吸力式導管架基礎結構制作工藝研究

洪春用 洪天識 中交第三航務工程局有限公司廈門分公司

1.吸力式導管架基礎的優勢

對于淺層有巖層的海域，采用嵌巖樁基礎結構形式費用較高，而筒型基礎為底端開口、頂端閉口的大直徑筒形結構，其特點是淺層土承載，利用負壓進行安裝，無需大型打樁錘，海上施工簡便，是近年來我國海上風機基礎實踐的一個方向。吸力式導管架基礎由吸力樁、導管架和上部箱梁過渡段三個部分組成，與傳統樁基式風機基礎相比，具備施工安裝方便、噪聲小、可重復利用、方便拆除、受水深增加影響小等優點。在海上風電建設不斷向深海區域快速發展的形勢下，風機吸力式導管架基礎結構形式得到越來越廣泛的應用。

2.工程概況

長樂外海海上風電場C區項目位于福州市長樂以東約50km海域，其中共計劃布置49臺吸力式導管架風機基礎，總裝機規模為496MW，是目前國內首個規模化的8MW商用機型海上風電場，也是國內首個大批量外海深水吸力式導管架基礎海上風電場。

該項目主要采用三筒（吸力樁）導管架基礎結構形式，其由三個吸力樁、導管架和上部過渡段三部分組成。單套重量最大約2462t，其中導管架重量約1270t（含過渡段），吸力樁部分最大重量約1192t（3個吸力樁）。

3.制作工藝研究

3.1 過渡段制作

過渡段俯視整體呈三角形，結構最大外形尺寸為16.8 m×15 m ×5.6m，主要包含過渡段頂板、底板、側邊腹板、支撐柱、主鋼管、法蘭，下部通過三根支撐柱與主導管架相連，上部通過法蘭與風機塔筒相連。

底板、頂板各分成四部分拼板。因板厚厚度大，埋弧焊拼板時兩面交替焊接，減少拼板縫折角變形。焊接前必須對焊接區域進行預熱處理，定位焊縫和主縫均應預熱，并在焊接過程中保持預熱溫度120～200℃。焊接過程多次翻轉，交叉焊接控制變形。底板拼接完成后測量確定主鋼管與三個支撐管的中心軸線，并以此為基準劃出主鋼管外徑檢驗線及底板上主鋼管內部區域的加強結構裝配線，裝焊相應的加強結構完成底板片體制作。

以底板片體為基準制作水平胎架上胎定位，胎架面及地面分別做出主鋼管與支撐管的中心及軸線，打上樣沖標記。按片體制作時所劃的裝配線依次吊裝主鋼管、側腹板及頂板，散裝主鋼管外部環板及加勁板。焊接過程中實時監測主鋼管的橢圓度和垂直度。

3.2 導管架制作

導管架由主導管、斜撐鋼管、過渡段支撐鋼板、豎向主鋼管等組成。此外導管架上還有靠船構件、海纜保護管、灌漿管線、過渡段內外平臺等附件。

導管架主體為厚板鋼管。由直徑不等、厚度40～80mm的鋼板卷管焊接組成。利用計算機三維軟件繪制導管架三維圖，確定各個零件精確尺寸、各組件重心位置及導管架整體尺寸。

根據三維圖確定好鋼管下料尺寸，采用數控切割下料，預留坡口量、焊接收縮量等工藝余量。鋼板卷圓前先在4500t油壓機進行壓頭處理，壓頭長度220mm。將合格的板料送進卷板機，要求進料角度應保證直縫邊與卷板機輥軸平行，確保直縫對接錯邊量≦2mm，在卷板機上調整錯邊和端面平整度，用手工焊分3～5處焊接定形。

卷制合格后進行縱縫焊接。縱焊縫埋弧焊前先用CO2氣保焊打底，打底厚度4～5mm可根據板縫略微調整。用埋弧焊小車在管節內行走焊接直焊縫,對于管徑較小的采用伸臂式埋弧焊機進行內（外）直焊縫焊接工序，內直焊縫焊接完成，通過滾輪架將鋼管樁管節縱縫轉移至最高點，鋼管管節外直焊縫采用可升降平臺進行焊接。在可升降平臺上進行鋼管樁管節外直焊縫碳弧氣刨清根、打磨和焊接，將埋弧焊機放在可移動焊接操作平臺上，調節埋弧焊機小車移動速度進行鋼管樁管節外直焊縫焊接。

