振動錘沉樁工藝在海上風(fēng)電工程中的應(yīng)用

費文源

（天津港航工程有限公司，天津300457）

振動錘沉樁工藝具有噪音低、振感低、效率高、造價低、可水下作業(yè)，以及沉樁質(zhì)量好等優(yōu)勢，在國外已得到廣泛應(yīng)用[1-2]。但國內(nèi)引入這種工藝較晚，目前主要用于鋼板樁、鋼護(hù)筒等輔助工程樁的沉樁，在正式樁基施工中很少作為主要的成樁手段[3-4]。中水電江蘇如東海上風(fēng)電場（潮間帶）100MW示范項目二期工程采用960kW兩臺聯(lián)動的EP1300W振動錘進(jìn)行沉樁，是國內(nèi)首次采用振動錘沉樁工藝完成正式工程樁施工，是海上風(fēng)電樁基施工工藝一種新的嘗試和實踐。

1 工程概況

本工程處于黃海海域潮間帶，地面高程在-2.5m～4.0m（1985國家高程基準(zhǔn)）之間，場區(qū)地質(zhì)為粉細(xì)砂，施工區(qū)域高潮時淹沒，低潮時露灘。其中12臺2.5MW風(fēng)機基礎(chǔ)形式為五樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)，采用水上船舶乘潮施工。設(shè)計鋼管樁直徑1.7m，樁長48.1～50.1m，每根重量約50t左右。

本工程地質(zhì)以粉土、粉砂為主，根據(jù)設(shè)計要求，鋼管樁入土43m～45m，需進(jìn)入粉質(zhì)粘土層。

鋼管樁沉樁質(zhì)量要求：中心位置允許偏差＜50mm，高程允許偏差＜50mm，縱軸線傾斜度偏差＜1%。

2 施工工藝

2.1 工藝流程

本工程施工地點位于如東潮間帶，主要船舶需乘高潮駐位、低潮坐灘施工。沉樁工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2.2 設(shè)備選型

本項目主要設(shè)備選型如表1所示。

表1 主要施工設(shè)備配置

2.2.1 主作業(yè)船

本工程本位于潮間帶，高潮時淹沒，低潮時露灘，且部分風(fēng)機機位泥面標(biāo)高較高，高潮時水深仍較淺（水深不足2m），因此主作業(yè)船必須具備坐灘功能，且船舶吃水應(yīng)盡量小，保證船舶在高潮時有更多的移船駐位時間。

“景和23”船長115.35m，船寬35.8m，空載吃水1.1m，在正常工作情況下吃水約2.4m，具備坐灘能力，可滿足本工程施工。

2.2.2 起吊設(shè)備

本工程起吊設(shè)備應(yīng)綜合考慮吊機的吊重、吊高、作業(yè)半徑等起重性能，還需考慮吊機的吊鉤情況，這將關(guān)系到施工船舶駐位及鋼管樁的起吊工藝，直接影響施工質(zhì)量及施工效率。

（1）起吊高度

起吊鋼管樁時最大吊高為甲板面以上：上部起吊鋼絲繩長（5m）+振動錘錘體長（8m）+振動錘連接鋼管樁鋼絲繩長（1.5m）+鋼管樁樁長（50.1m）+吊樁時樁體離地高度（1.0m）-船舶型深（6.0m）=59.6m。

（2）起吊重量

起吊鋼管樁時最大吊重為：振動錘錘體重（110t）+鋼管樁重量（50t）+吊索具等重量（5t）=165t。

（3）作業(yè)半徑

起吊鋼管樁作業(yè)半徑：18m（船寬一半）+4m（富裕距離）=22m。

根據(jù)LR1750型750t履帶吊的起重性能表，主臂85.3m工況下，跨距30m時，吊重為227.1t，吊高為84m，滿足鋼管樁起吊要求。

2.2.3 沉樁錘型

根據(jù)試樁工效統(tǒng)計，沉設(shè)長度50.1m、直徑為1.7m的鋼管樁振動錘需要2.5小時左右，而使用沖擊錘需要5-6小時，工效可提高2倍。采用960kW兩臺聯(lián)動的振動錘沉樁，配備兩臺1000kW發(fā)電機并聯(lián)發(fā)電，通過試驗和現(xiàn)場驗證，僅需2.5小時即可將樁順利沉至設(shè)計標(biāo)高（入土45m），振動錘沉樁時間僅為30min-40min。

