一种非嵌岩后桩法斜桩导管架施工方法及系统与流程

本申请属于导管架施工技术领域，具体涉及一种非嵌岩后桩法斜桩导管架施工方法及系统。

背景技术：

导管架基础作为一种重量轻、海床地质条件适应性好、稳定性好，整体刚度大、受到波浪和水流等环境载荷的作用比较小等优点，已被广泛用于海上风电风机基础、海上升压站基础和海上采油平台基础。作为海上风电场的电能汇集中心，海上升压站是其中输变电的关键设施，同时是整个海上风电场成败的关键。alphaventus(德国)、belwinddemo(比利时)、thorntonbank(比利时)、walney(英国)以及ormonde(英国)等国外海上升压站结构型式大多采用导管架结构形式，导管架和钢管桩之间通过灌浆连接。江苏鲁能东台、江苏大唐滨海、江苏三峡大丰、浙江普陀6#风电场等大量近海风电项目中，海上升压站基础结构大都采用后桩法斜桩导管架基础形式。

海洋工程和海上风电工程中导管架按照安装与打桩施工的先后顺序划分，有两种结构形式：先打桩导管架和后打桩导管架。对于后桩法导管架施工而言，在现有施工工艺中常见的问题有：导管架安装施工过程中存在导管架初步调平难度大、钢管桩起吊插桩过程中封隔器易损坏、导管架精准调平和固定不到位、导管架灌浆前因导管架底部海床面附近淤泥被冲刷严重而引起导管架整体下沉等技术问题，这些问题严重影响了后续灌浆施工和导管架基础施工质量。

申请内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种一种非嵌岩后桩法斜桩导管架施工方法及系统，其施工精度高，节省海上作业时间，为确保导管架安装施工质量提供有力保障。

为解决上述技术问题，本申请具有如下构成：

本申请提出了一种非嵌岩后桩法斜桩导管架施工方法，包括如下步骤：

s1，导管架测量定位和扫海整平；

s2，导管架安装船近点驻位；

s3，导管架起吊安装；

s4，钢管桩起吊安装及插桩作业；

s5，导管架初步调平；

s6，在导管架底部铺设防冲刷护底；

s7，钢管桩沉桩；

s8，导管架精准调平和固定；

s9，在导管架和钢管桩形成的环缝中灌浆；

s10，固定导管架和钢管桩。

进一步地，在步骤s4中，采用对角插桩方式依次完成插桩作业。

进一步地，在所述导管架的高端先插入钢管桩，低端后插入钢管桩。

进一步地，当钢管桩的桩底标高自沉至导向块、封隔器的设计标高时，使钢管桩依靠自重缓慢通过导管架底部导向块和封隔器之间的区域。

进一步地，当钢管桩底标高自沉至导向块、封隔器的设计标高时，钢管桩无法依靠自重继续通过导管架底部导向块和封隔器之间的区域，吊起钢管桩至一定高度，调整位置重新进行自重下沉。

进一步地，在步骤s5中，待钢管桩自沉稳定结束后，对导管架的水平度进行测量，通过吊机对导管架的水平度进行调整，初步调平后，通过导管架顶部与钢管桩之间采用“7字板”焊接的方式对导管架与钢管桩之间进行临时固定；其中预留一导管架顶部与钢管桩之间先不固定以供调平作业。

进一步地，在步骤s8中，不断测量导管架的位置和水平度，导管架沉放到位后，按对角交错顺序对导管架进行调平作业，边打边调，直至钢管桩沉至设计标高；在钢管桩达到设计标高并且完成导管架整体精确调平之后，通过在导管架顶部与钢管桩之间采用“7字板”焊接的方式对导管架与钢管桩之间进行临时固定。

进一步地，在步骤s10中，解除导管架顶部与钢管桩之间的“7字板”临时固结，然后在导管架顶部与钢管桩之间采用环板永久焊接。

本申请还提出了一种非嵌岩后桩法斜桩导管架施工系统，包括：导管架、钢管桩、导向块以及封隔器，

所述钢管桩沉入所述导管架设置且其环缝内灌有浆料，所述封隔器设置在所述导管架的底部内侧，所述导向块设置在所述封隔器之上的所述导管架的内壁上；

其中，所述导管架顶部与所述钢管桩之间通过“7字板”临时固定；解除临时固定后，所述导管架顶部与所述钢管桩之间采用环板永久焊接。

进一步地，所述“7字板”沿钢管桩圆周方向均匀布置，且所述“7字板”和所述钢管桩、所述导管架之间均为满焊连接。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