3.3 導管架分片組裝

（1）斜撐管呈“X”形，根據設計圖紙測量定位，按順序分別組裝一側主導管、X型剪刀撐和另一側主導管。

（2）斜撐管底部放置定位工裝，工裝與鋼管底部預留調整間隙，利用楔鐵調整鋼管位置，通過測量檢測合格，固定好導管架片體開始焊接。

（3）導管架采用整體臥式組裝，以“基準片”為基準，組裝斜支撐。

（4）吊裝側面片體，吊裝過程利用全站儀檢測，確保各節點、主導管位置達到圖紙要求，誤差控制在3mm內。

（5）最后安裝剩余3片“X斜撐管”，按從小到大的順序逐片組對。

（6）搭建腳手架，焊接各焊縫，焊接過程監控尺寸變化，保證整體尺寸滿足圖紙要求。

（7）焊接完成后按照總體尺寸要求修割導管端部余量，安裝導管架附件，保證各尺寸滿足要求。

3.4 吸力樁制作

筒體通過鋼板的下料、卷管、縱焊和回圓等工序制作成單節筒體，單節筒體用槽鋼制作成“米”字支撐，以防止管節在運輸及對接焊中變形。將制作焊接合格的單管節運輸至行走滾輪架上，將單管節在滾輪架上組對焊接成吸力樁。再利用行走滾輪架的升降調整兩兩管節軸線位置，使管節軸線對位誤差控制在允許范圍內。吸力樁管節軸線對位調整完畢后進行吸力樁管節之間的拼接對焊。將埋伏焊機小車直接放置在吸力樁管節內進行內環縫焊接。

根據圖紙數控切割下料桶蓋底板，將底板吊裝至工裝上在底板上放樣畫線。將卷制完成的中間管節吊至相應位置，調整到位，焊接固定。）依次拼焊腹板、側板、頂部及其他筋板。

將制作合格的吸力樁蓋板和吸力樁連接段組裝，組裝后檢查兩者之間錯邊量、同心度是否滿足圖紙和技術要求，合格后開始焊接兩者之間的環縫，環縫采用埋弧自動焊焊接。

3.5 導管架基礎整體拼裝和焊接

導管架與過渡段的安裝主要控制點為法蘭面安裝精度。利用全站儀測量導管架焊接坡口面，計算出該平面與大地水平的夾角。之后在過渡段上設置多個基準點，用于表示過渡段的中心線，吊裝時使用全站儀實時測量多個基準點與大地水平的夾角，當該夾角與焊接坡口面的夾角一致時即調整到位，然后臨時焊接固定。

過渡段與導管架組裝合格后開始焊接，利用過渡段支撐管吊耳底板的人孔，焊接人員進入鋼管內部焊接內側坡口，外側進行碳弧氣刨清根，保證焊縫全熔透，焊接執行WPS參數要求，焊后進行無損檢測。焊縫探傷完成后將人孔封板焊接并探傷。

3.6 導管架整體拼裝和焊接

（1）將3根吸力樁用軸線車組轉至總拼裝區域，根據設計圖紙尺寸確定導管架中心位置和吸力樁的中心位置。

（2）將完成組焊好的的導管架（含過渡段）用模塊車運到懸臂吊和溜尾吊之間。

（3）用懸臂吊和溜尾吊將導管架（含過渡段）由躺臥狀態吊裝至豎立狀態，并提升到一定高度，使導管架主鋼管底部標高大于理論標高100mm左右，利用導管架上的3個固定吊點的高低調節來調整過渡段法蘭水平度，使水平度誤差＜6mm。

（4）調整導管架位置，使導管架主管與吸力樁對正就位，合格后在外側臨時加固焊接，焊工從吸力樁頂蓋人孔進入鋼管內部，焊接內壁坡口，外側坡口清根，保證焊縫全熔透。焊接后立即對焊縫進行消氫處理，用紅外線加熱器加熱200～300℃，保溫1.5h，緩冷降到室溫后進行外觀檢查和無損檢測。

（5）合攏環縫檢查合格后封堵焊接人孔，人孔蓋板焊縫為單面焊縫，焊接時單面焊雙面成型，焊縫全熔透，并進行無損檢測。

（6）最后裝焊合攏縫處主導管加強圈和筋板以及海纜保護管接口焊縫等附屬構件焊縫。

（7）導管架總裝合攏后用履帶吊將焊接設備、焊接人員吊至過渡段平臺，焊接臨時拆除的欄桿，對損壞的油漆進行補漆，拆除固定吊吊鉤。

（8）模塊車整體轉運吸力式導管架至臨時存放區。

4.結束語

本文針對吸力式導管架基礎結構特點，研究了吸力樁導管架的制作技術及吸力樁、導管架主體和過渡段的總體拼裝技術，形成一套較為完整的技術先進、安全可靠、易于操作、施工進度快、工程成本低、綠色環保的施工技術。整個導管架基礎制作工藝的制定并成功實施，對今后海上風電超大超重吸力式導管架基礎的制作提供了經驗。