海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法及專用導(dǎo)向架與流程

本發(fā)明涉及一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法及專用導(dǎo)向架。

背景技術(shù)：

隨著國內(nèi)海上風(fēng)力發(fā)電，尤其是大功率風(fēng)力發(fā)電機和深水海上風(fēng)場的快速發(fā)展，不同海域的地質(zhì)條件差異巨大，海上風(fēng)機基礎(chǔ)必須能夠適應(yīng)多種復(fù)雜地質(zhì)，因此，對于復(fù)雜的海洋地質(zhì)條件，要將大型風(fēng)力發(fā)電機及其支撐結(jié)構(gòu)固定在海床上尤為重要。

單樁基礎(chǔ)導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)受力明顯，可在船舷處通過臨時改造放置導(dǎo)向架，但群樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)較為分散，無法通過直接在船舷處放置導(dǎo)向架來實現(xiàn)。

因而，針對上述要求需要我們設(shè)計一種施工方便，以及能夠保證鋼樁位置、垂直度、高程及高差準確、鋼樁結(jié)構(gòu)受力均勻性及科學(xué)性的施工方法，以及設(shè)計一種該方法中使用的專用導(dǎo)向架。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法以及該方法中需用到的專用導(dǎo)向架。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法，其特征在于：包括以下步驟：

一、施工準備：各種材料及設(shè)備準備到位，并制作好導(dǎo)向架，

二、絞錨gps精確定位：使導(dǎo)向架打樁位置與設(shè)計位置基本重合，

三、臨時樁插打：通過導(dǎo)向架的臨時樁導(dǎo)向管打入臨時樁，然后將導(dǎo)向架通過懸掛系統(tǒng)固定懸掛于臨時樁上，以便形成固定平臺，

四、鋼管樁起吊翻轉(zhuǎn)、插樁：吊具將鋼管樁起吊按照要求插入導(dǎo)向架的套管內(nèi)，

五、第一次沉樁：用液壓錘依次將四根鋼管樁插打至樁頂距導(dǎo)向架上平面一定高度，

六、第二次沉樁：采用送樁器輔助沉樁至水下設(shè)計標高，

七、沉樁測量控制：保證鋼管樁之間相對距離偏差、高程、高差、垂直度符合工藝要求，

八、拆除平臺及臨時樁。

所述導(dǎo)向架上設(shè)有氣泡帷幕。

步驟三的具體過程在于：

1，吊船精確定位，吊裝導(dǎo)向架入水并擱于海床，

2，吊機從運輸船上直接單點起吊臨時樁，將四根臨時樁依次豎直插入導(dǎo)向架的套管內(nèi)，臨時樁通過自重入泥支撐，

3，吊機從甲板起吊打樁錘，通過液壓夾持器固定安裝于臨時樁頂部

4，啟動打樁錘，觀測控制打樁能量及貫入度，完成沉樁，

5，依次完成四根臨時樁插打，臨時樁標高控制在預(yù)定高度，

6，吊機整體提升導(dǎo)向架，

7，利用懸掛系統(tǒng)將導(dǎo)向架掛在臨時樁上，

8，通過固定于海中測量平臺監(jiān)控，調(diào)平導(dǎo)向架水平，形成打樁固定平臺。

海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工專用導(dǎo)向架，其特征在于：包括上導(dǎo)向架及下導(dǎo)向架，所述上導(dǎo)向架包括四個兩兩對稱排布的鋼樁上導(dǎo)管，且每兩個鋼樁上導(dǎo)管間設(shè)有臨時樁上導(dǎo)管，所述鋼樁上導(dǎo)管與臨時樁上導(dǎo)管間通過上鋼梁連接；所述下導(dǎo)向架包括四個兩兩對稱排布的鋼樁下導(dǎo)管，且每兩個鋼樁下導(dǎo)管間設(shè)有臨時樁下導(dǎo)管，所述鋼樁下導(dǎo)管與臨時樁下導(dǎo)管間通過下鋼梁連接，所述上導(dǎo)向架與下導(dǎo)向架之間通過螺栓連接為一個整體,且臨時樁上導(dǎo)管與相應(yīng)的臨時樁下導(dǎo)管同軸，所述每一鋼樁上導(dǎo)管的頂端部設(shè)有若干能夠校正鋼樁垂直度的導(dǎo)向輪組，所述鋼樁下導(dǎo)管低端焊有防沉板，所述臨時樁頂部設(shè)有可以提升導(dǎo)向架的懸掛裝置。

所述導(dǎo)向輪組包括固定于上導(dǎo)向架上的油壓缸，該油壓缸的活塞桿端部連接有滑塊，該滑塊上設(shè)有轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸上設(shè)有滾輪。