(1)本申请针对斜桩导管架施工过程中导管架初步调平难度大的问题，提出了通过求偏差值，核准导管架移动方位和距离，并通过多人复测再次移动导管架的方法，有效的解决了该问题；

(2)本申请针对钢管桩起吊插桩过程中损坏封隔器的问题，提出了“先提桩—调整位置—再插桩”的解决思路，降低了在插桩过程中损坏封隔器的风险；

(3)本申请针对导管架安装中容易出现的导管架下沉的问题，提出在打桩过程中，通过在导管架顶部采用“7字板”对钢管桩和导管架顶部进行焊接的方式临时固定，交替打桩时对打桩的桩位解除导管架和钢管桩之间的临时固结，靠其他桩位的临时固结承担导管架自重的方式防止导管架下沉的方法；

(4)本申请针对打桩、精确调平完成之后，为防止灌浆过程导管架下沉的问题，提出在导管架顶部通过采用“7字板”对导管架顶部和钢管桩之间进行固定之后再进行灌浆施工；

(5)本申请适用于非嵌岩后桩法斜桩导管架施工，通用性强，特别适用海上升压站斜桩导管架基础施工，其可以有效的提高施工功效，减小施工风险，确保施工质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请非嵌岩后桩法斜桩导管架施工系统示意图一；

图2：本申请非嵌岩后桩法斜桩导管架施工系统示意图二；

图3：如图1所示结构的局部放大图；

图4：如图3所示结构的局部放大图；

图5：本申请非嵌岩后桩法斜桩导管架施工方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

如图1至图4所示，本实施例非嵌岩后桩法斜桩导管架施工系统，包括：导管架10、钢管桩20、导向块(在图中未显示)以及封隔器30，所述钢管桩20沉入所述导管架10设置且其环缝内灌有浆料，其中，灌浆区域如图2所示的灌浆区域m，所述封隔器30设置在所述导管架10的底部内侧，所述导向块设置在所述封隔器30之上的所述导管架10的内壁上。

在本实施例中，以设置四根钢管桩20为例进行具体说明，其中，钢管桩20的设置数量并不对本申请的保护范围造成限定。

在本实施例中，所述导向块优选设置在所述导管架10靠近其底部和顶部的内壁上；所述导向块用于对所述钢管桩20的倾斜安装起到导向作用，当导向块设置在导管架10靠近底部的内壁上且其设置在封隔器30的上方时，所述导向块还起到对所述封隔器30保护的作用，有效地防止了所述钢管桩20在插桩和打桩过程中对所述封隔器30造成的损伤等。

其中，所述导管架10顶部与所述钢管桩20之间通过”7字板”40临时固定；解除临时固定后，所述导管架10顶部与所述钢管桩20之间采用环板永久焊接。

本实施例中的临时固定方式有效解决了导管架10安装中以及灌浆过程中容易出现的导管架10下沉问题；通过在导管架10顶部采用”7字板”40对钢管桩20和导管架10顶部进行焊接的方式临时固定，交替打桩时对打桩的桩位解除导管架10和钢管桩20之间的临时固结，靠其它桩位的临时固结承担导管架10自重的方式防止导管架10下沉。

其中，所述”7字板”40沿钢管桩20圆周方向均匀布置，且所述”7字板”40和所述钢管桩20、所述导管架10之间为满焊连接。

所述”7字板”40的设置数量可以根据实际情况进行选择，其具体设置数量并不对本申请的保护范围造成限定。

如图5所示，本实施例非嵌岩后桩法斜桩导管架10施工方法，包括如下步骤：

步骤一，导管架10测量定位和扫海整平；

导管架10的平面位置及高程是控制导管架10测量定位的关键，在导管架10安装前，进行导管架10区域的扫海测量并进行机床整平，确认泥面标高及相对的高差是否符合设计要求，验证合格后，下放吊机主钩，测量人员测量后进行导管架10的定位安装。

