风电基础桩的安装方法与流程

1.本发明涉及风机基础施工技术领域，尤其涉及一种风电基础桩的安装方法。


背景技术：

2.海上风电场具有风速大、有效发电时间长、不占用陆地、距离负荷中心近等优点，具有很好的可开发前景。风电基础桩用于安装风机，主要承受风、浪、流、冰等水平荷载作用，海上环境复杂多变，风电基础桩的稳定性至关重要。
3.专利cn 103924585 b公开了一种风电基础桩的安装方法，其包括如下步骤：(1)桩位测量放样；(2)埋设护筒；(3)旋挖成孔；(4)泥浆处理；(5)清孔；(6)钢桩吊放；(7)水下混凝土浇灌；(8)填砂；(9)拔出钢护套。
4.在上述安装方法中，通过埋设护筒起到挡水和定位作用，以给钻头提供钻孔环境，护筒需要预先埋设和事后拆除，费时费力，也提高了施工成本。另外，钻机也需要额外设置安装装置(支撑平台，一般为抱桩架)，同样需要预先搭建和事后拆除，费时费力，提高了施工成本。
5.因此，现有技术至少存在如下技术问题：现有技术中的风电基础桩安装方法需要专门设置护筒和钻机安装装置，导致风电基础桩安装施工费时费力且成本高。


技术实现要素：

6.本技术实施例通过提供一种风电基础桩的安装方法，解决了现有技术中的风电基础桩安装方法需要专门设置护筒和钻机安装装置，导致风电基础桩安装施工费时费力且成本高的技术问题。
7.本技术实施例提供了一种风电基础桩的安装方法，所述方法包括如下步骤：
8.步骤s10，获取风电基础桩的桩位；
9.步骤s20，基于所述桩位，使浮吊、运输船和抱桩器就位；
10.步骤s30，固定抱桩器，并将风电基础桩放入抱桩器中；
11.步骤s40，将风电基础桩入泥定位；
12.步骤s50，将钻机的主机固定在风电基础桩上，并使钻机的钻头向下贯穿风电基础桩；
13.步骤s60，向风电基础桩内加注泥浆；
14.步骤s70，钻机分次进行钻孔并对应沉桩，直至钻至最终预定深度，且沉桩到位；
15.步骤s80，抽空风电基础桩内的泥浆和排渣，并向风电基础桩内灌注混凝土。
16.进一步的，所述步骤s20包括：
17.步骤s21：基于所述桩位，确定浮吊、运输船及运输船上的抱桩器的安放位置；
18.步骤s22：使浮吊、运输船和抱桩器就位于各自的安放位置。
19.进一步的，所述步骤s30具体包括：
20.步骤s31，固定抱桩器；
21.步骤s32，对风电基础桩进行预处理：在风电基础桩的下半部分沿风电基础桩的轴向间隔设置若干个径向通孔圈，每个径向通孔圈包括若干个沿风电基础桩的周向间隔设置的径向通孔，所述径向通孔沿风电基础桩的径向贯通；在所述风电基础桩的内表面上对称布设至少两条应变感测光缆，所述应变感测光缆用于测量桩身应力值；
22.步骤s33，将风电基础桩放入抱桩器中并定位。
23.进一步的，所述步骤s31中，所述固定抱桩器通过以下方式实现固定：使用震动锤将抱桩器上的小桩分别打入淤泥中，从而使抱桩器固定在海床上；
24.所述步骤s33中，将风电基础桩放入抱桩器中通过以下方式实现：配合使用第一浮吊和第二浮吊，以将风电基础桩放入抱桩器中，其中第一浮吊用于起吊风电基础桩，吊住风电基础桩的上端，第二浮吊充当溜尾吊，吊住风电基础桩的下端。
25.进一步的，所述步骤s40具体包括：风电基础桩由于自重会自动下沉入泥，待风电基础桩不动后，使用打桩锤将风电基础桩打入海床的预定深度。
26.进一步的，所述步骤s50中，钻机的主机通过如下方式固定在风电基础桩上：主机底座上设有用于将主机定位在风电基础桩上的若干个对称设置的液压缸，液压缸设置在风电基础桩的周围，并沿着风电基础桩的周向间隔设置，液压缸的活塞杆可沿风电基础桩的径向伸缩，当活塞杆均向中间的风电基础桩伸长至抵紧风电基础桩的外壁时，主机对中并锁紧在风电基础桩上，从而将钻机牢牢固定在风电基础桩上。
27.进一步的，所述步骤s60包括：
28.步骤s61，配置泥浆；
29.步骤s62，抽空风电基础桩，并向风电基础桩内加注泥浆至钻机工作面处，以淹没钻头。
