海上風(fēng)電導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)與樁基灌漿連接施工工藝

永泰長(zhǎng)榮

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(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于海上風(fēng)電場(chǎng)。導(dǎo)管架灌漿是整個(gè)風(fēng)電基 礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，灌漿的成功與否直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)抵抗環(huán)境載荷的能力和壽 命。文章針對(duì)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)灌漿工藝進(jìn)行研究，并結(jié)合江蘇濱海項(xiàng)目分析了導(dǎo)管架灌漿工藝及其施 工過程中的難點(diǎn)，為我國(guó)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

0  引 言

隨著我國(guó)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(chǎng)。海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)、海上  升壓站基礎(chǔ)一般有高樁承臺(tái)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(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用]。 導(dǎo)管架灌漿連接段是整個(gè)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(jī)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(jìn)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(jī)結(jié)構(gòu)所受到的力極為復(fù)雜，包括：風(fēng) 機(jī)葉片和風(fēng)機(jī)自身旋轉(zhuǎn)以及塔桶造成的風(fēng)機(jī)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。

目前，筆者所在單位成功完成了桂山、響水、東 臺(tái)、濱海等多個(gè)導(dǎo)管架灌漿項(xiàng)目，多個(gè)施工案例的

成功實(shí)施，都證明了合理設(shè)計(jì)灌漿工藝的必要性和  有效性。本文針對(duì)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)灌漿工藝進(jìn)行研究， 分析了導(dǎo)管架灌漿工藝及其施工過程中的難點(diǎn)，為  我國(guó)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(duì)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(tái)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(jìn)行，在 打樁、下部導(dǎo)管架施工等工序完成后進(jìn)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(rùn)管料，濕潤(rùn)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(jìn)行 灌漿→ 同側(cè)導(dǎo)管架灌漿完成后，移動(dòng)灌漿管至另一

下部，由下往上進(jìn)行頂漿作業(yè)。此時(shí)，位于導(dǎo)管架 底部的封隔器的作用就是在灌漿過程中，防止導(dǎo)管 架底部漏漿，確保灌漿成功。因此，封隔器是導(dǎo)管 架平臺(tái)中一個(gè)非常重要且必不可少的部件。目前 國(guó)內(nèi)外常規(guī)采用的封隔器主要有兩種形式：氣囊式 (Inflatable      GroutPackers) 和機(jī)械式(Mechanical   Grout   Seal)。
2.2.1 氣囊式封隔器
氣囊式封隔器安裝于樁套筒底部，主要包括

圖1

導(dǎo)管

架灌漿施工區(qū)域示意

圖

側(cè)，對(duì)另外兩根樁進(jìn)行灌漿。
2 導(dǎo)管架灌漿施工難點(diǎn)

導(dǎo)管架灌漿是整個(gè)風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工的一項(xiàng) 關(guān)鍵技術(shù)，灌漿的成功與否直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)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(duì)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(jìn)行水下對(duì)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(jì)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(jì)方式，可以使灌漿從底部開始，并且均勻進(jìn)行，確 保灌漿的質(zhì)量。

導(dǎo)管架灌漿作業(yè)在船上進(jìn)行，但船機(jī)無法完全 貼近待作業(yè)鋼管樁，且導(dǎo)管架樁腿相對(duì)距離較大。 灌漿軟管應(yīng)保持一定長(zhǎng)度的彎曲段才能接入預(yù)制  灌漿管線，也要求船機(jī)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(shí)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(jī)械式封隔器

機(jī)械式封隔器的工作原理和結(jié)構(gòu)形式相對(duì)簡(jiǎn) 單，主要是依靠打樁作業(yè)時(shí)，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(shí)灌漿液和海水對(duì)橡膠墊產(chǎn)生 的壓力。