所述导管架10的测量定位需要在导管架10上测量出导管架10的纵横轴线的中心点，并选出纵、横一面作为导管架10测量控制点，提前做好中心标识。

其中，当吊机主钩在降至泥面500mm时，吊机进行刹车至静止状态，测量人员进行测量。

测量人员应对导管架10上固定位置进行准确测量定位并对此进行计算，求出偏差值，核准导管架10的移动方位和距离，再次移动导管架10。

为进一步保证测量数据的准确性，当一测量人员测量后，由另外两名测量人员分别进行复合测量。

本实施例通过上述求偏差值，核准导管架10移动方位和距离，并通过多人复测再次移动导管架10的方法，有效的解决了斜桩导管架施工过程中导管架初步调平难度大的问题。

步骤二，导管架10安装船近点驻位；

具体施工作业时，应选择实测风速6级以下，波高小于1m的天气，船舶进点驻位，做好准备工作。

步骤三，导管架10起吊安装；

船舶近点完成后，挂好钢丝绳，并绑好缆风绳。缓慢吊起导管架10，起吊距离运输船夹板一定高度后，运输船移开，保持起重船原有的吊装状态，在起重船锚缆的作用下，将起重船移动至导管架10设计中心进行定位，定位完成后将导管架10下放至海床面，缓慢松钢丝绳。

其中，在本实施例中，缆风绳优选布置两根，其分别布置在导管架10两侧。其中，缆风绳一端固定在导管架10上，其另一端固定在起重船上的卷扬机上。

在本实施例中，吊起导管架10的高度约1m，具体高度可以根据实际情况稍作调整。

在该步骤中，待导管架10下沉稳定后，对导管架10标高、中心线等进行测量。若不符合设计要求，需重新定位、下放，直至满足设计要求。

步骤四，钢管桩20起吊安装及插桩作业；

钢管桩20起吊时确保吊钩和钢丝绳轻放至钢管桩20的吊耳上，避免对桩身防腐涂层产生冲击和磨损。起吊后，通过主辅吊钩的配合，使钢管桩20由水平状态缓慢翻身至设计的倾斜角度，下放钢管桩20，进行插桩施工作业。

具体施工作业时，吊桩离开驳船的瞬间要平稳，不能拖桩。

当钢管桩20翻身完成后，臂架旋转至导管架10方位，起重船通过锚缆作用调整角度，主辅吊钩同步起升，使得钢管桩20至一定高度顺利进入导管架10顶部桩口。

当钢管桩20下放至翻身吊耳接近导管架10顶部桩口时，卸辅助翻身吊索，割除翻身吊耳，钢管桩20自沉稳定后，摘除钢丝绳，采用对角插桩方式依次完成其余三个钢管桩20插桩作业。其中，在本实施例中，所述钢管桩20优选为四根。

其中，在所述导管架10的高端先插入钢管桩20，低端后插入钢管桩20，即，插桩顺序以高端先插、最低端后插原则。

作为进一步地改进，当钢管桩20的桩底标高自沉至导向块、封隔器30的设计标高时，应减小沉桩速度，使钢管桩20依靠自重缓慢通过导管架10底部导向块和封隔器30之间的区域。

当钢管桩20底标高自沉至导向块、封隔器30的设计标高时，钢管桩20无法依靠自重继续通过导管架10底部导向块和封隔器30之间的区域，吊起钢管桩20至一定高度，调整位置重新进行自重下沉。

本实施例通过采用“先提桩—调整位置—再插桩”的施工方法，降低了在插桩过程中损坏封隔器30的风险。

步骤五，导管架10初步调平；

待钢管桩20自沉稳定结束后，对导管架10的水平度进行测量，通过吊机将导管架10水平度进行调整至设计要求范围内，初步调平后，通过导管架10顶部与钢管桩20之间采用”7字板”40焊接的方式对导管架10与钢管桩20之间进行临时固定。