30.进一步的，所述步骤s70具体包括：
31.s71，开启钻机，钻头开始向下钻孔，同时，一边向风电基础桩6内继续加注泥浆，一边通过抽出风电基础桩内带渣的泥浆来排渣；
32.s72，将抽出的泥浆过滤，然后重新加入风电基础桩内循环利用，且定期检查过滤后的泥浆的粘度和密度，若符合要求，直接重新加入风电基础桩内，反之，调节后再加入风电基础桩内；
33.s73：当钻头钻至对应的单次预定深度时，通过检查排渣确定是否钻至单次预定深度，若钻头没有钻至对应的单次预定深度，重复步骤s71～s73，直至钻头钻至单次预定深度；
34.s74：钻头已钻至单次预定深度，将钻头提高，松开钻机，并用浮吊将钻机从风电基础桩上移走，采用打桩锤将风电基础桩打入钻孔内且沉桩到位。
35.进一步的，所述步骤s80具体包括：
36.步骤s81，用泥浆泵抽空风电基础桩内的泥浆和排渣；
37.步骤s82，在风电基础桩内放入压浆导管，压浆导管的开口端延伸至风电基础桩的顶端，出口端延伸至风电基础桩的底端，且压浆导管上沿长度方向布设有若干个出浆口；
38.步骤s83，向风电基础桩内灌注混凝土，直至混凝土填满风电基础桩；
39.步骤s84，混凝土灌注结束后，使用清水开塞，使压浆导管畅通；
40.步骤s85，向所述压浆导管内注入水泥浆，水泥浆自出浆口流入硬化后的混凝土之
间的间隙，从而构成高强度的风电基础桩，以便于安装风机。
41.进一步的，所述步骤s83具体包括：
42.采用导管向风电基础桩内灌注混凝土，导管底口距孔底30～50cm，经导管向风电基础桩内灌注混凝土，当导管底端在混凝土内的埋深达到5～10m时，向上提拔导管至埋深不低于1m，然后继续经导管浇灌混凝土；
43.当浇筑的混凝土与风电基础桩桩顶的距离为5m时，一边浇筑一边振捣，且每次浇筑高度不超过1.5m；
44.灌注结束后，用振捣棒振捣10min左右，以防止气泡产生。
45.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
46.通过将钻机固定在风电基础桩上，无需额外设置抱桩架，另外，钻头向下穿入风电基础桩内，并沿轴向穿过风电基础桩，风电基础桩充当了钻头的护筒，无需另外再设置护筒，从而减少了施工程序，提高了工作效率，有效解决了现有技术中的风电基础桩安装方法需要专门设置护筒和钻机安装装置，导致风电基础桩安装施工费时费力且成本高的技术问题，减少了施工环节、降低了施工成本、极大地降低了安全风险，能够适应岩层海底的风电嵌岩桩的施工。
附图说明
47.图1是本技术一实施例提供的一种风电基础桩的安装方法的流程示意图；
48.图2是本技术一实施例提供的一种风电基础桩的安装方法使用的运输船部分结构的主视图；
49.图3是本技术一实施例提供的一种风电基础桩的安装方法使用的运输船部分结构的俯视图；
50.图4是本技术一实施例提供的基于所述桩位，使浮吊、运输船和抱桩器就位的流程示意图；
51.图5是本技术一实施例提供的固定抱桩器，并将风电基础桩放入抱桩器中并定位的流程示意图；
52.图6是本技术一实施例提供的钻机与风电基础桩配合的结构示意图；
53.图7是本技术一实施例提供的向风电基础桩内加注泥浆的流程示意图。
具体实施方式
54.本技术实施例通过提供一种风电基础桩的安装方法，解决了现有技术中的风电基础桩安装方法需要专门设置护筒和钻机安装装置，导致风电基础桩安装施工费时费力且成本高的技术问题。
55.为了解决上述技术问题，本技术提供的技术方案总体思路如下：通过将钻机固定在风电基础桩上，无需额外设置抱桩架，另外，钻头向下穿入风电基础桩内，并沿轴向穿过风电基础桩，风电基础桩充当了钻头的护筒，无需另外再设置护筒，从而减少了施工程序，提高了工作效率，有效解决了现有技术中的风电基础桩安装方法需要专门设置护筒和钻机安装装置，导致风电基础桩安装施工费时费力且成本高的技术问题，减少了施工环节、降低了施工成本、极大地降低了安全风险，能够适应岩层海底的风电嵌岩桩的施工。
