灌漿技術(shù)作為導(dǎo)管架安裝的重要關(guān)鍵技術(shù)，越來越受到業(yè)界的關(guān)注。灌漿連接具有良好的 結(jié)構(gòu)性能，以及施工便利、造價低廉等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于海上風(fēng)電場。導(dǎo)管架灌漿是整個風(fēng)電基 礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工的一項關(guān)鍵技術(shù)，灌漿的成功與否直接關(guān)系到風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)抵抗環(huán)境載荷的能力和壽 命。文章針對導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)灌漿工藝進行研究，并結(jié)合江蘇濱海項目分析了導(dǎo)管架灌漿工藝及其施 工過程中的難點，為我國海上風(fēng)電基礎(chǔ)建設(shè)提供參考。
關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；導(dǎo)管架基礎(chǔ)；灌漿工藝
隨著我國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的迅速發(fā)展，海上風(fēng)力 發(fā)電開始快速起步，近幾年涌現(xiàn)了大批在建、擬建 的海上風(fēng)電場。海上風(fēng)電場的風(fēng)電機組基礎(chǔ)、海上 升壓站基礎(chǔ)一般有高樁承臺基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)、單 樁基礎(chǔ)等[1]。導(dǎo)管架基礎(chǔ)作為一種重量輕、海床地 質(zhì)條件適應(yīng)性好、穩(wěn)定性好、適合較深海域的海上 風(fēng)電基礎(chǔ)，在歐洲海上風(fēng)電場得到了廣泛應(yīng)用]。 導(dǎo)管架灌漿連接段是整個海上風(fēng)電導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié) 構(gòu)承上啟下的關(guān)鍵部位[8]。風(fēng)電機組、波浪和洋流 等載荷主要通過導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)經(jīng)混凝土傳遞至鋼管 樁，鋼管樁再把載荷傳遞到海床。而導(dǎo)管架基礎(chǔ)和 樁基連接主要通過灌漿方式進行，灌漿質(zhì)量直接影 響到導(dǎo)管架的整體穩(wěn)定性能和安全性[4-]。
海上風(fēng)機結(jié)構(gòu)所受到的力極為復(fù)雜，包括：風(fēng) 機葉片和風(fēng)機自身旋轉(zhuǎn)以及塔桶造成的風(fēng)機載荷、 波浪力、潮流力、船舶的撞擊力等，這就決定了近海 風(fēng)電導(dǎo)管架基礎(chǔ)的灌漿連接尤其重要，尤其是在灌 漿材料的選擇和灌漿質(zhì)量的控制等方面的要求將 更加嚴(yán)格。此外，特殊的攪拌工藝、特殊的泵送灌 漿、水下灌漿、特殊的施工要求以及特殊的外海施 工條件等因素決定了導(dǎo)管架灌漿施工難度大。
成功實施，都證明了合理設(shè)計灌漿工藝的必要性和 有效性。本文針對導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)灌漿工藝進行研究， 分析了導(dǎo)管架灌漿工藝及其施工過程中的難點，為 我國海上風(fēng)電基礎(chǔ)建設(shè)提供參考。
1 導(dǎo)管架基礎(chǔ)
