CN109853567B - 一种海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，对四根锚桩、一根试验桩、两根基准桩和两根基准桩护筒进行沉桩。沉桩方法包括以下步骤：搭设定位架，起重船驻位，平吊和竖桩，插桩，沉桩，拆除定位架，打设试验桩、基准桩和基准桩套筒。进行搭设定位架步骤时，先采用振动打桩锤将四根以正方形点阵布置的辅助桩沉设入土，再将定位架吊放至四根辅助桩上，在定位架落钩前完成初调平工作，找到水平点位置后，在辅助桩上设置反拉钩与定位架连接，并在吊重情况下焊接定位架与辅助桩之间的连接件，使定位架与辅助桩快速固定成一体。本发明的沉桩方法，能使钢管桩沉桩后桩顶平面位置偏差控制在50mm以内，垂直度控制在千分之五以内。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法。
背景技术
海上风电具有资源丰富、发电利用小时数高、清洁环保和适宜大规模开发的特点，近几年欧美国家均把风电开发的重点转向海上，许多大型风电开发企业、设备制造企业正在积极探索海上风电发展之路。
随着海上风电建设水平的提高，风电机组的容量也越来越大，对结构安全特性的要求越来越高，尤其是对桩基承载力和沉桩控制精度的要求也越来越高。由于海上风电项目大多离岸较远，所有设备和钢管桩均需采用驳船运至现场，受大风、季风、波浪、雾等自然环境影响大，将严重影响施工船舶的稳性，最大水平荷载作用下试验桩力点水平位移会非常大，对钢管桩平台结构整体刚度、稳定性和加载设备、测试设备油缸行程的要求都较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，它能高效完成沉桩施工，还能保证沉桩精度。
本发明的目的是这样实现的：一种海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，用于对四根锚桩、一根试验桩、两根基准桩和两根基准桩护筒进行沉桩；所述沉桩方法包括以下步骤：搭设定位架，起重船驻位，平吊和竖桩，插桩，沉桩，拆除定位架，打设试验桩、基准桩和基准桩套筒；
进行搭设定位架步骤时，先采用振动打桩锤将四根以正方形点阵布置的辅助桩沉设入土，再将定位架吊放至四根辅助桩上，在定位架落钩前完成初调平工作，找到水平点位置后，在辅助桩上设置反拉钩与定位架连接，并在吊重情况下焊接定位架与辅助桩之间的连接件，使定位架与辅助桩快速固定成一体；
进行起重船驻位步骤时，起重船到达施工泊位时船头方向与潮流向一致，先进行起重船的抛锚，再进行运桩驳的抛锚；运桩驳完成靠泊后，指挥起重船的吊臂旋转至运桩驳上的桩顶吊耳处，在桩顶吊耳上系好起重船的第一主吊钩的钢丝绳，同时指挥起重船的大臂旋转至桩的翻身吊耳处，在翻身吊耳上系好起重船的第二主吊钩的钢丝绳，并在桩顶吊耳的上方和翻身吊耳的上方各系一根缆风绳，再指挥起重船转臂，调整好大臂的角度，让第一主吊钩的钢丝绳和第二主吊钩的钢丝绳均处于受力状态；
进行平吊和竖桩步骤时，由起重船的第一主吊钩与第二主吊钩开始同步起吊，先水平抬高锚桩，当锚桩完全离开运桩驳的甲板0.5m时，暂停起吊，检查第一主吊钩的钢丝绳与第二主吊钩的钢丝绳的受力情况，无异常后继续起吊，当锚桩距离运桩驳的甲板2～3m时，运桩驳退出施工区域；起重船通过第一主吊钩起、第二主吊钩落的方式相互配合将锚桩变成竖起状；起重船的第二主吊钩继续下放，使第二主吊钩的钢丝绳不受力，同时起重船的第一主吊钩继续上升，将锚桩转移到定位架的上方；
