 导管架基础结构介绍

升压站导管架为四桩腿形式，重约 645t，顶部平台轴线尺寸为 17m*16m，高约 29.7m，采用先放导管架后打桩形式。导管架钢桩长 94.4m，外径 2m，壁厚 32-40mm，单根重约 160t。

2 海上升压站施工工艺

2.1 施工工艺流程

该导管架基础施工为先放导管架后打桩的形式。进场前，对安装位置海底进行扫测，确保海底平整。海上施工期间，导管架主作业浮吊船“德浮 1200”艏向 20°就位，运输驳船直接靠泊浮吊左舷，进行导管架吊装索具连接。索具连接完成后，拆除绑扎斜撑，浮吊起吊导管架后旋转吊臂并移船至安装位置，下放导管架至海底。随后浮吊对驳船甲板的钢桩进行立桩，旋转吊臂并移船进行插桩工作。钢桩自沉结束后，首先使用副钩安装送桩器，随后主钩起吊 IHC S-500 打桩锤（或备用锤）进行打桩，待钢桩吊耳到达导管架顶部时，停锤切掉吊耳，随后继续打桩，直至将钢桩打至设计标高，确保满足标高要求。打桩结束后，进行导管架调平、焊接皇冠板与灌浆施工等，并切割桩顶保证上部组块安装水平度。

2.2 导管架基础吊放

浮吊使用 28m 跨距，吊钩挂着索具落至导管架顶部进行挂钩操作，同期焊铆工对导管架进行解绑扎。定位人员登导管架安装定位设备，并进行设备调试。解绑扎完成后，浮吊船起升双主钩，主钩负荷每增加 100t 报一次负荷，负荷增加到 50%时停止观察 5 分钟，确认无问题再继续增加负荷，负荷增加到 75%时再次停止，观察 5 分钟。在导管架基础离开驳船甲板 50cm 后停止起升，观察 5分钟，确认无任何异响或问题再继续进行吊装作业。导管架离开驳船甲板 2-3m 高度后，驳船可以解缆离开，浮吊向左旋转吊臂，将导管架移至浮吊船船艉位置，使用固定艉吊工况。随后浮吊趴臂调整跨距至32m，根据导管架定位系统指示，浮吊将导管架移至设计安装位置。

导管架到达安装位置后，主钩开始下落，下落过程中实时观测导管架位置，并适当调整每个主钩高度，确保导管架绝对位置及水平度满足施工技术要求。导管架最终平稳落放于海底。

2.3 导管架钢桩翻桩、插桩

导管架安放后，驳船再次进场，在浮吊左舷方向抛 4 口定位锚，艏向 20°。驳船与浮吊移船调整船位，浮吊首先使用索具钩将溜尾吊带缠绕挂至桩顶往下约60.7m 位置，并将溜尾索具沿着桩长向桩顶方向铺开。随后右主钩起吊主吊钢丝（含撑开器），使用最大 70m 跨距进行主吊点挂钩。主吊点挂完后，吊机不带力，浮吊左转吊臂，使主吊钢丝沿着桩长向桩尾方向移动铺开，等左主钩到达预留的溜尾索具挂点时，将溜尾索具挂至左主钩。

浮吊左、右主钩开始起升，主吊钢丝和溜尾索具分别带力。调整臂架位置和 受力，使钢桩重心位于左、右主钩之间。继续调整左、右主钩受力，将钢桩平抬 离开驳船甲板面。

浮吊平抬起钢桩后，起升臂架减小跨距至 45m 左右，同时运输船向左移船。 浮吊将钢桩平移至浮吊与驳船之间的水域，准备翻桩。 浮吊右主钩逐渐起升，左主钩配合下落，桩尾开始入水。翻桩操作应缓慢， 注意吊机吨位变化，关注主吊耳和溜尾位置情况，防止索具滑脱。钢桩在左、右 主钩配合下逐渐翻桩完成。

2.4 导管架钢桩打桩

插桩完成后，浮吊副钩从甲板起吊送桩器，主钩起吊 IHC S-500 打桩锤（备用锤为 IHC S-800 和 IHC S-1200 打桩锤），索具钩和克令吊协助起吊液压管线。浮吊旋转吊臂，首先将送桩器移动至导管架钢桩上方，通过落钩并适度调整变幅，将送桩器套至钢桩顶部。

