一种海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺
技术领域
本发明涉及一种海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺。
背景技术
随着我国海上风电行业的迅猛发展,近海风资源陆续得到开发,目前海上风电行业逐渐朝深海进一步发展。海上风电升压站是将同一个海上风电场上所有的风电机组产生的电转化为高压电再向陆地输送,因此升压站也是建在同一风场中。国内海上风电项目中海上升压站的基础导管架有多种结构型式,近海十几米水深以内海域大量采用“后桩法”斜桩导管架,多个三十米水深的海域采用“后桩法”裙桩外套筒型式导管架。根据具体升压站所处场址的工程地质条件、海洋水文条件和水深条件选择和设计合适的导管架结构类型。其中,“后桩法”斜桩导管架因结构受力合理、施工方便,在十几米以内水深条件下采用较多。
但是“后桩法”还存在以下问题:先要把导管架制作出来,并船运到现场,导管架的制造占用了施工关键线路,增加了所需工期。然后导管架定好位后在导管架的桩腿套管内插打钢管桩,再将钢管桩与桩腿套管加固连接,依序进行钢管桩的嵌岩施工和环缝灌浆施工。在这些施工过程中不仅要确保钢管桩的垂直度,并确保桩不下沉;还要确保导管架在插打桩过程中的水平姿态,如果导管架坐底,则需要保证其没有不均匀沉降。
先打桩导管架基础形式作为一种钢结构桁架结构,由于其重量轻,对海底条件适应强,稳定性等特点,陆续得到推广应用,且随着水深的增加,先打桩导管架基础形式的优势将更加明显,但是对于“先桩法”直桩嵌岩桩导管架基础型式而言,现有的施工工艺常见的问题有:导管架的安装对钢管桩的垂直度和相对精度要求较高;嵌岩过程影响桩的垂直度和相对精度;导管架灌浆前因导管架底部海床面附近淤泥被冲刷严重而引起的导管架整体下沉;导管架的桩腿套管安装到钢管桩上后需要采用“刀把法”把导管架固定在钢管桩上,即通过焊接筋板把导管架固定在钢管桩上,不仅焊接时间长且受天气影响大,焊接精度影响导管架的标高控制,并且需要起重船配合;导管架灌浆质量控制;钢管桩灌浆连接段的防腐等,这些问题严重影响了后续导管架的灌浆施工和导管架基础的施工质量。
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升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,它的施工精度高,解决了因桩基础嵌岩和导管架加工时间周期较长的矛盾冲突,节省海上作业时间,提高现场施工效率,为确保导管架的安装质量提供有力保障。
本发明的目的是这样实现的:一种海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,包括以下步骤:稳桩施工平台定位、辅助桩插打、稳桩施工平台固定、钢管桩沉桩、钢管桩嵌岩施工、稳桩施工平台拆除、导管架安装、导管架灌浆、基础防冲刷保护和升压站平台与导管架连接;
进行稳桩施工平台定位步骤时,采用运输驳将稳桩施工平台和四根辅助桩运输至施工现场,并将稳桩施工平台过驳至平台定位船调平,并由平台定位船通过GPRS系统进行四根辅助桩的桩孔位置的定位;
进行辅助桩插打步骤时,先通过平台定位船插桩施打两根对角布置的辅助桩,由起重船配合振动锤进行施工,施打到位后将稳桩施工平台吊至设计标高处,再将稳桩施工平台与该两根辅助桩进行临时固定,同时平台定位船撤离,然后继续插桩施打另外两根对角布置的辅助桩;