进行插桩步骤时，采用对称原则插桩；以两根锚桩为一组，分两次插入；由起重船将锚桩移到定位架的锚桩位，通过定位架上辅助牵引配合，使锚桩的底部进入锚桩位的龙口，通过抱桩器抱紧后保持锚桩竖直状态，缓缓入水，当锚桩入水深度为20m时，在锚桩上安装滑轨抱箍，再将锚桩的底部送到离泥面2m时，利用安装在定位架上层的抱桩器微调钢管桩的垂直度，然后利用锚桩的自重下沉入土，下沉过程中利用抱桩器保持锚桩的垂直度；起重船脱钩第一根锚桩，按上述方法起吊第二根锚桩，并将第二根锚桩插入与第一根锚桩对称的锚桩位；最后按上述方法依次插入第三根锚桩和第四根锚桩；
进行沉桩步骤时，在起重船上挂好大型液压打桩锤，套打沉桩，锚桩压锤后，再次调整锚桩的平面精度，测量利用GPS控制锚桩的平面位置，采用两台全站仪进行锚桩垂直度控制，调整定位架上的抱桩器将锚桩抱死，并调整锚桩的垂直度偏差不超过1.0‰；施打第一根锚桩，至设计标高时停止，利用抱桩器抱紧第一根锚桩，使定位架及第一根锚桩连成整体；然后施打第二根锚桩到设计标高，最后依次施打第三根锚桩和第四根锚桩；施打过程中利用抱桩器调整锚桩的垂直度及水平度；
进行拆除定位架步骤时，起重船下落第一主吊钩，工人在定位架的吊耳处挂好吊具，第一主吊钩收紧钢丝绳，使得钢丝绳吃力，气割工开始割除定位架与辅助桩之间的连接件，割完连接件，将定位架吊至运输船上；
进行打设试验桩、基准桩和基准桩套筒步骤时，采用起重船和大型液压打桩锤依次打设试验桩、基准桩和基准桩套筒。
上述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其中，进行搭设定位架步骤时，四根辅助桩沉设结束后，立即进行夹桩施工，即在四根辅助桩上均装好钢抱箍，再安放固定桁架梁。
上述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其中，进行插桩步骤时，当锚桩移动到锚桩位的龙口后，采用抱桩器抱稳锚桩，采用激光数显水平尺靠在锚桩壁上调整锚桩的垂直度，满足要求后开始下桩。
上述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其中，进行插桩步骤时，当锚桩的桩尖入泥面后，在桩边的延长线上架设一台全站仪，另一台全站仪以90°布设，两台全站仪各自通过一全站仪支架固定在所述定位架上，固定时顶部用水平尺找平；在锚桩以自重下沉入土阶段，每下沉1m观测一次，超过要求及时调整，观测方法为全站仪以0°方向对准一侧桩底边，顺时针旋转全站仪分别观测另一侧桩底边和桩顶两边的角度，根据实测角度和锚桩的高度计算锚桩的垂直度；再将两台全站仪架设在锚桩的另外两个方向，实测锚桩的垂直度。
上述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其中，所述全站仪支架包括一根直径为110mm，高为1200mm的钢管立柱和一块固定在钢管立柱顶部的直径为200mm、厚度为10mm的钢板。
上述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其中，进行沉桩步骤时，在保证锚桩垂直度的情况下，开动液压锤，先以小能量液压锤击沉桩，点动1～2锤，暂停一段时间，无异常后继续点动2～3锤，再次暂停一段时间，如此3～4次，并安排测量观测桩身数据，调整桩身姿态；完成桩身调整后观测15分钟，无变化后继续沉桩，每隔1～2m观测、调整一次，当桩继续入土10m时，改为每隔3～4m观测、调整一次，当锚桩继续入土10m时，此时锚桩入土深度30m，改为正常能量沉桩。
本发明的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，具有以下特点：采用大型施工船舶，增加施工船舶稳性，结合定位架定位，能高效完成沉桩施工，还能保证沉桩精度，使钢管桩沉桩后桩顶平面位置偏差控制在50mm以内，垂直度控制在千分之五以内。
