海上導管架基礎灌漿施工防漏漿技術分析

文 | 鄧偉

導管架是海上結構物常見的基礎形式，導管架與基礎樁之間通過高強度灌漿料連接固定，并最終固結至海床上。灌漿漏漿是灌漿施工過程中最需警惕的風險，一旦發生，將對整個項目的施工進度產生巨大影響。同時，嚴重的漏漿將在一定程度上增加灌漿料成本。因此，開展灌漿防漏漿措施的研究至關重要。

本文介紹了某一海上升壓站工程施工過程中所采用的一系列防漏漿措施，包括：導管架結構建造過程中在灌漿區域段底部導管架管壁內側設置封隔器；灌漿前潛水員在水下查看封隔器狀況，并利用棉布及圍圈纜繩封堵；進行灌漿打底，利用凝固后的灌漿料作為封堵結構；正式大量灌漿前向灌漿區域注水，并持續觀察所注水量是否減少，以判斷灌漿區域密封性；正式灌漿過程中，隨著灌漿料的輸送，觀察灌漿區域所注水是否持續溢出，以判斷灌漿是否正常。在施工工程中，針對所設置的封隔器遭受破損的突發狀況，充分利用現場物料，按步驟實施了以上防漏漿措施，灌漿工作得以順利進行，保證了灌漿質量，節省了成本。

工程背景

本海上升壓站安裝工程，隸屬于中電投大豐H3#300MW海上風電項目。項目由國家電投集團江蘇海上風力發電有限公司投資建設，施工總承包單位為華電重工股份有限公司，煙臺打撈局分包負責海上升壓站海上安裝工程的所有工作。風電場位于江蘇省大豐市亮月沙北側的海域，風電場（中心）距海岸線直線距離約43km，海底地形變化平緩（海底灘面最大坡度小于1°），整個區域形狀呈四邊形，規劃海域面積約90km2，東西長約9.7km，南北長約9.1km，場區水深約8～14m（1985國家高程基準）。本工程在海上建設一座220kV升壓站，將35kV電壓升壓至220kV，經220kV海底電纜將風電機組所發電能輸送至陸上集控中心后改為220kV架空線送出。

本工程中海上升壓站導管架基礎施工工藝流程為：海上安放導管架—鋼樁插至導管架四主管內—鋼樁打樁至設計標高—焊接皇冠板—灌漿施工。即灌漿施工前，導管架與鋼樁均已安裝固定到位，導管架與鋼樁之間需通過灌漿施工確保兩者之間連接的進一步加強。由于鋼樁是插至導管架主管之內的，且鋼樁均超出主管底部與頂部，因此，灌漿區域為鋼樁樁壁外側與主管內壁之間的環形空間，灌漿區域的高度即是主管的高度。

本工程中，導管架主管外徑為2438mm，不同高程壁厚不一致，在主管底部與頂部區域，主管壁厚為50mm，鋼樁外徑為2200mm，鋼樁為雙斜樁，灌漿區域在整個導管架結構中的位置見圖1（為便于直觀理解，圖僅示意，不代表實際結構尺寸相互關系）。

圖1 灌漿區域位置示意圖

灌漿區域為一定高度的環形區域，底部在導管架內側設計有封隔器，用以分隔灌漿區域與海底，同時作為防漏漿措施的第一道防線；頂部為圍著樁身焊接一圈的的皇冠板（實際灌漿施工時留有一塊皇冠板未焊，作為灌漿溢漿觀察口）。

本工程設計的預防漏漿施工流程如圖2所示。

圖2 灌漿防漏漿措施流程

防漏漿具體措施

一、封隔器設置

封隔器屬于導管架結構建造的一部分，其設計的目的即是封隔灌漿區域與海底，避免漏漿。封隔器為環狀的橡膠材質，環狀外徑尺寸與主管內徑相同，環狀內徑尺寸與鋼樁外徑相同。該封隔器通過螺栓固定在導管架主管內壁，鋼樁插入后樁壁與封隔器內徑密實貼住，理論上認為灌漿區域底部被封隔。每個導管架主管內側底部設計上下兩道封隔器，同時封隔器上方設計有導向塊，可確保鋼樁處在主管中心位置，避免鋼樁直接抵碰封隔器。