所述導(dǎo)管內(nèi)設(shè)有限位塊。

所述鋼樁上導(dǎo)管的頂端部環(huán)形均布有四組導(dǎo)向輪組。

所述鋼樁上導(dǎo)管與臨時樁上導(dǎo)管間還設(shè)有用于加強連接的上斜鋼梁；所述鋼樁下導(dǎo)管與臨時樁下導(dǎo)管間還設(shè)有用于加強連接的下斜鋼梁。

所述防沉板上設(shè)有若干通孔。

所述臨時樁頂部設(shè)有可以提升導(dǎo)向架的懸掛裝置。

本發(fā)明的有益效果是：通過本施工方法打入的鋼管樁，不僅施工方便，而且鋼管樁位置、垂直度、高程及高差準確，且能保證其鋼管樁結(jié)構(gòu)受力的均勻性及科學(xué)性。

本發(fā)明的導(dǎo)向架底焊有防沉板，導(dǎo)向架通過防沉板擱于海床，如果海床稍有凹凸，因防沉板面積大，因而整體也可保持平整，避免了對船機的改造以用于安裝專用導(dǎo)向架。但是由于防沉板陷入海床的淤泥中，增加了提升的困難，因而本導(dǎo)向架采用可拆的上、下兩層結(jié)構(gòu)，在打樁完成后可以選擇將連接上導(dǎo)向架及下導(dǎo)向架的螺栓拆卸掉，將上下兩層導(dǎo)向架分層吊起，也可以選擇上下兩層導(dǎo)向架一同吊起。防沉板上設(shè)有若干通孔，能夠減小淤泥對防沉板吸附作用。

本發(fā)明可以坐底成為臨時固定式平臺，也可以懸掛在臨時樁上成為臨時浮式平臺，具有定位快，精度高等特點，并具有快速施工的作用，極大提高了我國海上風(fēng)電施工技術(shù)水平大大

降低了施工成本，促進我國海上風(fēng)電市場的發(fā)展。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1的a處局部放大圖；

圖4是施工方法的流程簡圖。

具體實施方式

參照圖1至圖3，本發(fā)明公開了公開了一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工專用導(dǎo)向架，包括上導(dǎo)向架1及下導(dǎo)向架2，所述上導(dǎo)向架1包括四個兩兩對稱排布的鋼樁上導(dǎo)管11，且每兩個鋼樁上導(dǎo)管11間設(shè)有臨時樁上導(dǎo)管12，所述鋼樁上導(dǎo)管11與臨時樁上導(dǎo)管12間通過上鋼梁13連接；所述下導(dǎo)向架2包括四個兩兩對稱排布的鋼樁下導(dǎo)管21，且每兩個鋼樁下導(dǎo)管21間設(shè)有臨時樁下導(dǎo)管22，所述鋼樁下導(dǎo)管21與臨時樁下導(dǎo)管22間通過下鋼梁23連接，所述鋼樁上導(dǎo)管11與對應(yīng)的鋼樁下導(dǎo)管21通過螺栓連接為一個套管，從而也使上導(dǎo)向架1與下導(dǎo)向架2連接為一個整體，且臨時樁上導(dǎo)管12與相應(yīng)的臨時樁下導(dǎo)管22同軸，為了增加連接強度鋼樁上導(dǎo)管11與臨時樁上導(dǎo)管12間還設(shè)有用于加強連接的上斜鋼梁14；所述鋼樁下導(dǎo)管21與臨時樁下導(dǎo)管22間還設(shè)有用于加強連接的下斜鋼梁24。上述結(jié)構(gòu)中，臨時樁通過臨時樁上導(dǎo)管12及相應(yīng)的臨時樁下導(dǎo)管22導(dǎo)入，當(dāng)臨時樁打入后再將導(dǎo)向架掛起，通過懸掛裝置將導(dǎo)向架掛在臨時樁上，該懸掛裝置為一放置于臨時樁頂端的懸掛座15，該懸掛座15的邊沿設(shè)有懸掛桿16，該懸掛桿16端部通過螺栓與上導(dǎo)向架1鎖緊，從而將導(dǎo)向架懸掛于臨時樁上，懸掛的同時將導(dǎo)向架調(diào)平，形成臨時浮式打樁平臺，從而將鋼管樁從鋼樁上導(dǎo)管11及相應(yīng)的鋼樁下導(dǎo)管21導(dǎo)入并錘到預(yù)定標高，所述導(dǎo)向架套管上設(shè)置有水平刻度線。

當(dāng)然上述只是我們根據(jù)施工要求及環(huán)境對導(dǎo)向架1使用的一種具體選擇；在不同的施工要求及環(huán)境下，我們也可將導(dǎo)向架整體放置在海床上，插入臨時樁固定位置，測量導(dǎo)向架水平度，通過局部壓重微調(diào)使其達到設(shè)計水平，形成臨時固定式打樁平臺。

