一种海上风电PHC管桩施工方法

技术领域

本发明涉及PHC管桩的技术领域，具体而言，涉及一种海上风电PHC管桩施工方法。

背景技术

PHC管桩，即预应力高强度混凝土管桩，其单桩承载力高，应用范围管，并且工厂化、专业化、标准化生产，桩身质量可靠，运输吊装方便，接桩便捷，机械化施工程度高，操作简单，易控制，在承载力、抗弯性等均能得到保证。

随着国家建设的推进，需要在一些比较特殊的施工场地进行作业，如海上PHC管桩的安装，而海上PHC管桩施工较陆上施工而言，其工艺难度更大，现有针对海上PHC管桩的施工工艺大致如下：施工准备-桩的驳运-船舶驻位-打桩船吊桩-测量定位-打桩-验收，上述施工方法相对简易，安装上述工艺进行操作时有一定的局限，尤其缺乏管桩施工平稳性，容易造成较为严重的安全问题，使其施工的进展较慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上风电PHC管桩施工方法，用以达到提高管桩施工平稳性的技术效果。

本发明通过以下技术方案实现：包括以下施工步骤：

S1：预制管桩移至材料驳船；

运输预制管桩：将验收合格的预制管桩从预制工厂经材料驳船运输至打桩现场；

S2：将导向架安装至打桩位置；

在打桩位点靠近飞锤驳船处安装导向架，以使引导正式桩在正确的位置和线性上；

S3：管桩测量定位；

在打桩基地上设置至少两个永久性基准点，并在陆地上建立GPS/RTK基站进行校正，预打桩的坐标由GPS/RTK基站建立的控制点转出，根据坐标，对导向架上的导桩支架进行调整，从而使正式桩能够准确打入在其设计的坐标位置上；

S4：打桩驳船定位；

打桩驳船由拖船拖至打桩锚泊，并对准桩位安装警示标志和浮标，防止打桩驳船和拖船与正式桩发生意外碰撞；

S5：接桩；

将上部管桩和下部管桩进行焊接，使其形成正式桩；

S6：打桩至设计标高

将正式桩上吊到导向架上，然后固定在柴油锤，由柴油锤进行打桩至设计标高。

其中S1中的预制管桩分为上部预制管桩和下部预制管桩。

S3中的导桩支架是采用H型钢，布置成井字型，起支撑固定作用，在桩位点再采用2根H型钢固定桩不产生偏差。

为了更好的实现本发明，进一步的，

S4打桩驳船定位过程中，还需要采用导航仪器进行定位，对于距海岸线小于800米的位置进行打桩时，还能够使用全站仪配合陆地基准点进行桩定位。

上述提及到的导航仪器采用Hydro Construction导航软件的双频导航仪器GNSS-GPS I90为现有技术，市场上可以直接购买。

全站仪配合陆地基准点为是在岸边离施工现场最近的地方从国家的GPS点因两个基准点过来(永久的)，方便手续检验，以及便于后续海上施工校验。

为了更好的实现本发明，进一步的，

S4打桩驳船定位过程中，对于倾斜桩，还能够通过显示器上的显示值进行检查。

为了更好的实现本发明，进一步的，

S4打桩驳船定位过程中，还能够通过导向架与倾斜桩之间的相对位置来复核倾斜桩的定位。

为了更好的实现本发明，进一步的，

所述S5接桩的操作方法之一：

使用行走式起重机提升上部预制管桩至固定架，并找正固定架；

在此进一步说明：行走式起重机他船上是一个类似于铁塔用来固定桩，因此称为固定架，找正固定架的目的是调整坐标点的偏差，因为下方固定桩的抱箍直径肯定是大于桩的直径D＝800mm。

对下部管桩进行预固定，吊装上部管桩对上部管桩与下部管桩进行接桩焊接；

所述预固定操作：当打桩驳船将桩吊起来以后，下部的管桩由于都是30米左右，会出现不同幅度的晃动，吊起是下部用钢丝绳套固定拉到，确保不晃动，移动到打桩点位进行打桩施工。

接桩焊接是指从打桩驳回的平板驳船上的固定架将上部管桩吊起呈垂直状态和下部管桩对接后再焊接。

将接好的完整管桩(既是正式桩)固定在导向架上。

拆除导向架的上部结构：其中导向架分为上下两层井字形钢结构，采用H型钢，导向架的下部结构是固定下部管桩，导向架的上部结构是用来安装固定上部管桩，因为管桩露出海面高的地方10来米，后续基础施工还需要进行截桩处理。

