開放海域淤泥質(zhì)地基水下導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工精度控制技術(shù)研究

武曉飛

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

我國海上風(fēng)電資源豐富，海岸線長度超過1.8萬km，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量為7.5億kW，是陸上風(fēng)能資源量的3倍，開發(fā)前景廣闊。目前，我國的海上風(fēng)電事業(yè)正處于規(guī)?；⒋笮突?、多樣化發(fā)展中。

1 導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工精度控制要求

珠海桂山風(fēng)電場處于開放海域，受渦流擾動(dòng)、波浪沖擊、風(fēng)阻力影響大；場址表層為飽和、流塑狀的淤泥層，土層性能差。導(dǎo)管架基礎(chǔ)精度要求高，精度控制要求如表1所示。

表1 導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工精度控制要求一覽表

2 導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工方案優(yōu)化

桂山風(fēng)電場采用導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，沉樁平面偏差、樁頂高程偏差以及樁身垂直度偏差結(jié)果對(duì)后續(xù)導(dǎo)管架的安裝及環(huán)形空間灌漿施工都有直接影響。導(dǎo)管架基礎(chǔ)頂部法蘭面水平度要求較高，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的施工控制必須與風(fēng)機(jī)機(jī)組安裝的要求相對(duì)應(yīng)，確保上部風(fēng)機(jī)安裝的精度要求。

2.1 坐底式沉樁導(dǎo)向結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

文章優(yōu)化設(shè)計(jì)了坐底式定位架沉樁導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)向結(jié)構(gòu)由工藝輔助樁和工藝定位架組成。導(dǎo)管架邊線中心位置設(shè)置4根工藝輔助樁，形成對(duì)角線長15m、邊長10.6m的正方形，輔助樁長50m，直徑2m。工藝輔助樁頂部設(shè)置整體式雙層工藝定位架，采用型鋼及4個(gè)定位樁套筒預(yù)拼裝組成，結(jié)構(gòu)長18m，高8m，重約200t，如圖1所示。輔助樁與定位架利用上下層液壓油缸抱緊裝置固定，工藝定位架樁套管位置增設(shè)三維（平面與高程）液壓調(diào)平裝置，由上、下各4個(gè)液壓油缸和定位滾輪組成，滾輪采用高分子聚合材料制作，避免樁基礎(chǔ)防腐涂層破壞。該導(dǎo)向結(jié)構(gòu)安裝簡便，穩(wěn)定性強(qiáng)，精度可控性高。

圖1 坐底式沉樁定位架實(shí)物圖

2.2 沉樁導(dǎo)向架安裝工藝優(yōu)化

傳統(tǒng)沉樁導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)采用樁基固定式定位架，其安裝順序?yàn)榇蛟O(shè)工藝輔助樁，安裝工藝定位架，先采用振動(dòng)錘進(jìn)行樁基礎(chǔ)插樁及穩(wěn)樁，再采用液壓打樁錘沉樁。但該工藝輔助樁的沉樁精度和定位架的精確就位難以控制。文章結(jié)合伶仃洋淤泥質(zhì)地基現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)樁基固定式定位架工藝進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，提出坐底式定位架安裝工藝，該工藝采用先放置工藝定位架，后打設(shè)輔助樁固定，再利用振動(dòng)錘進(jìn)行樁基礎(chǔ)插樁及穩(wěn)樁，液壓打樁錘沉樁的施工順序。

坐底式定位架底部設(shè)置防沉板，避免在淤泥質(zhì)地基下定位架入泥，定位架可依靠自重自穩(wěn)于泥面之上，較樁基固定式定位架，多出定位架于泥面土摩擦反力和抵抗彎矩，所能提供的水平反力大，更有利于樁基礎(chǔ)的平整度及平面位移精度控制。坐底式定位架的雙層限位間距較樁基固定式定位架大4m，更有利于樁基礎(chǔ)的垂直度控制。

2.3 導(dǎo)管架安裝調(diào)平與鎖定工藝優(yōu)化

導(dǎo)管架的調(diào)平是導(dǎo)管架安裝中至關(guān)重要的一環(huán)，直接關(guān)系到前后工序的成敗。文章為導(dǎo)管架支腿上部設(shè)計(jì)了2套液壓系統(tǒng)：調(diào)平液壓系統(tǒng)和臨時(shí)鎖定液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)通過鋼結(jié)構(gòu)固定于導(dǎo)管架上，如圖2所示。

（1）導(dǎo)管架調(diào)平系統(tǒng)。文章通過在導(dǎo)管架頂部法蘭布設(shè)激光發(fā)射器、探測靶，導(dǎo)管架4支腿上各布設(shè)3個(gè)豎向液壓調(diào)節(jié)油缸，形成導(dǎo)管架精準(zhǔn)調(diào)平系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)油缸相對(duì)于樁基礎(chǔ)頂端的頂升，調(diào)節(jié)導(dǎo)管架頂面法蘭的水平度。在調(diào)節(jié)過程中，通過激光掃平儀SP-2激光平面度測量法，不斷地測量導(dǎo)管架頂法蘭水平度，在水平度符合要求后，鎖定油缸保證調(diào)平成果。