附图说明
图1是本发明的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法的流程图；
图2是本发明的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法中采用的辅助桩的平面布置图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，本发明的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，对四根锚桩、一根试验桩、两根基准桩和两根基准桩护筒进行沉桩。
本发明的沉桩方法包括以下步骤：搭设定位架步骤，起重船驻位步骤，平吊和竖桩步骤，插桩步骤，沉桩步骤，拆除定位架步骤，打设试验桩、基准桩和基准桩套筒步骤。
进行搭设定位架步骤时，先采用振动打桩锤将四根以正方形点阵布置的辅助桩沉设入土，再将定位架吊放至四根辅助桩上，在定位架落钩前完成初调平工作，找到水平点位置后，在辅助桩上设置反拉钩与定位架连接，并在吊重情况下焊接定位架与辅助桩之间的连接件，使定位架与辅助桩快速固定成一体；由于水域的涌浪大，波长长，单根钢管桩易晃动，四根辅助桩沉桩结束后立即进行夹桩施工，即在四根辅助桩上均装好钢抱箍，再安放固定桁架梁支撑辅助桩，防止桩间的晃动。
进行起重船驻位步骤时，考虑到现场涨落潮对运桩驳靠泊的影响，起重船到达施工泊位时船头方向与潮流向一致，先进行起重船的抛锚，再进行运桩驳的抛锚；运桩驳完成靠泊后，指挥起重船的吊臂旋转至运桩驳上的桩顶吊耳处，在桩顶吊耳上系好起重船的第一主吊钩的钢丝绳，同时指挥起重船的大臂旋转至桩的翻身吊耳处，在翻身吊耳上系好起重船的第二主吊钩的钢丝绳，并在桩顶吊耳的上方和翻身吊耳的上方各系一根直径×长度为φ16mm×100m的缆风绳，再指挥起重船转臂，调整好大臂的角度，让第一主吊钩的钢丝绳和第二主吊钩的钢丝绳均处于受力状态。
进行平吊和竖桩步骤时，由起重船的第一主吊钩与第二主吊钩开始同步起吊，先水平抬高锚桩，当锚桩完全离开运桩驳的甲板0.5m时，暂停起吊，检查第一主吊钩的钢丝绳与第二主吊钩的钢丝绳的受力情况，无异常后继续起吊，当锚桩距离运桩驳的甲板2～3m时，运桩驳退出施工区域；起重船通过第一主吊钩起、第二主吊钩落的方式相互配合将锚桩变成竖起状；起重船的第二主吊钩继续下放，使第二主吊钩的钢丝绳不受力，同时起重船的第一主吊钩继续上升，将锚桩转移到定位架的上方。
进行插桩步骤时，采用对称原则插桩；以两根锚桩为一组，分两次插入；由起重船将锚桩移到定位架的锚桩位，通过定位架上辅助牵引配合，使锚桩的底部进入锚桩位的龙口，通过抱桩器抱紧后采用120cm规格的激光数显水平尺靠在锚桩壁上调整锚桩的垂直度，满足要求后开始下桩，保持锚桩竖直状态，缓缓入水，当锚桩入水深度为20m时，在锚桩上安装滑轨抱箍，再将锚桩的底部送到离泥面2m时，利用安装在定位架上层的抱桩器微调钢管桩的垂直度，然后利用锚桩的自重下沉入土，下沉过程中利用抱桩器保持锚桩的垂直度；起重船脱钩第一根锚桩，按上述方法起吊第二根锚桩，并将第二根锚桩插入与第一根锚桩对称的锚桩位；最后按上述方法依次插入第三根锚桩和第四根锚桩。
当锚桩的桩尖入泥面后，在桩边的延长线上架设一台全站仪，另一台全站仪以90°布设，两台全站仪各自通过一全站仪支架固定在定位架上，固定时顶部用水平尺找平；全站仪支架包括一根直径为110mm，高为1200mm的钢管立柱和一块固定在钢管立柱顶部的直径为200mm、厚度为10mm的钢板；在锚桩以自重下沉入土阶段，每下沉1m观测一次，超过要求及时调整，观测方法为全站仪以0°方向对准一侧桩底边，顺时针旋转全站仪分别观测另一侧桩底边和桩顶两边的角度，根据实测角度和锚桩的高度计算锚桩的垂直度；再将两台全站仪架设在锚桩的另外两个方向，实测锚桩的垂直度。