进行稳桩施工平台固定步骤时,稳桩施工平台与四根辅助桩进行焊接固定,即每根辅助桩与稳桩施工平台上对应的辅助桩套筒通过均布的多道加劲板焊接连接;
进行钢管桩沉桩步骤时,依次进行钢管桩起吊、放入稳桩施工平台的龙口、桩靠自重入土,再通过液压锤击沉钢管桩,应在保证钢管桩的垂直度的情况下,开动液压锤,先以小能量液压锤点动锤击钢管桩,并测量钢管桩的桩身数据,及时调整钢管桩的桩身姿态;完成钢管桩的桩身调整无变化后继续沉桩,沉桩时钢管桩的垂直度应按照设计要求控制,间隔性观测、及时调整后改为液压锤连续锤击钢管桩沉桩;
进行钢管桩嵌岩施工步骤时,包括以下工序:钻机就位、钻进、中间检查、终孔、清空、测孔、下钢筋笼、安放导管及浇筑桩芯混凝土;
进行导管架安装步骤时,采用起重船和专用的吊索具进行导管架安装,在导管架的四条桩腿套管的顶部均布设置四个激光笔,导管架安装时将四条桩腿套管上的激光笔均往下照射,当激光未照射到钢管桩的桩顶,并且激光照射在桩腿套管与钢管桩之间的环形空间中时,下放导管架,使导管架的四条桩腿套管一一对应地外套在四根钢管桩上,再借助导管架的自重进行下沉,直到每条桩腿套管的顶部预先设置的十字形门架搁置在对应的钢管桩的顶部;每条桩腿套管的内部均设有起导向作用的导向块;导管架安装完成后,进行精度控制偏差的测量,同时确保导管架的每条桩腿套管与对应的钢管桩之间固定连接可靠;
进行导管架灌浆步骤时,导管架的四条桩腿套管一一对应地与四根钢管桩之间的环形空间要进行灌浆处理,当主灌浆泵完成第一条桩腿套管的环形空间灌浆后,拆除主灌浆软管与第一条桩腿套管上的预制灌浆管线的连接,将主灌浆软管连接至与第一条桩腿套管同侧的第二条桩腿套管上的预制灌浆管线上,进行第二条桩腿套管的环形空间的灌浆作业,然后,将施工船驾驶至导管架的另一侧,对剩余的两条桩腿套管的环形空间进行灌浆作业;
进行基础防冲刷保护步骤时,先进行导管架基础周边冲刷范围与深度的测量工作,在冲刷深度与范围达到设计要求后,才能进行底层砂被施工;
进行升压站平台和导管架连接步骤时,将升压站平台组块起吊到位后,与导管架按要求依次进行焊接固定、上部环缝灌浆施工、油漆和防腐施工。
上述的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,其中,进行所述稳桩施工平台定位步骤时,通过GPRS系统测量计算平台定位船上的稳桩施工平台和四根辅助桩所处的相对位置,将结果输入平台定位船的坐标系统;平台定位船按输入的坐标行驶至四根辅助桩所在位置,再使用GPRS-RTK复核四根辅助桩的中心位置,无误后进行四根辅助桩的插打,在插打四根辅助桩的过程中密切关注有无偏差。
上述的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,其中,进行所述钢管桩沉桩步骤时,所述钢管桩进入稳桩施工平台的龙口是在竖桩完毕后,由起重船的主钩起吊钢管桩,缓慢靠近龙口,完成进入龙口的操作,当钢管桩处于龙口的桩中心位置时开始缓慢下放钢管桩;稳桩施工平台的上层平台的每个龙口和下层平台的每个龙口上各自设置一套由多个千斤顶组成的顶撑系统;钢管桩靠自重入土并在龙口梁安装完成后,利用GPS系统控制钢管桩的平面位置,并采用多台水平尺及多台全站仪测量钢管桩的垂直度,通过控制顶撑系统的多个千斤顶,将钢管桩抱紧,实现调整钢管桩的垂直度,使钢管桩的垂直度偏差不超过设计最大值。
上述的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,其中,进行所述钢管桩嵌岩施工步骤的浇筑桩芯混凝土工序时,混凝土由混凝土搅拌船供应,在混凝土浇筑前,混凝土搅拌船上备足原材料,现场拌制混凝土后,泵送混凝土至嵌岩桩的导管内;原材料由专用补给船通过现场进行补给。
