本發(fā)明涉及一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法及專用導(dǎo)向架。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)內(nèi)海上風(fēng)力發(fā)電，尤其是大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)和深水海上風(fēng)場(chǎng)的快速發(fā)展，不同海域的地質(zhì)條件差異巨大，海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)必須能夠適應(yīng)多種復(fù)雜地質(zhì)，因此，對(duì)于復(fù)雜的海洋地質(zhì)條件，要將大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其支撐結(jié)構(gòu)固定在海床上尤為重要。

單樁基礎(chǔ)導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)受力明顯，可在船舷處通過(guò)臨時(shí)改造放置導(dǎo)向架，但群樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)較為分散，無(wú)法通過(guò)直接在船舷處放置導(dǎo)向架來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因而，針對(duì)上述要求需要我們?cè)O(shè)計(jì)一種施工方便，以及能夠保證鋼樁位置、垂直度、高程及高差準(zhǔn)確、鋼樁結(jié)構(gòu)受力均勻性及科學(xué)性的施工方法，以及設(shè)計(jì)一種該方法中使用的專用導(dǎo)向架。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法以及該方法中需用到的專用導(dǎo)向架。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法，其特征在于：包括以下步驟：

一、施工準(zhǔn)備：各種材料及設(shè)備準(zhǔn)備到位，并制作好導(dǎo)向架，

二、絞錨gps精確定位：使導(dǎo)向架打樁位置與設(shè)計(jì)位置基本重合，

三、臨時(shí)樁插打：通過(guò)導(dǎo)向架的臨時(shí)樁導(dǎo)向管打入臨時(shí)樁，然后將導(dǎo)向架通過(guò)懸掛系統(tǒng)固定懸掛于臨時(shí)樁上，以便形成固定平臺(tái)，

四、鋼管樁起吊翻轉(zhuǎn)、插樁：吊具將鋼管樁起吊按照要求插入導(dǎo)向架的套管內(nèi)，

五、第一次沉樁：用液壓錘依次將四根鋼管樁插打至樁頂距導(dǎo)向架上平面一定高度，

六、第二次沉樁：采用送樁器輔助沉樁至水下設(shè)計(jì)標(biāo)高，

七、沉樁測(cè)量控制：保證鋼管樁之間相對(duì)距離偏差、高程、高差、垂直度符合工藝要求，

八、拆除平臺(tái)及臨時(shí)樁。

所述導(dǎo)向架上設(shè)有氣泡帷幕。

步驟三的具體過(guò)程在于：

1，吊船精確定位，吊裝導(dǎo)向架入水并擱于海床，

2，吊機(jī)從運(yùn)輸船上直接單點(diǎn)起吊臨時(shí)樁，將四根臨時(shí)樁依次豎直插入導(dǎo)向架的套管內(nèi)，臨時(shí)樁通過(guò)自重入泥支撐，

3，吊機(jī)從甲板起吊打樁錘，通過(guò)液壓夾持器固定安裝于臨時(shí)樁頂部

4，啟動(dòng)打樁錘，觀測(cè)控制打樁能量及貫入度，完成沉樁，

5，依次完成四根臨時(shí)樁插打，臨時(shí)樁標(biāo)高控制在預(yù)定高度，

6，吊機(jī)整體提升導(dǎo)向架，

7，利用懸掛系統(tǒng)將導(dǎo)向架掛在臨時(shí)樁上，

8，通過(guò)固定于海中測(cè)量平臺(tái)監(jiān)控，調(diào)平導(dǎo)向架水平，形成打樁固定平臺(tái)。

海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工專用導(dǎo)向架，其特征在于：包括上導(dǎo)向架及下導(dǎo)向架，所述上導(dǎo)向架包括四個(gè)兩兩對(duì)稱排布的鋼樁上導(dǎo)管，且每?jī)蓚€(gè)鋼樁上導(dǎo)管間設(shè)有臨時(shí)樁上導(dǎo)管，所述鋼樁上導(dǎo)管與臨時(shí)樁上導(dǎo)管間通過(guò)上鋼梁連接；所述下導(dǎo)向架包括四個(gè)兩兩對(duì)稱排布的鋼樁下導(dǎo)管，且每?jī)蓚€(gè)鋼樁下導(dǎo)管間設(shè)有臨時(shí)樁下導(dǎo)管，所述鋼樁下導(dǎo)管與臨時(shí)樁下導(dǎo)管間通過(guò)下鋼梁連接，所述上導(dǎo)向架與下導(dǎo)向架之間通過(guò)螺栓連接為一個(gè)整體,且臨時(shí)樁上導(dǎo)管與相應(yīng)的臨時(shí)樁下導(dǎo)管同軸，所述每一鋼樁上導(dǎo)管的頂端部設(shè)有若干能夠校正鋼樁垂直度的導(dǎo)向輪組，所述鋼樁下導(dǎo)管低端焊有防沉板，所述臨時(shí)樁頂部設(shè)有可以提升導(dǎo)向架的懸掛裝置。