導(dǎo)管架基礎(chǔ)有兩種結(jié)構(gòu)形式：先打樁導(dǎo)管架和 后打樁導(dǎo)管架。兩種導(dǎo)管架形式主體結(jié)構(gòu)相同，先 打樁導(dǎo)管架支撐腿末端不用設(shè)置樁靴，而后打樁導(dǎo) 管架基礎(chǔ)支撐腿末端設(shè)置樁靴。導(dǎo)管架基礎(chǔ)主體 為框架對稱結(jié)構(gòu)，均為鋼制材料。導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)主要 分過渡段、導(dǎo)管架基礎(chǔ)主體兩部分，過渡段包括主 筒體、主斜撐、平臺甲板等結(jié)構(gòu)。
1.1 導(dǎo)管架灌漿區(qū)域
導(dǎo)管架灌漿施工作業(yè)在專業(yè)灌漿船上進行，在 打樁、下部導(dǎo)管架施工等工序完成后進行。灌漿施 工范圍為導(dǎo)管架與鋼管樁之間的環(huán)形空間(圖1)。
1.2 導(dǎo)管架灌漿流程
導(dǎo)管架安裝完成后，灌漿工作船駛?cè)搿鷴佸^使 船?？吭谟泄酀{終端面板的導(dǎo)管架一側(cè) →連接灌 漿管→ 向環(huán)形空間壓注淡水，檢查密封性→灌漿前 向灌漿管壓注潤管料，濕潤灌漿管道→灌漿料拌制 →泵送灌漿材料→當(dāng)溢漿口有濃漿溢出，即完成單 樁灌漿→連接導(dǎo)管架同側(cè)另一根樁灌漿管線，進行 灌漿→ 同側(cè)導(dǎo)管架灌漿完成后，移動灌漿管至另一
側(cè)，對另外兩根樁進行灌漿。
2 導(dǎo)管架灌漿施工難點
導(dǎo)管架灌漿是整個風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工的一項 關(guān)鍵技術(shù)，灌漿的成功與否直接關(guān)系到風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié) 構(gòu)抵抗環(huán)境載荷的能力和壽命。灌漿管線布置、封 漿結(jié)構(gòu)和灌漿料的性能等因素都決定灌漿能否 成功。
2.1 導(dǎo)管架灌漿管線布置
海上風(fēng)電導(dǎo)管架灌漿管線布置對灌漿施工質(zhì) 量影響很大。灌漿管線通常采用雙管線系統(tǒng)(一主 一備),以防止灌漿管線的堵塞。如，導(dǎo)管架灌漿高 度比較大，可以適當(dāng)考慮增加備用灌漿管線。管線 布置方式，可以在水下預(yù)留快速接頭派潛水員攜帶 灌漿管進行水下對接；也可以將灌漿管線沿導(dǎo)管架 外壁向上延伸至水面以上，并通過軟管連接至灌 漿泵。
灌漿管線通常采用50 mm 以上無縫鋼管或橡 膠軟管。灌漿口的設(shè)計采用圓形外包管形式，設(shè)置 在所需灌漿空間的底部，焊接在導(dǎo)管架套筒外壁 上，內(nèi)部沿圓周方向開6或者8只灌漿嘴。這種設(shè) 計方式，可以使灌漿從底部開始，并且均勻進行，確 保灌漿的質(zhì)量。
導(dǎo)管架灌漿作業(yè)在船上進行，但船機無法完全 貼近待作業(yè)鋼管樁，且導(dǎo)管架樁腿相對距離較大。 灌漿軟管應(yīng)保持一定長度的彎曲段才能接入預(yù)制 灌漿管線，也要求船機和待作業(yè)鋼管樁之間有一定 距離。
Paker Can 、Paker Element 、Retaining Ring 等。氣 囊式封隔器的工作原理是先將封隔器橡膠囊安裝 在導(dǎo)管架導(dǎo)管的底部，同時安裝氣壓傳輸管路。然 后在導(dǎo)管架海上就位及打樁完成后，準(zhǔn)備灌漿前， 采用氣壓設(shè)備使橡膠氣囊充氣來封閉導(dǎo)管與樁之 間的環(huán)形空間。
2.2.2 機械式封隔器
機械式封隔器的工作原理和結(jié)構(gòu)形式相對簡 單，主要是依靠打樁作業(yè)時，樁體穿過爪形環(huán)形橡 膠墊，樁體與橡膠墊之間相互擠壓，緊密接觸，產(chǎn)生 摩擦力來抵抗灌漿時灌漿液和海水對橡膠墊產(chǎn)生 的壓力。
2.3 灌漿料的性能