上述的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,其中,进行所述导管架安装步骤时,所述的精度控制偏差的测量,即测量导管架的四条桩腿套管的顶部最大高程差不超过5mm;采用激光控制仪器控制导管架的安放偏位精度,通过所述十字形门架控制导管架的安放高程精度。
上述的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,其中,所述十字形门架包括十字形吊梁和四块弧形连接板;所述十字形吊梁由两根H型钢焊接而成;四块弧形连接板一一对应地焊接在十字形吊梁的四个外端,该四块弧形连接板的下端焊接固定在桩腿套管的顶面上;每根钢管桩的顶面上各自通过四块均布的橡胶垫设置垫板;当导管架的四条桩腿套管一一对应地套在四根钢管桩上后,每条桩腿套管上的十字形门架稳固地搁置在对应的钢管桩的顶面的垫板上。
上述的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,其中,进行所述导管架灌浆步骤时,所述预制灌浆管线是在导管架出运前提前焊接固定在导管架的四条桩腿套管上的。
上述的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,其中,进行所述基础防冲刷保护步骤时,采用砂被和砂袋联合保护的方法,导管架基础的底层设置砂被,并根据砂被的铺设情况和海底电缆的施工要求抛填砂袋。
上述的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,其中,进行所述升压站平台和导管架连接步骤时,所述上部环缝为升压站平台组块底部的每根插尖与对应的钢管桩之间的空间;所述上部环缝灌浆施工是在升压站平台组块的四根插尖一一对应地与四根钢管桩固定连接后进行。
本发明的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺具有以下特点:
1)针对导管架的安装对钢管桩的垂直度和相对精度要求较高以及在嵌岩过程钢管桩的垂直度和相对精度等偏差的问题,在钢管桩的嵌岩施工过程中采用稳桩施工平台定位,并在稳桩施工平台的每个龙口布置多个千斤顶的方法,有效解决了该问题;
2)针对导管架灌浆前因导管架底部的海床面附近淤泥被冲刷严重而引起的导管架整体下沉的问题,采用在导管架出运前在导管架的四条桩腿上焊接十字形门架的方式而将导管架搁置在钢管桩的顶面上,不仅能防止导管架下沉,还能控制导管架的标高,并能取代传统的“刀把法”,不仅避免了焊接时间长受天气影响大,焊接精度影响导管架的标高控制,还规避了需要起重船配合的麻烦(同样也受到风浪影响);
3)针对导管架和钢管桩之间的环形空间灌浆质量控制方面,采用在导管架出运前提前布置预制灌浆管线,有效减少了灌浆风险;
4)导管架制作就不占关键线路,在钢管桩嵌岩完成后,就能直接安装导管架,对一些地质复杂、海上施工窗口期较少、工期较为紧张的项目,本发明的施工工艺能有效的提高施工功效,减小施工风险,确保施工质量,节省海上施工周期。
附图说明
图1是本发明的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺采用的稳桩施工平台的俯视图;
图2是图1中的A-A向视图;
图3是图1中的B-B向视图;