如圖所示，為了在打入鋼管樁的過程中保證鋼管樁的垂直度，所述每一鋼樁上導(dǎo)管11的頂端部設(shè)有四組能夠校正鋼樁垂直度的導(dǎo)向輪組3，所述導(dǎo)向輪組3包括固定于上導(dǎo)向架1上的油壓缸31，該油壓缸31的活塞桿端部連接有滑塊32，該滑塊32上設(shè)有轉(zhuǎn)軸33，該轉(zhuǎn)軸33上設(shè)有滾輪34，且上導(dǎo)向架1上設(shè)有引導(dǎo)滑塊32滑動的導(dǎo)管35，因而通過控制各油壓缸31就能夠控制相應(yīng)滾輪34的位置，通過滾輪34推擠鋼管樁就能使鋼管樁保持垂直，而且導(dǎo)管35內(nèi)設(shè)有限位塊36，用于控制滑塊32的移動位置。

參照圖4，本發(fā)明還公開了一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法，包括以下步驟：

一、施工準備：各種材料及設(shè)備準備到位，并制作好導(dǎo)向架，

二、拋錨定位：使導(dǎo)向架打樁位置與設(shè)計位置基本重合，具

體過程為：利用固定于駕駛臺的2臺gps測站和傾斜儀作為打樁定位系統(tǒng)，通過電腦實時測量顯示樁位坐標和方位差值。然后通過絞錨系統(tǒng)調(diào)整船體位置，使導(dǎo)向架打樁位置與設(shè)計位置基本重合，使中心偏差小于30cm，轉(zhuǎn)角偏差要小于1°。導(dǎo)向架起吊下放過程中，通過控制船體軸線和導(dǎo)向架軸線平行或正交，控制導(dǎo)向架的方位角。導(dǎo)向架整體下放到海床后，觀察套管刻度線，判斷導(dǎo)向架是否基本水平。全回轉(zhuǎn)吊船及臨時樁運輸駁船就位于導(dǎo)向架側(cè)面施工位置，準備吊臨時樁。正式樁運輸船駐泊于吊船前方。

三、臨時樁插打：以便形成固定平臺，具體流程在于：臨時樁

采用直徑為2.0m，壁厚20mm鋼管樁四根，單樁長約50m。臨時樁采用振動打樁錘插打；臨時樁單樁極限承載力范圍按200～250t復(fù)核計算，施工前根據(jù)深度范圍進行每個機位的樁長計算，以承載力控制入泥深度。臨時樁樁頂標高控制在+5cm左右，四根臨時樁樁頂標高大致相同。

臨時樁及固定平臺施工步驟為：全回轉(zhuǎn)吊船精確定位，吊裝導(dǎo)向架入水并擱于海床→全回轉(zhuǎn)吊機從運輸船上直接單點起吊臨時樁→將四根臨時樁依次豎直插入導(dǎo)向架套管內(nèi)，自重入泥支撐→全回轉(zhuǎn)吊機從甲板起吊液壓振動打樁錘，通過液壓夾持器固定安裝于臨時樁頂部→啟動振動打樁錘，觀測控制打樁能量及貫入度，完成沉樁（沉樁過程中，對定位樁垂直度進行監(jiān)控）→依次完成四根臨時樁插打，標高控制在+5cm左右→全回轉(zhuǎn)吊機嘗試整體提升導(dǎo)向架（如不成功，則只吊上層導(dǎo)向架），頂標高控制在+4cm以下→利用懸掛系統(tǒng)將導(dǎo)向架掛在臨時樁上→通過固定于海中測量平臺監(jiān)控，調(diào)平導(dǎo)向架，形成打樁固定平臺。

四、鋼管樁起吊翻轉(zhuǎn)、插樁：吊具將鋼管樁起吊按

照要求插入導(dǎo)向架的套管內(nèi)，鋼管樁采用專用吊具起吊，鋼管樁設(shè)兩端吊點，利用全回轉(zhuǎn)主吊鉤起吊上端，副鉤起吊下端，鋼管樁通過兩個吊鉤起落動作，完成翻轉(zhuǎn)呈豎直狀態(tài)，解除下端吊具，鋼管樁由全回轉(zhuǎn)主吊鉤吊掛呈豎直狀態(tài)。

單樁起吊時下部吊具采用一根軟吊帶，“♂”字形捆綁在鋼管樁下端；上端采用兩根鋼絲繩及扁擔(dān)梁平行起吊。

全回轉(zhuǎn)吊船逐一將四根樁插入整體定位導(dǎo)向架套管內(nèi)，鋼管樁入泥前，測量人員于導(dǎo)向架頂面就位觀測，調(diào)整套管上油頂，使鋼管樁豎直，并盡量讓鋼管樁居中。全回轉(zhuǎn)吊船主鉤緩緩下放，讓鋼管樁在自重作用下定位下沉。每下沉2米左右觀測一次，下沉完畢，觀測樁位偏差，若偏差超限，可提升鋼管樁，重新調(diào)整定位。