56.下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
57.图1是本技术一实施例中一种风电基础桩的安装方法，如图1所示，所述安装方法包括如下步骤：
58.步骤s10：获取风电基础桩6的桩位。
59.具体的，所述风电基础桩6的桩位指的是所述风电基础桩6在海上风电场的安装位置，本技术实施例是通过打桩定位系统来获取风电基础桩6的桩位的，其中，所述打桩定位系统利用gps高精度定位，能精准找到所述风电基础桩6预先设计的桩位，但打桩定位系统属于现有技术，且并不属于本技术实施方式要求保护的范围，在此不再赘述。
60.步骤s20：基于所述桩位，使浮吊、运输船2和抱桩器1就位。
61.如图4所示，所述步骤s20具体包括：
62.步骤s21：基于所述桩位，确定浮吊、运输船2及运输船2上的抱桩器1的安放位置；
63.步骤s22：使浮吊、运输船2和抱桩器1就位于各自的安放位置。
64.具体的，风电基础桩6是钢管桩，沿轴向贯通。浮吊，又称起重船，用于起吊风电基础桩6。运输船2用于将风电基础桩6自码头运输至桩位处。抱桩器1设置在运输船2的船头上，抱桩器1包括抱臂和控制抱臂抱紧的液压系统，浮吊将风电基础桩6吊入抱桩器1的指定位置，控制液压系统收紧抱臂从而使风电基础桩定位进行安装作业。浮吊、运输船2和抱桩器1就位指的是浮吊和运输船2分别位于桩位的周围，且抱桩器1位于桩位上方并对准桩位。
65.另外，施工船舶(浮吊、运输船2)应选择在合适的气候环境下进行施工作业，浮吊应配备海上作业经验丰富的操作人员进行操作。
66.步骤s30：固定抱桩器1，并将风电基础桩6放入抱桩器1中定位；
67.如图5所示，所述步骤s30具体包括如下步骤：
68.步骤s31：固定抱桩器1；
69.具体的，如图2、3所示，所述的抱桩器1四角分别设有一个固定用小桩3，使用运输船2上的震动锤将抱桩器1上的4个小桩3分别打入淤泥中，从而使抱桩器1固定在海床上。
70.步骤s32：对风电基础桩6进行预处理；
71.具体如下：在风电基础桩6的下半部分沿风电基础桩6的轴向间隔设置若干个径向通孔圈，每个所述径向通孔圈包括若干个沿风电基础桩6的周向间隔设置并围成一圈的径向通孔，所述径向通孔沿风电基础桩6的径向贯通；在所述风电基础桩6的内表面上对称布设至少两条应变感测光缆，所述应变感测光缆用于测量桩身应力值。
72.所述应变感测光缆(nzs-dss-c07)粘贴固定在风电基础桩6的内表面上，将每条所述应变感测光缆(nzs-dss-c07)的第一端预留在风电基础桩6外，将所述应变感测光缆(nzs-dss-c07)的第二端沿风电基础桩6的轴向穿入风电基础桩6的底端，且在转向后再沿风电基础桩6的轴向穿出风电基础桩6的顶口，并和第二端并拢；所述应变感测光缆(nzs-dss-c07)用于连接外置控制器，所述应变感测光缆采集应变值，并输送给所述控制器，所述控制器根据该应变值获取桩身应力值，且根据应变值获取桩身应力值的计算方法属于现有技术，也不属于本技术实施例要保护的范围，在此不在赘述。最后，在所述第一端和所述第二端外设置槽钢外壳保护，以防止在打桩过程中可能产生的振动脱离和土层岩石破坏。
73.步骤s33：将风电基础桩6放入抱桩器1中定位。
74.具体的，配合使用2000t浮吊和500t浮吊，以将风电基础桩6放入抱桩器1中，其中，2000t浮吊用于起吊风电基础桩6，吊住风电基础桩6的上端，500t浮吊充当溜尾吊，吊住风电基础桩6的下端，以避免风电基础桩6的下端与船体磨擦，造成损坏。2000t浮吊和500t浮吊将风电基础桩6拉直并放入抱桩器1中，收紧抱臂从而使风电基础桩定位。
75.步骤s40：将风电基础桩6入泥定位。
76.具体的，控制抱桩器1，风电基础桩6由于自重会自动下沉入泥，待其不动后，使用打桩锤将风电基础桩6打入海床的预定深度。
77.步骤s50：将钻机固定在风电基础桩6上，并使钻机的钻头7向下贯穿风电基础桩6。