根据导管架实时水平度，首先将打桩锤套至导管架较高角点对应的钢桩，套锤完成后，启动打桩锤动力站，开始打桩。每打桩入泥 2-3m，进行导管架水平度测量，若调平效果不明显，则主钩将锤放至甲板，主钩单独吊导管架较低点至水平状态，并将较低点的导管架柱腿位置与钢桩临时焊接，施打对角那根钢桩，每施打 2-3m 观测导管架水平度。

打桩至钢桩吊耳离导管架柱腿顶部约 0.5m 时（此时桩顶距离水面约 20m） 停锤，进行吊耳切割，切割后残余高度不超过 5mm，并需要打磨光滑。

重复以上过程，直至 4 根钢桩均打至设计标高位置。

2.5 皇冠板焊接与桩顶切割

每个钢桩周向共设计均匀布置 6 块皇冠板，共 24 块皇冠板，将皇冠板插入至导管架主管与钢桩之间环形间隙内，皇冠板与钢桩之间、皇冠板与导管架主管之间以及相邻皇冠板之间焊接密封。灌浆前留对角两块皇冠板暂不焊接，开口处兼做出浆口，灌浆后完全焊接密封。

打桩完成后，在桩顶+12.90m 高程处进行划线，并使用磁力切割机对桩顶位置沿+12.90m 高程线进行切平，同时进行开坡口。切割后的桩头，使用吊机吊离导管架。

2.6 灌浆施工

钢管桩与导管架之间的环形间隙灌浆在钢桩打桩、导管架调平完毕后进行。 灌浆施工使用吊机配合，灌浆设备和灌浆料均放至施工船甲板。由灌浆泵高压泵送灌注专用的灌浆材料对钢管桩与导管架之间的环形间隙进行灌浆。灌浆作业前， 应进行原材料作业和配合比设计，并进行相关的试验工作。灌浆材料的性能必须 确保满足设计要求，在监理方的监督下，采用小型压浆机将材料浆液压至导管架 与钢管桩的环缝内，自下而上注满，待浆液从顶部溢出后即可停止灌浆。

2.7 质量验收标准

主要施工测量内容包括：导管架安装测量、钢管桩沉桩测量、桩顶标高测量。各项测量要求及内容如下：

（1）导管架安装测量

1) 绝对位置允许偏差<500mm；

2) 导管架打桩前需进行调平，调平后导管架水平度（四个套管的任意两个之间）偏差≤0.2%；

3) 导管架的沉放高程应预留沉桩过程中导管架的沉降，沉桩后导管架高程允许偏差（实际高程-设计高程）为-300~+500mm；

4) 沉桩过程中应随时监测并调整导管架的水平度，沉桩后导管架水平度（四个套管的任意两个之间）偏差≤0.5%；

5) 沉桩后导管架方位角允许偏差≤5°。

（2）钢管桩沉桩测量

本工程钢管桩沉桩以标高控制为主，贯入度为辅进行校核，所有的桩均应沉至设计高程：

1) 绝对位置（WGS1984 或 1954 北京坐标系）允许偏差 500mm；

2) 高程允许偏差（实际高程-设计高程）为-300~+500mm；

3) 任意两根桩中心之间的平面偏差不超过 50mm；

4) 沉桩后将高出设计桩顶高程的钢管桩顶切割至水平，切割后钢管桩顶的允许偏差：四个桩之间的高程偏差≤25mm，每个钢管桩切割面的水平度偏差≤0.1%，四个桩之间的平面尺寸（任意两个桩顶之间的中心距）偏差≤50mm；

5) 桩顶和导管架顶之间的高差偏差≤30mm。

3 结束语

海上升压站导管架基础施工技术难度大、精度要求高，随时新技术、新设备的不断更新，导管架施工将会有更多的施工工艺，希望文中详细介绍的导管架调平与水下灌浆施工工艺，能够为后续后水下桩型导管架基础施工技术发展提供借鉴意义。

参考文献

[1] 袁建中,贾献林,汤群益,等.海上升压站平台桩和上部结构柱腿连接强度分析[J]. 中国海洋平台2020(4):75-80         

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[3] 贾佳,刘仁海,吕国儿,等.海上升压站上部组块分体式吊装关键技术[J]. 石油工程建设,2022,48(3):23