所述導(dǎo)向輪組包括固定于上導(dǎo)向架上的油壓缸，該油壓缸的活塞桿端部連接有滑塊，該滑塊上設(shè)有轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸上設(shè)有滾輪。

所述導(dǎo)管內(nèi)設(shè)有限位塊。

所述鋼樁上導(dǎo)管的頂端部環(huán)形均布有四組導(dǎo)向輪組。

所述鋼樁上導(dǎo)管與臨時(shí)樁上導(dǎo)管間還設(shè)有用于加強(qiáng)連接的上斜鋼梁；所述鋼樁下導(dǎo)管與臨時(shí)樁下導(dǎo)管間還設(shè)有用于加強(qiáng)連接的下斜鋼梁。

所述防沉板上設(shè)有若干通孔。

所述臨時(shí)樁頂部設(shè)有可以提升導(dǎo)向架的懸掛裝置。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)本施工方法打入的鋼管樁，不僅施工方便，而且鋼管樁位置、垂直度、高程及高差準(zhǔn)確，且能保證其鋼管樁結(jié)構(gòu)受力的均勻性及科學(xué)性。

本發(fā)明的導(dǎo)向架底焊有防沉板，導(dǎo)向架通過(guò)防沉板擱于海床，如果海床稍有凹凸，因防沉板面積大，因而整體也可保持平整，避免了對(duì)船機(jī)的改造以用于安裝專用導(dǎo)向架。但是由于防沉板陷入海床的淤泥中，增加了提升的困難，因而本導(dǎo)向架采用可拆的上、下兩層結(jié)構(gòu)，在打樁完成后可以選擇將連接上導(dǎo)向架及下導(dǎo)向架的螺栓拆卸掉，將上下兩層導(dǎo)向架分層吊起，也可以選擇上下兩層導(dǎo)向架一同吊起。防沉板上設(shè)有若干通孔，能夠減小淤泥對(duì)防沉板吸附作用。

本發(fā)明可以坐底成為臨時(shí)固定式平臺(tái)，也可以懸掛在臨時(shí)樁上成為臨時(shí)浮式平臺(tái)，具有定位快，精度高等特點(diǎn)，并具有快速施工的作用，極大提高了我國(guó)海上風(fēng)電施工技術(shù)水平大大

降低了施工成本，促進(jìn)我國(guó)海上風(fēng)電市場(chǎng)的發(fā)展。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1的a處局部放大圖；