78.具体的，如图6所示，钻机包括主机4和钻头7，使用浮吊将钻机吊上风电基础桩6的桩顶，其中，主机4固定在风电基础桩6的桩顶上，钻头7向下穿入风电基础桩6内，并沿轴向穿过风电基础桩6。主机4底座上设有用于将主机4定位在风电基础桩6上的若干个对称设置的液压缸5，液压缸5设置在风电基础桩6的周围，并沿着风电基础桩6的周向间隔设置，液压缸5的活塞杆可沿风电基础桩6的径向伸缩，当活塞杆均向中间的风电基础桩6伸长至抵紧风电基础桩6的外壁时，主机4对中并锁紧在风电基础桩6上，从而将钻机牢牢固定在风电基础桩6上。
79.由于本技术实施方式通过将钻机固定在风电基础桩6上，无需额外设置抱桩架，减少了施工程序，提高了工作效率。另外，钻头7向下穿入风电基础桩6内，并沿轴向穿过风电基础桩6，风电基础桩6充当了钻头的护筒，无需另外再设置护筒，减少了施工程序，提高了工作效率。
80.步骤s60：向风电基础桩6内加注泥浆；
81.如图7所示，所述步骤s60具体包括：
82.步骤s61：配置泥浆；
83.具体的，在钢箱内按照膨润土品牌指导的比例加入膨润土和水，并利用空压机压缩空气搅拌成泥浆。
84.步骤s62：抽空风电基础桩6，并向风电基础桩6内加注泥浆。
85.利用泥浆泵抽空风电基础桩6内的海水，然后将泥浆注入风电基础桩6内至钻机工作面处，以淹没钻头7。具体的，泥浆具有一定的粘性，一方面，泥浆具有润滑、冷却和保护钻头7的作用；第二方面，泥浆会裹携钻出的碎石、砂石等被泥浆泵抽出风电基础桩6；第三方面，泥浆会填充进钻出的孔内壁的缝隙内，粘合孔内壁中的砂石，起到护壁作用，从而防止孔壁塌陷。
86.步骤s70：钻机分次进行钻孔和沉桩，直至钻至最终预定深度且沉桩到位。
87.所述步骤s70具体包括：
88.s71：开启钻机，钻头7开始向下钻孔，同时，一边向风电基础桩6内继续加注泥浆，一边通过抽出风电基础桩6内带渣的泥浆来排渣；
89.具体的，定期检查排渣排量并对排渣进行取样检查，一旦出现异常，立即停机提钻(即钻机停机，并采用浮吊将钻机从风电基础桩6上移走)，以防塌孔埋钻。排渣排量和排渣正常情况要结合桩位的岩芯资料(施工前由地质科研单位提供)来判断，例如，桩下钻进强风化岩层时要特别注意钻渣取样和排量等情况，从桩位的岩芯资料分析，强风化灰岩为浅
灰色，岩体破碎，以砂砾状为主，岩块手掰易碎，如果排渣取样与此相差较大，断定为异常。另外，是通过泥浆泵抽出风电基础桩6内带渣的泥浆。
90.需要说明的是，尽可能以ф5.8m刀具进行桩内钻孔至设计深度，最大程度切削掉强度较大的岩层，如果出现卡钻、跳钻等情况，先换成直径最小(ф4.4m)刀具进行试探性钻进，并逐级增加刀具直径试钻，直至能顺利钻出桩底。
91.s72：将抽出的泥浆过滤，然后重新加入风电基础桩6内循环利用，且定期检查过滤后的泥浆的粘度和密度，若符合要求，直接重新加入风电基础桩6内，反之，调节后再加入风电基础桩6内；
92.具体的，抽出的泥浆过滤排渣后重复利用，能降低施工成本。定期化验过滤后的泥浆，检查其粘度和密度是否符合要求，以确保泥浆有效，如果泥浆的粘度和密度和预定有偏差，例如粘度或密度偏低，则加入膨润土调节。
93.加强钻机钻孔成孔过程用泥浆的粘度和密度要求：一般地层相对密度在1.06-1.21，粘度在16-20s；易塌地层相对密度在1.21-1.46，粘度在19-30s；岩层相对密度在1.11-1.16，粘度在21-36s；含沙率为《8.1％，胶体率≥97％。
94.冲击钻机钻孔成孔过程用泥浆的粘度和密度要求：一般地层相对密度在1.11-1.21，粘度在18.2s；易塌地层相对密度在1.21-1.42，粘度在23-31s；岩层相对密度在1.11-1.21，粘度在26-36s；含沙率《4.1％，胶体率≥96％。
95.s73：当钻头7钻至对应的单次预定深度时，通过检查排渣确定是否钻至单次预定深度，若钻头7没有钻至对应的单次预定深度，重复步骤s71～s73，直至钻头钻至单次预定深度。