进行沉桩步骤时，在起重船上挂好大型液压打桩锤，套打沉桩，锚桩压锤后，再次调整锚桩的平面精度，测量利用GPS控制锚桩的平面位置，采用两台全站仪进行锚桩垂直度控制，调整定位架上的抱桩器将锚桩抱死，并调整锚桩的垂直度偏差不超过1.0‰；施打第一根锚桩，至设计标高时停止，利用抱桩器抱紧第一根锚桩，使定位架及第一根锚桩连成整体；然后施打第二根锚桩到设计标高，最后依次施打第三根锚桩和第四根锚桩；施打过程中利用抱桩器调整锚桩的垂直度及水平度；施打过程中，在保证锚桩垂直度的情况下，开动液压锤，先以小能量锤击沉桩，点动1～2锤，暂停一段时间，无异常后继续点动2～3锤，再次暂停一段时间，如此3～4次，并安排测量观测桩身数据，调整桩身姿态；完成桩身调整后观测15分钟，无变化后继续沉桩，每隔1～2m观测、调整一次，当桩继续入土10m时，改为每隔3～4m观测、调整一次，当锚桩继续入土10m时，此时锚桩入土深度30m，改为正常能量沉桩。
进行拆除定位架步骤时，起重船下落第一主吊钩，工人在定位架的吊耳处挂好吊具，第一主吊钩收紧钢丝绳，使得钢丝绳吃力，气割工开始割除定位架与辅助桩之间的连接件，之后将定位架吊至运输船上。
进行打设试验桩、基准桩和基准桩套筒步骤时，采用起重船和大型液压打桩依次打设试验桩、基准桩和基准桩套筒。
本发明的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，具有以下特点：采用大型施工船舶，增加施工船舶稳性，结合定位架定位，能高效完成沉桩施工，还能保证沉桩精度，使钢管桩沉桩后桩顶平面位置偏差控制在50mm以内，垂直度控制在千分之五以内。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (6)
1.一种海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，用于对四根锚桩、一根试验桩、两根基准桩和两根基准桩护筒进行沉桩，其特征在于，所述沉桩方法包括以下步骤：搭设定位架，起重船驻位，平吊和竖桩，插桩，沉桩，拆除定位架，打设试验桩、基准桩和基准桩套筒；
进行搭设定位架步骤时，先采用振动打桩锤将四根以正方形点阵布置的辅助桩沉设入土，再将定位架吊放至四根辅助桩上，在定位架落钩前完成初调平工作，找到水平点位置后，在辅助桩上设置反拉钩与定位架连接，并在吊重情况下焊接定位架与辅助桩之间的连接件，使定位架与辅助桩快速固定成一体；
进行起重船驻位步骤时，起重船到达施工泊位时船头方向与潮流向一致，先进行起重船的抛锚，再进行运桩驳的抛锚；运桩驳完成靠泊后，指挥起重船的吊臂旋转至运桩驳上的锚桩的桩顶吊耳处，在桩顶吊耳上系好起重船的第一主吊钩的钢丝绳，同时指挥起重船的大臂旋转至桩的翻身吊耳处，在翻身吊耳上系好起重船的第二主吊钩的钢丝绳，并在桩顶吊耳的上方和翻身吊耳的上方各系一根缆风绳，再指挥起重船转臂，调整好大臂的角度，让第一主吊钩的钢丝绳和第二主吊钩的钢丝绳均处于受力状态；
进行平吊和竖桩步骤时，由起重船的第一主吊钩与第二主吊钩开始同步起吊，先水平抬高锚桩，当锚桩完全离开运桩驳的甲板0.5m时，暂停起吊，检查第一主吊钩的钢丝绳与第二主吊钩的钢丝绳的受力情况，无异常后继续起吊，当锚桩距离运桩驳的甲板2～3m时，运桩驳退出施工区域；起重船通过第一主吊钩起、第二主吊钩落的方式相互配合将锚桩变成竖起状；起重船的第二主吊钩继续下放，使第二主吊钩的钢丝绳不受力，同时起重船的第一主吊钩继续上升，将锚桩转移到定位架的上方；