灌漿料的性能可靠性決定了導(dǎo)管架灌漿部位 的安全性和穩(wěn)定性，風(fēng)電機組的質(zhì)量及受力情況決 定灌漿料的性能要求。灌漿料對風(fēng)電基礎(chǔ)不僅起 受力緩沖作用，同時也起提高結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性 的作用。因此，灌漿料的壓縮強度、拉伸強度、彎曲 強度等指標(biāo)是考察材料性能的灌漿因素。具體性 能指標(biāo)需要根據(jù)裝機容量、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點、灌漿部 位、環(huán)境條件等因素綜合考慮。表1為常用的國內(nèi) 外海上風(fēng)電導(dǎo)管架灌漿材料性能指標(biāo)。
2.4 資源協(xié)調(diào)工作量大
海上灌漿作業(yè)對灌漿設(shè)備、材料、船機等均有 較高要求，需要調(diào)配灌漿專用設(shè)備，采用加工定制 的灌漿材料包裝袋，同時配備交通船、多功能駁船、 吊機等資源。施工現(xiàn)場所用的設(shè)備資源包括：灌漿 專用設(shè)備、專用管線、配套小設(shè)施、灌漿料、淡水等，均要求狀態(tài)良好，隨時可用，確保緊急情況下不影 影響，直接影響可作業(yè)窗口期及每天可作業(yè)時間段。
響后續(xù)作業(yè)。此外，受風(fēng)浪、氣溫、潮位等天氣因素
表1 國內(nèi)外海上風(fēng)電導(dǎo)管架灌漿材料性能指標(biāo)
材料廠家
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BASF
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Densi
|
Densit
|
Nautic
|
Nautie
|
三航科研院
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型號
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MF9500
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S5W
|
S1W
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NaxTMQ110
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Nax1Q140
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UHPG-120
|
表觀密度/(kg·m-3)
|
2440
|
2250
|
2250
|
2360
|
2450
|
2374
|
流動度/mm
|
初始
|
|
|
|
300
|
280
|
g≥290
|
30min
|
|
|
|
|
|
g≥260
|
60min
|
|
|
|
|
|
g≥230
|
抗壓強度/MPa
|
1 d
|
≥60
|
65
|
≥55
|
50
|
65
|
≥55
|
3 d
|
=95
|
|
|
73
|
85
|
85
|
7 d
|
≥120
|
|
|
90
|
105
|
≥100
|
28d
|
135
|
130
|
110
|
110
|
140
|
≥120
|
抗折強度/MPa
|
28d
|
15
|
18
|
13.5
|
19
|
21
|
15
|
彈性模量/GPa
|
28 d
|
50.0
|
50
|
35
|
36
|
48
|
45
|
3 案例分析
江蘇濱海300 MW 海上風(fēng)電項目為中交港灣 (上海)科技有限公司既江蘇響水升壓站灌漿項目 (灌漿高度3.7m) 和江蘇東臺升壓站灌漿項目(灌 漿高度19 m) 之后的第三個海上升壓站灌漿項目。 相比于前兩個項目，江蘇濱海風(fēng)電灌漿難度更大， 施工條件更加苛刻，單根樁灌漿連接水下連接段 18.3m, 水上連接段8.5m, 總長26.8m, 是目前國 內(nèi)已經(jīng)實施的最大灌漿高度、最大單樁體量、最長水 下段灌漿項目。該項目采用了中交港灣(上海)科技 有限公司生產(chǎn)的優(yōu)固特 TM UHPG-120 海上風(fēng)電 導(dǎo)管架灌漿材料，并由我公司采用自主研發(fā)的設(shè)備和 工藝，成功完成該海上升壓站導(dǎo)管架水下灌漿施工。