五、第一次沉樁：沉樁至樁頂距導(dǎo)向架上平面一定高度，并

依次將四根鋼管樁插打至同一高度，具體在于：鋼管樁完成插樁后，隨即進行第一次沉樁。采用全回轉(zhuǎn)起吊安裝液壓打樁錘，將錘筒套在鋼管樁樁頭上，利用導(dǎo)向架調(diào)整好鋼管樁平面位置及垂直度后，液壓錘打樁，吊耳距導(dǎo)向架頂約1米時，割除吊耳；沉樁至樁頂距導(dǎo)向架上平面4.5m左右（因液壓錘不能通過導(dǎo)向架，且錘筒高度約2.5m），完成第一次沉樁作業(yè)，依次將四根鋼管樁插打至同一高度。

上述過程的錘擊控制具體如下：液壓打樁錘錘擊能量的“檔位”可調(diào)，為防止打樁能量過大、鋼管樁內(nèi)應(yīng)力超標致鋼管樁損壞，實際最大打樁能量預(yù)控在合理范圍內(nèi)。剛開始沉樁時，用低檔位啟動，小沖程錘擊沉樁；下沉變緩后逐步切換到高檔位或較大沖程錘擊沉樁；當(dāng)發(fā)現(xiàn)貫入度自小變大時再切換至低檔小沖程沉樁，該錘采用控制柜內(nèi)計算機控制，能夠通過打樁進程自動調(diào)整控制規(guī)避異常風(fēng)險，同時自動記錄各項打樁參數(shù)。

停錘的標準具體以設(shè)計標高為準，貫入度作為校核。

錘擊處理要求：

（1）、在淺層時，當(dāng)錘擊數(shù)突然增大，大于125擊/0.25m時；

（2）、在第一次沉樁過程中，連續(xù)錘擊五陣，平均每陣大于125擊/0.25m或者錘擊1陣大于250擊/0.25m；停錘超過1h，大于500擊/0.25m時。

達到設(shè)計標高終錘前采用單擊沉樁，以便實時測量控制樁頂標高，使四根樁樁頂標高基本一致。操作人員確認達到要求后，實測記錄打樁垂直度、樁頂標高及樁位實際坐標。

六、第二次沉樁：采用送樁器輔助沉樁至設(shè)計標高，

七、沉樁測量控制：保證鋼管樁之間相對距離偏差、高程、高差、垂直度符合工藝要求，

導(dǎo)向架水平度測量時，測量人員在導(dǎo)向架頂面用水準儀取點測量。

正式樁沉樁測量時，測量人員可在導(dǎo)向架頂面固定位置架設(shè)儀器監(jiān)控。平面控制：通過gps及全站儀對鋼管樁平面位置進行監(jiān)控、控制；同時，保證鋼管樁之間相對距離距離偏差要求。

高程及高差控制：采用導(dǎo)向架固定平臺作為基準，基準點高程由gps高程測量獲得。平臺上安裝水準儀，以基準點作為后視，觀測送樁器標識點，從而推算出鋼管樁樁頂標高進行控制。重點觀測及記錄四根鋼管樁樁頂標高和樁心平面位置，為后續(xù)樁頭處理定位提供原始數(shù)據(jù)支持。

垂直度控制：垂直度采用兩臺經(jīng)緯儀呈90°布置掃邊，使鋼管樁垂直度在1/250以內(nèi)。

八、拆除平臺及臨時樁。具體在于：鋼管樁沉樁結(jié)束后，利用全回轉(zhuǎn)吊船整體提起導(dǎo)向架置于吊船甲板。振動錘進行臨時樁拔除，平臺拆除后，相關(guān)船只轉(zhuǎn)移至下一基礎(chǔ)位施工。

所述導(dǎo)向架上設(shè)有氣泡帷幕。為避免沉樁噪音對海洋生物造成損傷，對四根鋼管樁分別做氣泡帷幕，減低噪音。風(fēng)機基礎(chǔ)樁直徑2.2m，氣泡帷幕直徑為5m，通氣管為4層直徑5.0cm鋼管，鋼管外側(cè)壁鉆2排梅花形布置的2mm圓孔，孔距5cm。每根樁插打時，在導(dǎo)向架上，將空壓機出氣管與該樁氣泡帷幕進氣軟管連接即可。沉樁時啟動空壓機，使桁架上四層通氣鋼管噴出壓縮空氣，從而形成連綿不絕的氣泡帷幕。

以上對本發(fā)明實施例所提供的一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法及專用導(dǎo)向架，進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。