为了更好的实现本发明，进一步的，

所述S5接桩的操作方法之二：

在材料驳船上对上部管桩和下部管桩进行焊接形成正式桩；

并检查正式桩的垂直度。

为了更好的实现本发明，进一步的，

所述步骤S5接桩过程中，当上部管桩与下部管桩焊接完成后，在焊接处涂刷三层防水沥青，涂刷范围是包括上部管桩和下部管道距离焊接点50cm。

为了更好的实现本发明，进一步的，

S6打桩至设计标高过程中，对于竖桩或斜桩，柴油锤的锤头与桩身必须始终在一条直线上，以避免对桩头的冲击不均匀而造成桩身破坏。

上述中的竖桩是90°垂直打入海底，斜桩的桩也是垂直的，但是打桩需要按照1：7的斜度打入海底。

为了更好的实现本发明，进一步的，

S6打桩至设计标高操作中，在施工前，应对作业点进行安全通道及操作平台的搭设，并作防风遮蔽，在操作平台上方焊接L型挂点用于作业人员进行安全带栓挂。

为了更好的实现本发明，进一步的，

S6打桩至设计标高过程中，导向架由4根D660mm*30m～35m长的钢管桩组成，并用两层H400*400*18m的工字钢支架加以固定。

本发明的有益效果是：

本发明通过设置优化管桩施工步骤，通过采用预制管桩并移至材料驳船，飞锤驳船导向架安装，预制管桩测量定位，打桩驳船定位，接桩，然后将正式桩打致设计标高，通过有序的作用流程，有效搭建作业环境，提高管桩施工过程中的平稳性，降低海上打桩难点，提高作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供一种海上风电PHC管桩施工方法，现有技术中对海山PHC管桩施工具有一定的局限性，使其施工过程中平稳性较差，容易造成较为严重的安全问题，除此之外，由于海上施工具有较大天气影响的因素，进而使施工的进展也相对缓慢，为了解决上述技术问题，本发明通过优化设计施工步骤，达到能够提高施工的稳定性，且能加快施工进度的目的。

以某海上风电项目为例，项目中的B标段包括19台风机(T24～T42)，D标段包括18台风机(T64～T81)。工程基础结构形式采用预应力锚栓扩展式重力圆形基础，翼缘高度1.8m，上部台柱高度1.2m，台柱直径8.5m，每个基础承台混凝土大约690m

在海上风电PHC管桩施工进行准备

用电准备

项目水上用电依靠船上自备电源或者配备发电机发电。陆上项目部营区接入当地市政用电，但为了确保现场用电连续，也配备发电机发电。

用水准备

项目陆上施工、生活用水接入当地市政用水，另外配备水车备用，生产基地设储水设施供水管网，用于陆上生活及生产用水的供应。水上船机用水通过水车供水至补给船，再由补给船供水至施工船舶。

打桩设备

项目计划调动至少9套打桩驳船设备进行施工，再根据实际施工进度调整设备数量以满足进度要求。

打桩驳船有以下两种类型：

(1)专业打桩驳船：专业打桩驳船分为两部分，平驳船和支撑驳船。平驳船主要装载桩构件，在船上进行桩加工。支撑驳船为驱动驳船提供动力，其上安装有吊装设备(由固定式桩架起重机与柴油桩锤组成)满足管桩施工时的起吊、插桩、锤桩功能。这种类型的打桩驳船不需要安装导向架。

(2)飞锤驳船(起重机驳船)：飞锤驳船也分为两部分，平驳船和支撑驳船。区别在于支撑驳船上的吊装设备为行走式起重机。这种类型的打桩驳船需要安装导向架，以便新接桩节的引导就位，采用起重机吊装上部管桩与下部管桩进行对口焊接接桩。

施工流程如图中所示，施工流程如下：

S1：预制管桩移至材料驳船；

运输预制管桩：将验收合格的预制管桩从预制工厂经过材料驳船运输至打桩现场；送桩到现场的运输计划应按打桩进度计划进行协调，避免产生二次转运费用，防止装卸次数过多对桩身造成损坏或延误打桩工期。

预制管桩应由材料驳船运到打桩现场，然后由安装在支撑驳船上的起重机转吊至平驳船上。使桩连续运输到打桩现场，避免现场堆放的管桩过剩或不足。

尽量减少管桩的装卸次数，避免损伤。每根桩都应清晰标明合适的起吊点以便起吊。将焊接后的桩(既是正式桩)放置在焊接驳船或打桩驳船上时，垒放高度不得超过两层，以确保安全、方便桩的起吊。在转桩、升桩和降桩过程中，必须在两端绑绳索，使桩在移动过程中保持稳定。