其中预留一导管架10顶部与钢管桩20先不固定以供调平作业，即，临时固定其中三根钢管桩20与其对应设置的导管架10，余下的一根钢管桩20与其对应设置的导管架10之间则先不固定。

作为进一步地改进，所述的临时固定是通过7字板将导管架10和钢管桩20进行临时焊接固定。

其中，所述”7字板”40沿钢管桩20圆周方向均匀布置，且所述”7字板”40和所述钢管桩20、所述导管架10之间为满焊连接。

优选地，所述”7字板”40的设置数量需要根据验算得到。

本实施例通过在导管架10顶部采用“7字板”对钢管桩20和导管架10顶部进行焊接的方式临时固定，交替打桩时对打桩的桩位解除导管架10和钢管桩20之间的临时固结，靠其他桩位的临时固结承担导管架10自重的方式防止导管架10下沉。

步骤六，在导管架10底部铺设防冲刷护底；

在完成导管架10初调平后，导管架10位置基本固定，通过潜水施工对导管架10底口的海床面铺设沙被护底，防止导管架10底部被冲刷。

需要注意的是，在锤击沉桩时，潮流过急、涌浪过大时暂停沉桩，密切注意起重船锚缆位置、桩与平台及液压锤的工作情况。施工过程中如出现贯入度反常、桩身突然下降等现象，应立即停止锤击，及时查明原因，采取有效措施。

步骤七，钢管桩20沉桩；

起吊液压锤套入桩顶后，吊机吊重应缓慢减小，压桩结束后，以最小的能量启动液压锤开始沉桩，沉桩过程中对导管架10进行测量调平。

所述的调平应在沉桩过程中反复进行测量，直至达到设计标高。

沉桩结束后复测导管架10的水平度，如没有达到设计要求继续进行微调，直至导管架10达到设计要求后进行满焊固定。

步骤八，导管架10精准调平和固定；

在打桩过程中，不断测量导管架10的位置和水平度，导管架10沉放到位后，按对角交错顺序对导管架10进行调平作业，边打边调，直至钢管桩20沉至设计标高。

其中，调平作业是在插桩、压桩、沉桩的到位后，将四根钢管桩20其中的三根钢管桩20与导管架10临时固定，对导管架10的一个角先进行调平。

在钢管桩20达到设计标高并且完成导管架10整体精确调平之后，通过在导管架10顶部与钢管桩20之间采用”7字板”40焊接的方式对导管架10与钢管桩20之间进行临时固定。

其中，所述”7字板”40沿钢管桩20圆周方向均匀布置，且所述”7字板”40和所述钢管桩20、所述导管架10之间为满焊连接。

优选地，所述”7字板”40的设置数量需要根据验算得到。

在该步骤中，本实施例亦通过在导管架10顶部采用“7字板”对钢管桩20和导管架10顶部进行焊接的方式临时固定，交替打桩时对打桩的桩位解除导管架10和钢管桩20之间的临时固结，靠其他桩位的临时固结承担导管架10自重的方式防止导管架10下沉。

步骤九，在导管架10和钢管桩20形成的环缝中灌浆，如图2所示的灌浆区域m；

导管架10灌浆连接采用泵送压浆的方式将灌浆料灌注到导管架10和钢管桩20形成的环缝之间。

其中，灌浆过程中导管架10和钢管桩20之间不能有任何的位移产生。

步骤十，固定导管架10和钢管桩20。

完成灌浆之后等灌浆材料硬化并达到设计强度后，解除导管架10顶部与钢管桩20之间的”7字板”40临时固结，然后在导管架10顶部与钢管桩20之间采用环板永久焊接，对焊接部位补漆后完成导管架10施工。

本申请解决了现有非嵌岩后桩法斜桩导管架10施工过程中存在导管架10初调平困难、钢管桩20起吊插桩过程中易损坏封隔器30、打桩和灌浆过程导管架10易下沉、导管架10精准调平和灌浆前导管架10固定不到位等技术问题。本申请具有施工精度高，安全系数高，设备要求低，节省海上作业时间和施工成本以及导管架10安装施工质量好等特点，为确保海上导管架10安装施工质量提供有力保障。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。