3.1 導(dǎo)管架連接施工技術(shù)參數(shù)
(1)灌漿設(shè)環(huán)形空間尺寸
導(dǎo)管架為φ2438×36 mm 和φ2438×50 mm 規(guī)格，鋼管樁外徑為φ2200×45 mm, 環(huán)形空間尺 寸為138 mm 和166 mm 兩種。
(2)灌漿高度
標(biāo)高為-18.30m～+8.50m 范圍內(nèi)的26.8m, 考慮到鋼管樁的傾斜角度，實際灌漿高度為27 m。
(3)灌漿范圍
水下高度18.3 m, 水上高度8.5 m。
(4)灌漿方量
單個環(huán)形空間灌漿放量為14.5 m3, 約32 t; 4個環(huán)形空間總計58 m3, 約128 t。
3.2 導(dǎo)管架基礎(chǔ)灌漿管線布置
江蘇濱海項目導(dǎo)管架內(nèi)設(shè)有灌漿管線，結(jié)合本 項目灌漿高度較高的實際情況，預(yù)制灌漿口應(yīng)設(shè)置 5個，依次從下向上，高度上均勻分布：灌漿管線1 底高程一15.15 m; 灌漿管線2底高程一8.5 m; 灌 漿管線3頂、底高程1.30 m; 灌漿管線4頂、底高程 8.50 m。 灌漿施工時由最下面的灌漿口開始逐步 實施灌漿作業(yè)，直至頂部溢漿。灌漿口由預(yù)制灌漿 管線連接并引出至水面以上，灌漿施工時，將灌漿 料通過泵送壓漿經(jīng)由低位灌漿管路頂推灌注入環(huán) 形空間，將環(huán)形空間內(nèi)海水和潤管料擠出。
3.3 導(dǎo)管架封堵技術(shù)
該導(dǎo)管架封堵技術(shù)采用自封閉式封隔器，自封 閉式封隔器充分考慮海上安裝操作的不同階段，在 結(jié)構(gòu)設(shè)計上分成兩個密封階段。首先，下落鋼樁， 由于橡膠筒部直徑比鋼樁直徑小，鋼樁穿過橡膠筒 部分，引起橡膠筒部分變形，同時橡膠變形產(chǎn)生的 內(nèi)應(yīng)力對鋼樁產(chǎn)生抱緊力，從而形成第一層密封功 能；打樁時，在橡膠筒與鋼樁的接觸面上，設(shè)置了低 摩擦系數(shù)的涂層，對于打樁操作不造成影響。自封閉式封隔器的主要優(yōu)點有以下幾點：①工作原理簡 單，密封能力優(yōu)異和抗破損性能強。②安裝和調(diào)試 工藝簡單，無需海上操作。③節(jié)省鋼材、降低施工 成本和提高鋼樁的在位工作效率。
3.4 灌漿料性能
該工程選用的 TM UHPG-120 海 上 風(fēng) 電 導(dǎo) 管
架灌漿材料，該灌漿料具有大流動性、可泵送性好、 高早強、超高強、高耐久性、無收縮和高抗疲勞等特 點，適用于海上風(fēng)電導(dǎo)管架與鋼管樁基礎(chǔ)之間的灌 漿連接。設(shè)計要求的高性能灌漿材料滿足以下 要求 ：
(1)3d 后抗壓強度達50 MPa,28d 后抗壓強 達80 MPa
(2)流動度適合灌漿工藝，初始流動度不小于 290 mm,30 min 流動度不小于260 mm。
4 總 結(jié)
結(jié)合筆者單位參與國內(nèi)海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)導(dǎo)
管架灌漿施工經(jīng)驗，分析了導(dǎo)管架灌漿工藝及其施
工過程中的難點，并結(jié)合江蘇濱海項目介紹了導(dǎo)管 架水下灌漿施工技術(shù)。江蘇濱海導(dǎo)管架灌漿項目 是目前國內(nèi)已經(jīng)實施的最大灌漿高度、最大單樁體 量、最長水下段灌漿項目，該項目 一 次性完成超高 水下外海灌漿作業(yè)，為我國海上風(fēng)電場走向更藍深 海提供有力保障。