圖4是施工方法的流程簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1至圖3，本發(fā)明公開(kāi)了公開(kāi)了一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工專用導(dǎo)向架，包括上導(dǎo)向架1及下導(dǎo)向架2，所述上導(dǎo)向架1包括四個(gè)兩兩對(duì)稱排布的鋼樁上導(dǎo)管11，且每?jī)蓚€(gè)鋼樁上導(dǎo)管11間設(shè)有臨時(shí)樁上導(dǎo)管12，所述鋼樁上導(dǎo)管11與臨時(shí)樁上導(dǎo)管12間通過(guò)上鋼梁13連接；所述下導(dǎo)向架2包括四個(gè)兩兩對(duì)稱排布的鋼樁下導(dǎo)管21，且每?jī)蓚€(gè)鋼樁下導(dǎo)管21間設(shè)有臨時(shí)樁下導(dǎo)管22，所述鋼樁下導(dǎo)管21與臨時(shí)樁下導(dǎo)管22間通過(guò)下鋼梁23連接，所述鋼樁上導(dǎo)管11與對(duì)應(yīng)的鋼樁下導(dǎo)管21通過(guò)螺栓連接為一個(gè)套管，從而也使上導(dǎo)向架1與下導(dǎo)向架2連接為一個(gè)整體，且臨時(shí)樁上導(dǎo)管12與相應(yīng)的臨時(shí)樁下導(dǎo)管22同軸，為了增加連接強(qiáng)度鋼樁上導(dǎo)管11與臨時(shí)樁上導(dǎo)管12間還設(shè)有用于加強(qiáng)連接的上斜鋼梁14；所述鋼樁下導(dǎo)管21與臨時(shí)樁下導(dǎo)管22間還設(shè)有用于加強(qiáng)連接的下斜鋼梁24。上述結(jié)構(gòu)中，臨時(shí)樁通過(guò)臨時(shí)樁上導(dǎo)管12及相應(yīng)的臨時(shí)樁下導(dǎo)管22導(dǎo)入，當(dāng)臨時(shí)樁打入后再將導(dǎo)向架掛起，通過(guò)懸掛裝置將導(dǎo)向架掛在臨時(shí)樁上，該懸掛裝置為一放置于臨時(shí)樁頂端的懸掛座15，該懸掛座15的邊沿設(shè)有懸掛桿16，該懸掛桿16端部通過(guò)螺栓與上導(dǎo)向架1鎖緊，從而將導(dǎo)向架懸掛于臨時(shí)樁上，懸掛的同時(shí)將導(dǎo)向架調(diào)平，形成臨時(shí)浮式打樁平臺(tái)，從而將鋼管樁從鋼樁上導(dǎo)管11及相應(yīng)的鋼樁下導(dǎo)管21導(dǎo)入并錘到預(yù)定標(biāo)高，所述導(dǎo)向架套管上設(shè)置有水平刻度線。

當(dāng)然上述只是我們根據(jù)施工要求及環(huán)境對(duì)導(dǎo)向架1使用的一種具體選擇；在不同的施工要求及環(huán)境下，我們也可將導(dǎo)向架整體放置在海床上，插入臨時(shí)樁固定位置，測(cè)量導(dǎo)向架水平度，通過(guò)局部壓重微調(diào)使其達(dá)到設(shè)計(jì)水平，形成臨時(shí)固定式打樁平臺(tái)。

如圖所示，為了在打入鋼管樁的過(guò)程中保證鋼管樁的垂直度，所述每一鋼樁上導(dǎo)管11的頂端部設(shè)有四組能夠校正鋼樁垂直度的導(dǎo)向輪組3，所述導(dǎo)向輪組3包括固定于上導(dǎo)向架1上的油壓缸31，該油壓缸31的活塞桿端部連接有滑塊32，該滑塊32上設(shè)有轉(zhuǎn)軸33，該轉(zhuǎn)軸33上設(shè)有滾輪34，且上導(dǎo)向架1上設(shè)有引導(dǎo)滑塊32滑動(dòng)的導(dǎo)管35，因而通過(guò)控制各油壓缸31就能夠控制相應(yīng)滾輪34的位置，通過(guò)滾輪34推擠鋼管樁就能使鋼管樁保持垂直，而且導(dǎo)管35內(nèi)設(shè)有限位塊36，用于控制滑塊32的移動(dòng)位置。

參照?qǐng)D4，本發(fā)明還公開(kāi)了一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法，包括以下步驟：

一、施工準(zhǔn)備：各種材料及設(shè)備準(zhǔn)備到位，并制作好導(dǎo)向架，

二、拋錨定位：使導(dǎo)向架打樁位置與設(shè)計(jì)位置基本重合，具

體過(guò)程為：利用固定于駕駛臺(tái)的2臺(tái)gps測(cè)站和傾斜儀作為打樁定位系統(tǒng)，通過(guò)電腦實(shí)時(shí)測(cè)量顯示樁位坐標(biāo)和方位差值。然后通過(guò)絞錨系統(tǒng)調(diào)整船體位置，使導(dǎo)向架打樁位置與設(shè)計(jì)位置基本重合，使中心偏差小于30cm，轉(zhuǎn)角偏差要小于1°。導(dǎo)向架起吊下放過(guò)程中，通過(guò)控制船體軸線和導(dǎo)向架軸線平行或正交，控制導(dǎo)向架的方位角。導(dǎo)向架整體下放到海床后，觀察套管刻度線，判斷導(dǎo)向架是否基本水平。全回轉(zhuǎn)吊船及臨時(shí)樁運(yùn)輸駁船就位于導(dǎo)向架側(cè)面施工位置，準(zhǔn)備吊臨時(shí)樁。正式樁運(yùn)輸船駐泊于吊船前方。