图4是本发明的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺在进行导管架安装步骤采用的十字形门架的结构示意图;
图5是图4中的C-C向视图;
图6是图5中的D-D向视图。
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至图6,本发明的海上风电升压站先桩法外套式导管架的施工工艺,包括以下步骤:稳桩施工平台定位、辅助桩插打、稳桩施工平台固定、钢管桩沉桩、钢管桩嵌岩施工、稳桩施工平台拆除、导管架安装、导管架灌浆、基础防冲刷保护和升压站平台与导管架连接。
进行稳桩施工平台定位步骤时,在工厂制作稳桩施工平台、辅助桩和钢管桩,接着采用运输驳将稳桩施工平台、辅助桩和钢管桩运输至施工现场,并将稳桩施工平台过驳至平台定位船上,由平台定位船调平稳桩施工平台,再通过 GPRS系统测量计算平台定位船上的稳桩施工平台和四根辅助桩所处的相对位置,将结果输入平台定位船的坐标系统,平台定位船按输入的坐标行驶至四根辅助桩的所在位置,然后采用GPRS-RTK系统复核四根辅助桩的桩孔位置,无误后进行四根辅助桩的插打,在插打四根辅助桩的过程中密切关注有无偏差。
稳桩施工平台由上层平台11和下层平台12构成,上层平台11和下层平台12的形状和结构均相同并且形状呈矩形,上层平台11和下层平台12之间的间距为3m并通过支撑柱13和斜撑14连接;上层平台11和下层平台12的四条边的中部各自预留辅助桩插孔,上层平台11的四个辅助桩插孔一一对应地与下层平台12的四个辅助桩插孔之间各自设置一个辅助桩套筒15;上层平台11和下层平台12的四个角部均预留用于钢管桩30插桩的龙口16。
进行辅助桩插打步骤时,先通过平台定位船插桩施打两根对角布置的辅助桩20,由起重船配合振动锤进行施工,施打到位后将稳桩施工平台吊至设计标高处进行安放,并将稳桩施工平台与该两根辅助桩20进行临时固定,同时平台定位船撤离,再继续插桩施打另外两根对角布置的辅助桩20。
进行稳桩施工平台固定步骤时,稳桩施工平台与四根辅助桩进行焊接固定,即每根辅助桩20与稳桩施工平台上对应的辅助桩套筒15通过均布的多道加劲板焊接连接。
进行钢管桩沉桩步骤时,依次进行钢管桩起吊、放入稳桩施工平台的龙口、桩靠自重入土,再通过液压锤击沉钢管桩,应在保证钢管桩的垂直度的情况下,开动液压锤,先以小能量液压锤点动锤击钢管桩,并测量观测钢管桩的桩身数据,及时调整钢管桩的桩身姿态;完成钢管桩的桩身调整无变化后继续沉桩,沉桩时钢管桩的垂直度应按照设计要求控制,间隔性观测、及时调整后改为液压锤连续锤击钢管桩沉桩;钢管桩进入稳桩施工平台的龙口是在钢管桩竖桩完毕后,由起重船的主钩起吊钢管桩,缓慢靠近龙口,完成进入龙口的操作,当钢管桩处于桩的中心位置时开始缓慢下放钢管桩;稳桩施工平台的上层平台的每个龙口和下层平台的每个龙口上各自设置一套由多个千斤顶组成的顶撑系统;钢管桩靠自重入土并在龙口梁安装完成后,利用GPS系统控制钢管桩的平面位置,并采用多台水平尺及多台全站仪测量钢管桩的垂直度,通过控制顶撑系统的多个千斤顶,将钢管桩抱紧,实现调整钢管桩的垂直度,使钢管桩的垂直度偏差不超过设计最大值。
进行钢管桩嵌岩施工步骤时,是在沉桩结束后进行,钢管桩嵌岩施工包括以下工序:钻机就位、钻进、中间检查、终孔、清空、测孔、下钢筋笼、安放导管及浇筑桩芯混凝土;进行浇筑桩芯混凝土工序时,混凝土由混凝土搅拌船供应,在混凝土浇筑前,混凝土搅拌船上备足砂、石、水泥等原材料,现场拌制混凝土后,泵送混凝土至嵌岩桩的导管内;砂、石、水泥等原材料由专用补给船通过现场进行装船补给;混凝土所需的骨料、水泥、水、外掺料等材料应符合设计规范要求。