96.s74：钻头已钻至单次预定深度，将钻头提高，松开钻机，并用浮吊将钻机从风电基础桩6上移走，采用打桩锤将风电基础桩6打入钻孔内且沉桩到位。
97.具体的，在施工前，会根据具体地质情况，规划分次钻孔的次数和单次预定深度(每次可一样或不一样)。为防止吊装过程中嵌岩钻机与风电基础桩6发生碰撞，钻孔过程应进行全程视频记录。另外，沉桩时应重锤轻击，加强桩身应力监测，防止桩底卷边、变形。
98.此外，所述风电基础桩6的底段是在外表面进行焊接的，焊接形成的接头位于所述风电基础桩6底段的外表面上，从而在沉桩时起到破土作用，可在同等锤击能量和贯入度标准下有效增加桩尖入土深度，尽量达到防卷边的作用。
99.嵌岩成孔后要尽量加快钻机撤离，缩短复打和混凝土灌注时间，以免风电基础桩6底口的强风化层浸泡时间过长产生失稳造成坍塌。
100.沉桩到位指的是将风电基础桩6打入孔底至不能再下沉。
101.步骤s80：抽空风电基础桩6内的泥浆和排渣，并向风电基础桩6内灌注混凝土。
102.所述步骤s80具体包括：
103.步骤s81：用泥浆泵抽空风电基础桩6内的泥浆和排渣；
104.步骤s82：在风电基础桩6内放入压浆导管，压浆导管的开口端延伸至风电基础桩的顶端，且设有单向注浆阀，出口端延伸至风电基础桩的底端，且压浆导管上沿长度方向布设有若干个出浆口；
105.步骤s83：向风电基础桩内灌注混凝土，直至混凝土填满风电基础桩6；
106.具体的，为防止灌注时混凝土产生气泡，采用密封性能良好的导管进行浇灌，不易
出现漏水现象，导管内径为250mm，导管由导管单元密封拼接连成，导管单元由厚度为5mm钢板卷制而成，导管总长度应根据混凝土灌注前实际孔深确定。
107.向风电基础桩内灌注混凝土具体如下：
108.导管底口距孔底30～50cm，经导管向风电基础桩内灌注混凝土，当导管底端在混凝土内的埋深达到5m时，向上提拔导管至埋深不低于1m，然后继续经导管浇灌混凝土；当浇筑的混凝土与风电基础桩桩顶的距离为5m时，一边浇筑一边振捣，且每次浇筑高度不超过1.5m；确认风电基础桩桩顶的混凝土质量满足要求后，提拔最后一节导管；灌注结束后，用振捣棒振捣10min左右，以防止气泡产生。
109.步骤s84：混凝土灌注结束后12h～24h小时内，使用清水开塞，使压浆导管畅通，且开塞的水压不超过8mpa；
110.步骤s85：向所述压浆导管内注入水泥浆，且注浆压力宜为1～4mpa，注浆流量为30～75l/min，水泥浆自出浆口流入硬化后的混凝土之间的间隙，且自风电基础桩6的径向通孔流入风电基础桩6与桩周海床之间的间隙，从而构成高强度的风电基础桩6，以便于安装风机。
111.具体的，混凝土与风电基础桩6形成一体，水泥浆通过高压注浆泵压入混凝土内的间隙、风电基础桩6与桩周海床之间的间隙，进一步提高了风电基础桩6的自身强度和安装强度，从而提高风电基础桩6的承载力。另外，采用p.o42.5级普通硅酸盐水泥，水胶比为0.5～0.6，搅拌时间不少于2min，浆液用筛孔尺寸为3mm
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3mm的滤网进行过滤，确保浆液具有良好的流动性，不离析，不沉淀；浆液采用纯水泥浆，防止杂物堵塞压浆导管。
112.应当理解的是，在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
113.以上所述，仅为本技术的较佳实施例，并非对本技术任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本技术方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本技术的等效实施例；同时，凡依据本技术的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本技术的技术方案的范围内。