三、臨時(shí)樁插打：以便形成固定平臺(tái)，具體流程在于：臨時(shí)樁

采用直徑為2.0m，壁厚20mm鋼管樁四根，單樁長(zhǎng)約50m。臨時(shí)樁采用振動(dòng)打樁錘插打；臨時(shí)樁單樁極限承載力范圍按200～250t復(fù)核計(jì)算，施工前根據(jù)深度范圍進(jìn)行每個(gè)機(jī)位的樁長(zhǎng)計(jì)算，以承載力控制入泥深度。臨時(shí)樁樁頂標(biāo)高控制在+5cm左右，四根臨時(shí)樁樁頂標(biāo)高大致相同。

臨時(shí)樁及固定平臺(tái)施工步驟為：全回轉(zhuǎn)吊船精確定位，吊裝導(dǎo)向架入水并擱于海床→全回轉(zhuǎn)吊機(jī)從運(yùn)輸船上直接單點(diǎn)起吊臨時(shí)樁→將四根臨時(shí)樁依次豎直插入導(dǎo)向架套管內(nèi)，自重入泥支撐→全回轉(zhuǎn)吊機(jī)從甲板起吊液壓振動(dòng)打樁錘，通過(guò)液壓夾持器固定安裝于臨時(shí)樁頂部→啟動(dòng)振動(dòng)打樁錘，觀測(cè)控制打樁能量及貫入度，完成沉樁（沉樁過(guò)程中，對(duì)定位樁垂直度進(jìn)行監(jiān)控）→依次完成四根臨時(shí)樁插打，標(biāo)高控制在+5cm左右→全回轉(zhuǎn)吊機(jī)嘗試整體提升導(dǎo)向架（如不成功，則只吊上層導(dǎo)向架），頂標(biāo)高控制在+4cm以下→利用懸掛系統(tǒng)將導(dǎo)向架掛在臨時(shí)樁上→通過(guò)固定于海中測(cè)量平臺(tái)監(jiān)控，調(diào)平導(dǎo)向架，形成打樁固定平臺(tái)。

四、鋼管樁起吊翻轉(zhuǎn)、插樁：吊具將鋼管樁起吊按

照要求插入導(dǎo)向架的套管內(nèi)，鋼管樁采用專用吊具起吊，鋼管樁設(shè)兩端吊點(diǎn)，利用全回轉(zhuǎn)主吊鉤起吊上端，副鉤起吊下端，鋼管樁通過(guò)兩個(gè)吊鉤起落動(dòng)作，完成翻轉(zhuǎn)呈豎直狀態(tài)，解除下端吊具，鋼管樁由全回轉(zhuǎn)主吊鉤吊掛呈豎直狀態(tài)。

單樁起吊時(shí)下部吊具采用一根軟吊帶，“♂”字形捆綁在鋼管樁下端；上端采用兩根鋼絲繩及扁擔(dān)梁平行起吊。

全回轉(zhuǎn)吊船逐一將四根樁插入整體定位導(dǎo)向架套管內(nèi)，鋼管樁入泥前，測(cè)量人員于導(dǎo)向架頂面就位觀測(cè)，調(diào)整套管上油頂，使鋼管樁豎直，并盡量讓鋼管樁居中。全回轉(zhuǎn)吊船主鉤緩緩下放，讓鋼管樁在自重作用下定位下沉。每下沉2米左右觀測(cè)一次，下沉完畢，觀測(cè)樁位偏差，若偏差超限，可提升鋼管樁，重新調(diào)整定位。

五、第一次沉樁：沉樁至樁頂距導(dǎo)向架上平面一定高度，并

依次將四根鋼管樁插打至同一高度，具體在于：鋼管樁完成插樁后，隨即進(jìn)行第一次沉樁。采用全回轉(zhuǎn)起吊安裝液壓打樁錘，將錘筒套在鋼管樁樁頭上，利用導(dǎo)向架調(diào)整好鋼管樁平面位置及垂直度后，液壓錘打樁，吊耳距導(dǎo)向架頂約1米時(shí)，割除吊耳；沉樁至樁頂距導(dǎo)向架上平面4.5m左右（因液壓錘不能通過(guò)導(dǎo)向架，且錘筒高度約2.5m），完成第一次沉樁作業(yè)，依次將四根鋼管樁插打至同一高度。