进行导管架安装步骤时,采用起重船和专用的吊索具进行导管架安装,在导管架的四条桩腿套管的顶部均布设置四个激光笔,导管架安装时将四条桩腿套管上的激光笔均往下照射,当激光未照射到钢管桩的桩顶,并且激光照射在桩腿套管与钢管桩之间的环形空间中时,下放导管架,使导管架的四条桩腿套管一一对应地外套在四根钢管桩上,再借助导管架的自重进行下沉,直到每条桩腿套管的顶部预先设置的十字形门架搁置在对应的钢管桩的顶部;每条桩腿套管的内侧均设有起导向作用的导向块,导管架安装完成后,进行精度控制偏差的测量,同时确保导管架的每条桩腿套管与对应的钢管桩之间固定连接可靠;进行精度控制偏差的测量时,即测量导管架的四条桩腿套管的顶部最大高程差不超过5mm;采用激光控制仪器控制导管架的安放偏位精度,通过十字形门架控制导管架的安放高程精度。
十字形门架包括十字形吊梁41和四块弧形连接板42,其中,十字形吊梁 41由两根H型钢焊接而成;四块弧形连接板42一一对应地焊接在十字形吊梁 41的四个外端,该四块弧形连接板42的下端焊接桩腿套管50的顶面上;每根钢管桩30的顶面上各自设置一个通过四块均布的橡胶垫32设置垫板31;当导管架的四条桩腿套管50一一对应地套在四根钢管桩30上后,每条桩腿套管50 上的十字形门架稳固地搁置在对应的钢管桩30的顶面的垫板31上。
导管架的桩腿套管50的顶标高为+10.5m,钢管桩30的顶标高为+11.0m,钢管桩30比桩腿套管50的标高高0.5m,桩腿套管50的顶部壁厚为70mm,钢管桩30的壁厚为50mm;弧形连接板42的厚度为35mm,弧形连接板42与十字形吊梁41组成十字形门架并固定在桩腿套管50的顶部;桩腿套管50套入钢管桩30后可直接撑在十字形门架上,起重船即可将导管架脱钩,利用十字形门架支撑起整座导管架,不用考虑风浪对导管架与钢管桩加固过程的影响,只要实测钢管桩的顶标高,根据钢管桩的顶标高来确定弧形连接板42的高度,进而控制十字形门架的制作高程;该十字形门架安装简单,风险小,无需考虑风浪影响,能较好的保证导管架的垂直度和标高。
进行导管架灌浆步骤时,导管架的四条桩腿套管一一对应地与四根钢管桩之间的环形空间需要进行灌浆处理,当主灌浆泵完成第一条桩腿套管的环形空间灌浆后,拆除主灌浆软管与第一条桩腿套管上的预制灌浆管线的连接,将主灌浆软管连接至与第一条桩腿套管同侧的第二条桩腿套管上的预制灌浆管线上,进行第二条桩腿套管的环形空间的灌浆作业,然后,将施工船驾驶至导管架的另一侧,对剩余的两条桩腿套管的环形空间进行灌浆作业,灌浆的步骤与第一条桩腿套管和二条桩腿套管相同;一个环形空间灌浆作业一旦开始必须连续不断一次灌注完成;预制灌浆管线是在导管架出运前提前焊接固定在导管架的四条桩腿套管上的。
进行基础防冲刷保护步骤时,是在导管架灌浆施工完成后,采用砂被和砂袋联合保护的方法;先进行导管架基础周边冲刷范围与深度的测量工作,在冲刷深度与范围达到设计要求后,才能进行底层砂被施工;导管架基础的底层设置砂被,并根据砂被的铺设情况和海底电缆的施工要求抛填砂袋。
进行升压站平台与导管架连接步骤时,将升压站平台组块起吊到位后,与导管架依次进行焊接固定、上部环缝灌浆施工、油漆和防腐施工;上部环缝为升压站平台组块底部的每根插尖与对应的钢管桩之间的空间;上部环缝灌浆施工是在升压站平台组块的四根插尖一一对应地与四根钢管桩固定连接后进行。
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。