插樁及打樁的施工過程極易損壞封隔器，灌漿前潛水員專門下水探摸，確定封隔器是否受到損壞。若損壞嚴重或出現部分脫落，按計劃需進行水下封堵。

二、水下封堵

圖3 封隔器設計圖

潛水員將棉布從導管架管口底部（由于海底沖刷原因，鋼樁周圍出現深坑，管口底部是可以觸摸到的）填充至灌漿區域的環形空間內。這種方式也是灌漿封堵常用的方法，但是大量棉布塞擠在環形空間，并不能確保支撐住其上部的灌漿液。在實際施工中，為加強封堵效果，在管口底部緊貼著鋼樁，用施工現場的粗纜繩圍繞鋼樁一圈，同時利用2t緊繩器裝置將纜繩兩端收緊，收緊的纜繩支撐著棉布，增強了封堵效果，以上所有工作均由潛水員在水下完成。水下封堵形式如圖4所示。

三、灌漿打底

導管架主管外側附屬有專門的灌漿管線，它的頂部在水面以上的導管架管口位置，用以連接灌漿軟管，灌漿管線底部與主管內側的灌漿區域連通，即實際灌漿時灌漿料先被輸送至灌漿管線，然后從底部進入環形灌漿區域。灌漿管線如圖5所示。

圖4 水下封堵示意圖

灌漿打底指的是先連接灌漿軟管管線，灌少量漿液，待此部分漿液凝固達到一定強度后，再進行正式灌漿，打底的灌漿部分凝固后可以作為新的封堵結構，以保證灌漿區域的密封性。

考慮到灌漿打底部分不能超過灌漿入口（不然打底部分堵塞灌漿入口），因此，對灌漿打底的高度有嚴格要求。根據設計圖紙（參見圖5），管口底部與灌漿管線入口高差2.5m，考慮填充棉布的高度，要求打底高度不超2m。同時結合灌漿料性能，確定打底高度約為1m。根據灌漿料技術的要求，打底的灌漿料抗壓強度需達到最大強度的50%，方可進行后期正式大量灌漿。所選灌漿料參數最大抗壓強度為110MPa，經查詢灌漿強度曲線表（如圖6），在現場20℃環境溫度下，要達到50%的抗壓強度（即55MPa），需等待24小時。

圖5 灌漿管線示意圖

圖6 NaXTM Q110灌漿料強度曲線

四、注水判斷密封性

用于打底的灌漿料凝固24小時后，理論上可作為新的封堵結構，然后從導管架管口頂部位置向環形灌漿區域內注滿水。觀察所注水液面是否有變化，若2小時內基本無變化，則證明灌漿打底效果達到設計要求，整個灌漿區域密封性良好，可進行下一步的正式大量灌漿施工。

正式灌漿

一個樁腿的灌漿施工需連續進行，切忌中途停止。灌漿管線連接完畢后，調試灌漿設備，具備灌漿施工條件后進行正式灌漿。灌漿的時候，灌漿區域內已注滿水，灌漿料從底部灌入，由下往上填充整個灌漿區域。由于水的密度遠小于灌漿料密度，因此，隨著灌漿持續進行，被灌漿料所擠占了空間的水將從灌漿區域頂部的導管架管口頂部溢出，通過觀察是否持續有水溢出，可以判斷灌漿是否正常。

隨著灌漿料填滿整個灌漿區域，原來環形空間區域的水將被完全排出，直至溢出漿液。根據灌漿要求，待漿液達到或接近最濃比級漿液，且持續5min，灌漿方可結束。

結語

漏漿是灌漿施工過程中的風險之一，本文結合實際工程項目，施工之前對灌漿工作進行深入分析，針對具體的導管架、鋼樁及灌漿管線的結構形式，初步提出了一套從結構制作至現場灌漿施工各環節的防漏漿技術措施，分別從設置封隔器、潛水員下水封堵、灌漿打底、注水觀察密封性、正式灌漿（此階段觀察注水是否持續溢出）五個方面進行防漏漿措施的實施。其中，潛水員封堵除了類似項目常用的填充棉布之外，創新性地提出抱樁圍繞纜繩的封堵方式；同時灌漿過程中，首創性地提出注水方法，既可通過灌漿前向灌漿區域注水，并觀察液面是否下降判斷灌漿區域是否漏水，又可通過灌漿時是否持續溢水判斷灌漿是否正常，直觀方便地解決了灌漿料在水面以下灌輸而無法觀察的問題。以上防漏漿措施均通過實際施工證實，有效可行，可供類似海上施工工程借鑒。