进行插桩步骤时，采用对称原则插桩；以两根锚桩为一组，分两次插入；由起重船将锚桩移到定位架的锚桩位，通过定位架上辅助牵引配合，使锚桩的底部进入锚桩位的龙口，通过抱桩器抱紧后保持锚桩竖直状态，缓缓入水，当锚桩入水深度为20m时，在锚桩上安装滑轨抱箍，再将锚桩的底部送到离泥面2m时，利用安装在定位架上层的抱桩器微调锚桩的垂直度，然后利用锚桩的自重下沉入土，下沉过程中利用抱桩器保持锚桩的垂直度；起重船脱钩第一根锚桩；
按上述平吊和竖桩步骤采用的方法起吊第二根锚桩，并将第二根锚桩插入与第一根锚桩对称的锚桩位；最后按上述平吊和竖桩步骤采用的方法和插桩步骤采用的方法依次插入第三根锚桩和第四根锚桩；
进行沉桩步骤时，在起重船上挂好大型液压打桩锤，套打沉桩，锚桩压锤后，再次调整锚桩的平面精度，测量利用GPS控制锚桩的平面位置，采用两台全站仪进行锚桩垂直度控制，调整定位架上的抱桩器将锚桩抱死，并调整锚桩的垂直度偏差不超过1.0‰；施打第一根锚桩，至设计标高时停止，利用抱桩器抱紧第一根锚桩，使定位架及第一根锚桩连成整体；然后施打第二根锚桩到设计标高，最后依次施打第三根锚桩和第四根锚桩；施打过程中利用抱桩器调整锚桩的垂直度及水平度；
进行拆除定位架步骤时，起重船下落第一主吊钩，工人在定位架的吊耳处挂好吊具，第一主吊钩收紧钢丝绳，使得钢丝绳吃力，气割工开始割除定位架与辅助桩之间的连接件，割完连接件，将定位架吊至运输船上；
进行打设试验桩、基准桩和基准桩套筒步骤时，采用起重船和大型液压打桩锤依次打设试验桩、基准桩和基准桩套筒。
2.根据权利要求1所述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其特征在于，进行搭设定位架步骤时，四根辅助桩沉设结束后，立即进行夹桩施工，即在四根辅助桩上均装好钢抱箍，再安放固定桁架梁。
3.根据权利要求1所述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其特征在于，进行插桩步骤时，当锚桩移动到锚桩位的龙口后，采用抱桩器抱稳锚桩，采用激光数显水平尺靠在锚桩壁上调整锚桩的垂直度，满足要求后开始下桩。
4.根据权利要求1所述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其特征在于，进行插桩步骤时，当锚桩的桩尖入泥面后，在桩边的延长线上架设一台全站仪，另一台全站仪以90°布设，两台全站仪各自通过一全站仪支架固定在所述定位架上，固定时顶部用水平尺找平；在锚桩以自重下沉入土阶段，每下沉1m观测一次，超过要求及时调整，观测方法为全站仪以0°方向对准一侧桩底边，顺时针旋转全站仪分别观测另一侧桩底边和桩顶两边的角度，根据实测角度和锚桩的高度计算锚桩的垂直度；再将两台全站仪架设在锚桩的另外两个方向，实测锚桩的垂直度。
5.根据权利要求4所述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其特征在于，所述全站仪支架包括一根直径为110mm，高为1200mm的钢管立柱和一块固定在钢管立柱顶部的直径为200mm、厚度为10mm的钢板。
6.根据权利要求1所述的海上风电嵌岩钢管桩的沉桩方法，其特征在于，进行沉桩步骤时，在保证锚桩垂直度的情况下，开动液压锤，先以小能量液压锤击沉桩，点动1～2锤，暂停一段时间，无异常后继续点动2～3锤，再次暂停一段时间，如此3～4次，并安排测量观测桩身数据，调整桩身姿态；完成桩身调整后观测15分钟，无变化后继续沉桩，每隔1～2m观测、调整一次，当桩继续入土10m时，改为每隔3～4m观测、调整一次，当锚桩继续入土10m时，此时锚桩入土深度30m，改为正常能量沉桩。
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