振動錘沉樁工藝在海上風電工程中的應用

費文源

（天津港航工程有限公司，天津300457）

振動錘沉樁工藝具有噪音低、振感低、效率高、造價低、可水下作業，以及沉樁質量好等優勢，在國外已得到廣泛應用[1-2]。但國內引入這種工藝較晚，目前主要用于鋼板樁、鋼護筒等輔助工程樁的沉樁，在正式樁基施工中很少作為主要的成樁手段[3-4]。中水電江蘇如東海上風電場（潮間帶）100MW示范項目二期工程采用960kW兩臺聯動的EP1300W振動錘進行沉樁，是國內首次采用振動錘沉樁工藝完成正式工程樁施工，是海上風電樁基施工工藝一種新的嘗試和實踐。

1 工程概況

本工程處于黃海海域潮間帶，地面高程在-2.5m～4.0m（1985國家高程基準）之間，場區地質為粉細砂，施工區域高潮時淹沒，低潮時露灘。其中12臺2.5MW風機基礎形式為五樁導管架基礎，采用水上船舶乘潮施工。設計鋼管樁直徑1.7m，樁長48.1～50.1m，每根重量約50t左右。

本工程地質以粉土、粉砂為主，根據設計要求，鋼管樁入土43m～45m，需進入粉質粘土層。

鋼管樁沉樁質量要求：中心位置允許偏差＜50mm，高程允許偏差＜50mm，縱軸線傾斜度偏差＜1%。

2 施工工藝

2.1 工藝流程

本工程施工地點位于如東潮間帶，主要船舶需乘高潮駐位、低潮坐灘施工。沉樁工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2.2 設備選型

本項目主要設備選型如表1所示。

表1 主要施工設備配置

2.2.1 主作業船

本工程本位于潮間帶，高潮時淹沒，低潮時露灘，且部分風機機位泥面標高較高，高潮時水深仍較淺（水深不足2m），因此主作業船必須具備坐灘功能，且船舶吃水應盡量小，保證船舶在高潮時有更多的移船駐位時間。

“景和23”船長115.35m，船寬35.8m，空載吃水1.1m，在正常工作情況下吃水約2.4m，具備坐灘能力，可滿足本工程施工。

2.2.2 起吊設備

本工程起吊設備應綜合考慮吊機的吊重、吊高、作業半徑等起重性能，還需考慮吊機的吊鉤情況，這將關系到施工船舶駐位及鋼管樁的起吊工藝，直接影響施工質量及施工效率。

（1）起吊高度

起吊鋼管樁時最大吊高為甲板面以上：上部起吊鋼絲繩長（5m）+振動錘錘體長（8m）+振動錘連接鋼管樁鋼絲繩長（1.5m）+鋼管樁樁長（50.1m）+吊樁時樁體離地高度（1.0m）-船舶型深（6.0m）=59.6m。

（2）起吊重量

起吊鋼管樁時最大吊重為：振動錘錘體重（110t）+鋼管樁重量（50t）+吊索具等重量（5t）=165t。

（3）作業半徑

起吊鋼管樁作業半徑：18m（船寬一半）+4m（富裕距離）=22m。

根據LR1750型750t履帶吊的起重性能表，主臂85.3m工況下，跨距30m時，吊重為227.1t，吊高為84m，滿足鋼管樁起吊要求。

2.2.3 沉樁錘型

根據試樁工效統計，沉設長度50.1m、直徑為1.7m的鋼管樁振動錘需要2.5小時左右，而使用沖擊錘需要5-6小時，工效可提高2倍。采用960kW兩臺聯動的振動錘沉樁，配備兩臺1000kW發電機并聯發電，通過試驗和現場驗證，僅需2.5小時即可將樁順利沉至設計標高（入土45m），振動錘沉樁時間僅為30min-40min。

經過比選最終選擇960kW兩臺聯動的EP1300W振動錘進行沉樁。其優越性是可根據樁體直徑選擇聯動臺數，若樁體直徑加大可考慮多臺聯動，適用于更大管徑的鋼管樁沉樁，如圖2、表2所示。

圖2 EP1300W振動錘

表2 EP1300W振動錘主要參數

3 關鍵技術措施

3.1 測量定位

對于泥面較高的機位，平面位置定位利用一艘錨艇結合沉樁船舶作為測量平臺；泥面較低船舶坐灘時間較短的機位制作兩個測量平臺支設經緯儀，測量定位首先采用GPS進行粗略定位，然后利用兩臺垂直方向布置的經緯儀采用角度前方交會的方式進行定位（見圖3）。

圖3 經緯儀定位示意圖

3.2 施工動態調整

當沉設完成第一根鋼管樁時，利用GPS在樁頂采集三個點位，根據測量點位在CAD圖紙上確定出已沉設鋼管樁的中心，根據中心坐標重新調整其他4根鋼管樁的中心坐標，可有效保證5根鋼管樁的相對位置在設計要求的范圍之內。

3.3 粘土層沉樁

沉樁過程中，當樁體沉設至30m-32m時即進入粘土層，容易在樁體內部產生土塞現象而致使貫入度減小，經過摸索，通過將吊機帶力至大于165T（錘體、樁體總重量），使樁體在無貫入度的情況下振動一段時間將樁內部粘土振松之后再松鉤進行沉樁，可使沉樁更為順利。

3.4 鋼管樁標高控制

沉樁時，當樁體沉設至距設計標高約30cm左右，吊機帶力120T-150T進行沉樁，同時振動錘小能量振動，測量人員時刻監測樁頂標高情況，防止樁體下沉過快造成標高不符合設計要求。

4 工效分析

本工程12臺風機基礎共60根鋼管樁，除2根試驗樁外，其余58根鋼管樁均采用本工藝沉樁，58根樁的平面位置、垂直度、樁頂標高等均滿足設計要求，且經高應變檢測，樁身質量完好，單樁承載力滿足設計要求。

根據沉樁過程中的數據收集，EP1300W振動錘沉樁的施工工效如表3所示。

表3 EP1300W振動錘沉樁施工工效統計

工程所在地如東地區為非正規半日潮，最低潮至最高潮時間大約為6小時，如各工序順利進行，3小時可完成一根鋼管樁沉樁施工。視潮汐情況和具體位置泥面標高調節，部分機位具備一個低潮沉設2-3根鋼管樁的施工條件。

5 結束語

本次施工，成功采用振動錘施打海上風電基礎鋼管樁，施工效率高，質量控制好，且單樁承載力完全滿足設計要求，為類似工程推廣振動錘沉樁工藝提供了有益借鑒，具有很好的推廣應用價值。