經(jīng)過比選最終選擇960kW兩臺聯(lián)動的EP1300W振動錘進(jìn)行沉樁。其優(yōu)越性是可根據(jù)樁體直徑選擇聯(lián)動臺數(shù)，若樁體直徑加大可考慮多臺聯(lián)動，適用于更大管徑的鋼管樁沉樁，如圖2、表2所示。

圖2 EP1300W振動錘

表2 EP1300W振動錘主要參數(shù)

3 關(guān)鍵技術(shù)措施

3.1 測量定位

對于泥面較高的機位，平面位置定位利用一艘錨艇結(jié)合沉樁船舶作為測量平臺；泥面較低船舶坐灘時間較短的機位制作兩個測量平臺支設(shè)經(jīng)緯儀，測量定位首先采用GPS進(jìn)行粗略定位，然后利用兩臺垂直方向布置的經(jīng)緯儀采用角度前方交會的方式進(jìn)行定位（見圖3）。

圖3 經(jīng)緯儀定位示意圖

3.2 施工動態(tài)調(diào)整

當(dāng)沉設(shè)完成第一根鋼管樁時，利用GPS在樁頂采集三個點位，根據(jù)測量點位在CAD圖紙上確定出已沉設(shè)鋼管樁的中心，根據(jù)中心坐標(biāo)重新調(diào)整其他4根鋼管樁的中心坐標(biāo)，可有效保證5根鋼管樁的相對位置在設(shè)計要求的范圍之內(nèi)。

3.3 粘土層沉樁

沉樁過程中，當(dāng)樁體沉設(shè)至30m-32m時即進(jìn)入粘土層，容易在樁體內(nèi)部產(chǎn)生土塞現(xiàn)象而致使貫入度減小，經(jīng)過摸索，通過將吊機帶力至大于165T（錘體、樁體總重量），使樁體在無貫入度的情況下振動一段時間將樁內(nèi)部粘土振松之后再松鉤進(jìn)行沉樁，可使沉樁更為順利。

3.4 鋼管樁標(biāo)高控制

沉樁時，當(dāng)樁體沉設(shè)至距設(shè)計標(biāo)高約30cm左右，吊機帶力120T-150T進(jìn)行沉樁，同時振動錘小能量振動，測量人員時刻監(jiān)測樁頂標(biāo)高情況，防止樁體下沉過快造成標(biāo)高不符合設(shè)計要求。

4 工效分析

本工程12臺風(fēng)機基礎(chǔ)共60根鋼管樁，除2根試驗樁外，其余58根鋼管樁均采用本工藝沉樁，58根樁的平面位置、垂直度、樁頂標(biāo)高等均滿足設(shè)計要求，且經(jīng)高應(yīng)變檢測，樁身質(zhì)量完好，單樁承載力滿足設(shè)計要求。

根據(jù)沉樁過程中的數(shù)據(jù)收集，EP1300W振動錘沉樁的施工工效如表3所示。

表3 EP1300W振動錘沉樁施工工效統(tǒng)計

工程所在地如東地區(qū)為非正規(guī)半日潮，最低潮至最高潮時間大約為6小時，如各工序順利進(jìn)行，3小時可完成一根鋼管樁沉樁施工。視潮汐情況和具體位置泥面標(biāo)高調(diào)節(jié)，部分機位具備一個低潮沉設(shè)2-3根鋼管樁的施工條件。

5 結(jié)束語

本次施工，成功采用振動錘施打海上風(fēng)電基礎(chǔ)鋼管樁，施工效率高，質(zhì)量控制好，且單樁承載力完全滿足設(shè)計要求，為類似工程推廣振動錘沉樁工藝提供了有益借鑒，具有很好的推廣應(yīng)用價值。