海上風(fēng)電導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)與樁基灌漿連接施工方法淺談

海上風(fēng)電導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)與樁基灌漿連接施工方法淺談

廣州華申建設(shè)工程管理有限公司【摘要】目前，國內(nèi)海上風(fēng)電基礎(chǔ)型式常用的有砼承臺(tái)、單樁、導(dǎo)管架等結(jié)構(gòu)，導(dǎo)管架與樁基需要通過灌漿連接。本文重點(diǎn)論述了海上風(fēng)電導(dǎo)管架基礎(chǔ)采用水下灌漿連接的缺點(diǎn)，并提出了一種新型干法灌漿的施工方法?！娟P(guān)鍵詞】海上風(fēng)電；導(dǎo)管架；灌漿連接自2008年開始，歐洲國家已在大力發(fā)展海上風(fēng)電，英國、德國、丹麥等風(fēng)力發(fā)電先進(jìn)國家已經(jīng)把風(fēng)力發(fā)電發(fā)展中心由陸地轉(zhuǎn)移到了海上。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2020年歐洲海上風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)到7000萬千瓦。中國沿海岸線長(zhǎng)，有廣闊的海洋空間和豐富的海上風(fēng)能資源，海上可開發(fā)風(fēng)能資源約7.5億千瓦，具有開發(fā)利用風(fēng)電的良好市場(chǎng)條件和巨大資源潛力。我國自2009年開始起步海上風(fēng)電的建設(shè)，截止目前，我國風(fēng)電裝機(jī)累計(jì)完成100余萬千瓦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完成國家“十二五”規(guī)劃的500萬千瓦。其主要原因，由于海上風(fēng)電投資巨大，上網(wǎng)電價(jià)不足，使得投資開發(fā)企業(yè)積極性不高。例如一個(gè)200MW的風(fēng)電場(chǎng)，投資約40億元，后期維修運(yùn)行費(fèi)用也居高不下。海上風(fēng)電目前定義為離岸10km，水深10m的外海，需在海上立起塔架結(jié)構(gòu)，在上部安裝運(yùn)行風(fēng)機(jī)。海上風(fēng)機(jī)塔架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)具有重心高、承受水平力和彎矩較大等受力特點(diǎn)，且與海床地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況、海上風(fēng)和浪的荷載以及海流等諸多因素有關(guān)，同時(shí)海上施工條件復(fù)雜，受安裝、施工設(shè)備能力的影響很大，設(shè)備的使用和調(diào)遣費(fèi)用也非常昂貴。因此，海上風(fēng)電機(jī)組的基礎(chǔ)被認(rèn)為是造成海上風(fēng)電成本較高的主要因素之一。合理選擇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式對(duì)結(jié)構(gòu)安全、施工難以程度及工程造價(jià)具有重要影響。目前國內(nèi)海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，大多采用高樁承臺(tái)、單樁結(jié)構(gòu)（如下圖所示）。圖2單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)類似港口墩式碼頭結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)施工技術(shù)相對(duì)比較成熟；單樁結(jié)構(gòu)采用直徑5-7m鋼管樁一次性打入，施工比較快，節(jié)省工期，但對(duì)打樁船機(jī)設(shè)備要求高。但當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜，水深超過20m的區(qū)域，單樁和高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)由于整體剛度不夠，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)受水平力作用變形較大，將會(huì)破壞風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。而風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用鋼管相互連接形成的空間三邊或多邊形棱柱結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)管架下設(shè)套筒，與樁基礎(chǔ)相連接（如下圖所示），連接處采用灌漿材料采用高壓灌漿連接。由于導(dǎo)管架整體剛度強(qiáng)，受波浪力小，結(jié)構(gòu)變形小，適用于各種水深的海域，目前也開始被國內(nèi)設(shè)計(jì)單位采用。圖3導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)雖然導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性強(qiáng)，而且大部分工作可以工廠化生產(chǎn)，大大節(jié)省海上作業(yè)時(shí)間，相對(duì)可以減少基礎(chǔ)建設(shè)成本。但由于導(dǎo)管架與樁基的連接處（連接方式：有內(nèi)插式和外套式）需采用灌漿連接，風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中需要承受疲勞荷載。因此，灌漿要求保證導(dǎo)管架與鋼管樁之間要有極高的連接性能、部位受力高、抗破壞的能力強(qiáng)。目前灌漿通常是在水下狹小的縫隙進(jìn)行，對(duì)施工的連續(xù)性要求高，如果打樁以后放置太長(zhǎng)時(shí)間，樁內(nèi)就會(huì)有微生物附著，影響灌漿質(zhì)量。如何保證灌漿質(zhì)量，國內(nèi)缺少實(shí)例經(jīng)驗(yàn)借鑒，而且灌漿質(zhì)量難于檢測(cè)，這是目前鋼桁架結(jié)構(gòu)存在的不足之處，導(dǎo)致許多設(shè)計(jì)院、專家及業(yè)主目前不愿意去實(shí)施導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)。為了解決水下灌漿的不足之處，經(jīng)過不斷的論證摸索，開發(fā)了一種用于水下調(diào)平與干法灌漿連接構(gòu)件及其實(shí)施方法，該方法可解決水下桁架調(diào)平，并形成局部密封的水下干法施工條件，能避免水上桁架結(jié)構(gòu)與基樁的水下灌漿施工，便于檢測(cè)，更能保證灌漿連接的質(zhì)量。如下圖所示：圖4干法灌漿導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具體實(shí)施步驟如下：1、在工廠制作基樁（11）及附設(shè)于其上部的牛腿（15）；制造帶有支腿管（16）及環(huán)形趾板（17）的導(dǎo)管架（12）；2、利用水上打樁設(shè)備在預(yù)定水域?qū)嵤┗鶚叮?1）的沉樁施工，準(zhǔn)確測(cè)量各根基樁（11）的樁頂標(biāo)高及坐標(biāo)，并在各樁頂安裝臨時(shí)導(dǎo)向錐（19）；3、利用S2反饋數(shù)據(jù)精確制造各種高度的調(diào)節(jié)支座（14）；4、分樁位安裝調(diào)節(jié)支座（14），使其下喇叭口套扣在牛腿（15）上，并在其上喇叭口底端將止水膠囊（13）固定；5、與利用水上起重設(shè)備安裝導(dǎo)管架（12），使其各支腿管（16）套置在基樁（11）的外側(cè)，環(huán)形趾板（17）擱置于調(diào)節(jié)支座（14）的止水膠囊（13）之上，使導(dǎo)管架（12）保持水平和穩(wěn)定；6、抽干導(dǎo)管架（12）的各支腿管（16）與基樁（11）的環(huán)形空間之間的海水，在環(huán)形空間干法灌砂漿（18），使基樁（11）與導(dǎo)管架（12）固定連接；7、檢查上述已灌砂漿（18）的質(zhì)量是否合格；其中，在步驟6之后，若遇淺基巖面地質(zhì)，可通過在豎直支腿管（16）中在基樁（11）中加設(shè)嵌巖樁。該施工方法可解決導(dǎo)管架調(diào)平，避免水下灌漿施工，提高灌漿連接質(zhì)量，便于質(zhì)量檢測(cè)與補(bǔ)救，較好地解決了導(dǎo)管架與基樁的水下連接的