上述過(guò)程的錘擊控制具體如下：液壓打樁錘錘擊能量的“檔位”可調(diào)，為防止打樁能量過(guò)大、鋼管樁內(nèi)應(yīng)力超標(biāo)致鋼管樁損壞，實(shí)際最大打樁能量預(yù)控在合理范圍內(nèi)。剛開(kāi)始沉樁時(shí)，用低檔位啟動(dòng)，小沖程錘擊沉樁；下沉變緩后逐步切換到高檔位或較大沖程錘擊沉樁；當(dāng)發(fā)現(xiàn)貫入度自小變大時(shí)再切換至低檔小沖程沉樁，該錘采用控制柜內(nèi)計(jì)算機(jī)控制，能夠通過(guò)打樁進(jìn)程自動(dòng)調(diào)整控制規(guī)避異常風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)自動(dòng)記錄各項(xiàng)打樁參數(shù)。

停錘的標(biāo)準(zhǔn)具體以設(shè)計(jì)標(biāo)高為準(zhǔn)，貫入度作為校核。

錘擊處理要求：

（1）、在淺層時(shí)，當(dāng)錘擊數(shù)突然增大，大于125擊/0.25m時(shí)；

（2）、在第一次沉樁過(guò)程中，連續(xù)錘擊五陣，平均每陣大于125擊/0.25m或者錘擊1陣大于250擊/0.25m；停錘超過(guò)1h，大于500擊/0.25m時(shí)。

達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高終錘前采用單擊沉樁，以便實(shí)時(shí)測(cè)量控制樁頂標(biāo)高，使四根樁樁頂標(biāo)高基本一致。操作人員確認(rèn)達(dá)到要求后，實(shí)測(cè)記錄打樁垂直度、樁頂標(biāo)高及樁位實(shí)際坐標(biāo)。

六、第二次沉樁：采用送樁器輔助沉樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高，

七、沉樁測(cè)量控制：保證鋼管樁之間相對(duì)距離偏差、高程、高差、垂直度符合工藝要求，

導(dǎo)向架水平度測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員在導(dǎo)向架頂面用水準(zhǔn)儀取點(diǎn)測(cè)量。

正式樁沉樁測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員可在導(dǎo)向架頂面固定位置架設(shè)儀器監(jiān)控。平面控制：通過(guò)gps及全站儀對(duì)鋼管樁平面位置進(jìn)行監(jiān)控、控制；同時(shí)，保證鋼管樁之間相對(duì)距離距離偏差要求。

高程及高差控制：采用導(dǎo)向架固定平臺(tái)作為基準(zhǔn)，基準(zhǔn)點(diǎn)高程由gps高程測(cè)量獲得。平臺(tái)上安裝水準(zhǔn)儀，以基準(zhǔn)點(diǎn)作為后視，觀測(cè)送樁器標(biāo)識(shí)點(diǎn)，從而推算出鋼管樁樁頂標(biāo)高進(jìn)行控制。重點(diǎn)觀測(cè)及記錄四根鋼管樁樁頂標(biāo)高和樁心平面位置，為后續(xù)樁頭處理定位提供原始數(shù)據(jù)支持。

垂直度控制：垂直度采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀呈90°布置掃邊，使鋼管樁垂直度在1/250以內(nèi)。

八、拆除平臺(tái)及臨時(shí)樁。具體在于：鋼管樁沉樁結(jié)束后，利用全回轉(zhuǎn)吊船整體提起導(dǎo)向架置于吊船甲板。振動(dòng)錘進(jìn)行臨時(shí)樁拔除，平臺(tái)拆除后，相關(guān)船只轉(zhuǎn)移至下一基礎(chǔ)位施工。

所述導(dǎo)向架上設(shè)有氣泡帷幕。為避免沉樁噪音對(duì)海洋生物造成損傷，對(duì)四根鋼管樁分別做氣泡帷幕，減低噪音。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)樁直徑2.2m，氣泡帷幕直徑為5m，通氣管為4層直徑5.0cm鋼管，鋼管外側(cè)壁鉆2排梅花形布置的2mm圓孔，孔距5cm。每根樁插打時(shí)，在導(dǎo)向架上，將空壓機(jī)出氣管與該樁氣泡帷幕進(jìn)氣軟管連接即可。沉樁時(shí)啟動(dòng)空壓機(jī)，使桁架上四層通氣鋼管噴出壓縮空氣，從而形成連綿不絕的氣泡帷幕。

以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種海上風(fēng)電群樁基礎(chǔ)沉樁施工方法及專用導(dǎo)向架，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。