圖2 導(dǎo)管架安裝調(diào)平與鎖定系統(tǒng)（左）和測量定位系統(tǒng)（右）

（2）導(dǎo)管架鎖定系統(tǒng)。導(dǎo)管架調(diào)平完成后，為了降低導(dǎo)管架受到外界擾動(dòng)的影響，以順利開展后續(xù)水下導(dǎo)管架灌漿連接，需采取必要的鎖定導(dǎo)管架的措施。文章通過在每個(gè)導(dǎo)管架支腿上設(shè)置3個(gè)水平液壓油缸頂撐抱緊樁基礎(chǔ)以達(dá)到鎖定導(dǎo)管架的目的。

3 安裝精度控制

3.1 坐底式定位架沉放測量系統(tǒng)

坐底式定位架沉放測量系統(tǒng)在定位架頂部4個(gè)角點(diǎn)布設(shè)控制點(diǎn)G1、G2、G3、G4和平臺(tái)中心控制點(diǎn)S，測傾儀對(duì)稱安裝在定位架的對(duì)角線兩邊。在定位架的上、下層設(shè)置液壓定位系統(tǒng)，定位架的每邊中心底部位置設(shè)置水平面和高程均可調(diào)節(jié)的三維調(diào)平裝置，該裝置與定位架連成整體一并吊裝，通過調(diào)平系統(tǒng)可糾正沉樁過程中樁基礎(chǔ)的平面位置和垂直度偏差。

3.2 導(dǎo)管架安裝初定位測量系統(tǒng)

為保證起重船吊裝導(dǎo)管架作業(yè)的準(zhǔn)確性與高效性，文章對(duì)起重船進(jìn)行定位測量系統(tǒng)的改造，應(yīng)用RTK技術(shù)于起重船甲板的四角各布置一個(gè)測量控制點(diǎn)，其中2個(gè)點(diǎn)為固定GPS測站，另外2個(gè)點(diǎn)作GPS流動(dòng)校核站。以RTK模式（動(dòng)態(tài)）結(jié)合測傾儀等設(shè)備，實(shí)時(shí)測定船體的位置、方向和姿態(tài)。對(duì)導(dǎo)管架進(jìn)行預(yù)測量處理，在導(dǎo)管架4個(gè)將軍柱的外側(cè)作反光片標(biāo)記，導(dǎo)管架安裝時(shí)，利用測量平臺(tái)架設(shè)兩臺(tái)全站儀觀測將軍柱上的反光片確定導(dǎo)管架位置。

3.3 導(dǎo)管架頂部法蘭調(diào)平測量系統(tǒng)

導(dǎo)管架頂部法蘭測量采用SP-2激光平面度測量系統(tǒng)，主要由T310激光發(fā)射器、R310探測靶和DU310便攜式筆記本組成。頂部法蘭面水平度測量時(shí)，將探測靶安裝于參考點(diǎn)上，上下調(diào)節(jié)使其探測到激光面。對(duì)已測參考點(diǎn)探測靶清零，將其移動(dòng)到其他任意一點(diǎn)，產(chǎn)生一個(gè)測量水平度，探測靶就會(huì)顯示相對(duì)于參考點(diǎn)的測量點(diǎn)的偏差，以此監(jiān)控導(dǎo)管架頂部法蘭面的水平度，如圖2所示。

4 結(jié)論

文章通過對(duì)導(dǎo)管架安裝導(dǎo)向結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化，設(shè)計(jì)了操作簡單、穩(wěn)定性強(qiáng)、可三維調(diào)節(jié)的坐底式定位架。該定位架采用整體式雙層架體，具備更大的垂直向限位空間，更有利于樁基礎(chǔ)的垂直度控制。文章結(jié)合桂山風(fēng)電開放海域伶仃洋軟基地質(zhì)情況，對(duì)坐底式定位架安裝進(jìn)行先沉放定位架、再施打輔助樁的工藝優(yōu)化，該安裝工藝定位架沉放擱置于泥面之上，產(chǎn)生一定的水平摩擦反力和抗傾彎矩，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更有利于樁基礎(chǔ)的沉樁精度控制。

文章結(jié)合桂山海上風(fēng)電工程實(shí)際需要，采用臨時(shí)固定式測量平臺(tái)測控導(dǎo)管架吊放位置，輔以潛水員水下確認(rèn)的工藝，直接高效地解決了導(dǎo)管架基礎(chǔ)水下就位難的問題；通過在導(dǎo)管架支腿頂部設(shè)置的液壓調(diào)平及抱緊裝置，安全、高效地保證了導(dǎo)管架頂法蘭水平度符合設(shè)計(jì)要求，調(diào)平成果被抱緊鎖定系統(tǒng)保護(hù)，利于后道工序的開展。

通過對(duì)坐底式沉樁導(dǎo)向結(jié)構(gòu)及其安裝工藝進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化水下導(dǎo)管架安裝及調(diào)平技術(shù)，利用RTK測量技術(shù)和SP-2激光平面度測量法，獲得各項(xiàng)精度控制指標(biāo)，均滿足規(guī)范要求的研究成果：（1）樁基礎(chǔ)水平位移量為1～35mm＜50mm，精度提高率平均值為74%；（2）樁身垂直度誤差值為0.2‰～4.3‰＜5‰，精度提高率平均值為55%；（3）樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高誤差值為1～18mm＜50mm，精度提高率平均值為87%；（4）導(dǎo)管架頂部法蘭水平度誤差值0.01%～0.14%＜3%，精度提高率平均值為79%。