S2：将导向架安装至打桩位置；

在打桩位点靠近飞锤驳船处安装导向架，以使引导正式桩在正确的位置和线性上；

飞锤驳船(起重机驳船)：材料驳船应与飞锤驳船相邻。根据飞锤驳船配置的起重机(150t或200t)大小，使用起重机将管桩转移到平驳船上，每艘平驳船可以容纳12-16个段管桩。

S3：管桩测量定位；

在打桩基地上设置至少两个永久性基准点，并在陆地上建立GPS/RTK基站进行校正，预打桩的坐标由GPS/RTK基站建立的控制点转出，根据坐标，对导向架上的导桩支架进行调整，从而使正式桩能够准确打入在其设计的坐标位置上；

在此进一步说明：导桩支架是采用H型钢，布置成井字型，起支撑固定作用，在桩位点再采用2根H型钢固定桩不产生偏差。

测量放线：在建筑工地应设置至少两个永久性基准点，临时基准点应从这些永久基准点中转移出来使用。由于在海况下工作，海浪、海风会对基准点造成移动。为方便测量，选择在陆地上建立GPS/RTK基站进行校正。基站的建立应以工程基准点为依据，并根据RTK的类型，基站的位置，需尽可能的靠近施工地点。预打桩的坐标由陆地上建立的控制点转出，根据这些坐标，对导向架上的导桩支架进行调整，使正式桩能够准确打入在其设计位置。在打桩准备和作业期间，将持续监测放置桩的位置和线性(垂直度或设计倾斜度)。

S4：打桩驳船定位；

打桩驳船由拖船拖至打桩锚泊，并对准桩位安装警示标志和浮标，防止打桩驳船和拖船与正式桩发生意外碰撞；

打桩驳船的移动和定位：打桩驳船移动或定位时应由拖船协助进行。打桩驳船的锚泊位置必须明确，以便打桩驳船在不妨碍其他驳船通行的情况下，能在最大允许范围内工作。打桩驳船锚泊前应对桩位安装警示标志和浮标，防止打桩驳船和拖船与桩发生意外碰撞。

S5：接桩；

将预制上部管桩和预制下部管桩进行焊接，使其形成正式桩；

接桩

(1)接桩要求：焊接接头应采用单V型坡口对接焊接的SMAW和GMAW工艺。焊接前必须对施焊焊工进行对应的焊接资质证书及实操技能检查与考核，满足条件后方可持证上岗进行焊接作业。

(2)飞锤驳船(起重机驳船)：在施工之前，施工队应对作业点进行安全通道及操作平台的搭设，并作防风遮蔽。操作平台上方焊接L型挂点以备作业人员进行安全带栓挂。在整个操作平台搭设完成后须报项目部进行验收，验收合格后方可使用。在拼接过程中，测量员和焊工应随时保持支撑体系的垂直，以确保下部预制管桩与上部预制管桩垂直对齐和拼接。

(3)专业打桩驳船：在拼接过程中，测量员和焊工应随时保持固定式桩架起重机上吊线的垂直，以确保下部管桩与上部管桩垂直对齐和拼接。

(4)接桩连接防水：焊接质量经验收合格后，按设计要求，桩连接处刷三层防水沥青。采用涂料防水时，涂装范围包括上下节管桩拼接点50cm范围内。

S5接桩的操作方法之一：

使用行走式起重机提升上部预制管桩至固定架，并找正固定架；

在此进一步说明：行走式起重机他船上是一个类似于铁塔用来固定桩，因此称为固定架，找正固定架的目的是调整坐标点的偏差，因为下方固定桩的抱箍直径肯定是大于桩的直径D＝800mm。

对下部管桩进行预固定，吊装上部管桩对上部管桩与下部管桩进行接桩焊接；

所述预固定操作：当打桩驳船将桩吊起来以后，下部的管桩由于都是30米左右，会出现不同幅度的晃动，吊起是下部用钢丝绳套固定拉到，确保不晃动，移动到打桩点位进行打桩施工。

接桩焊接是指从打桩驳回的平板驳船上的固定架将上部管桩吊起呈垂直状态和下部管桩对接后再焊接。

将接好的完整管桩(既是正式桩)固定在导向架上。

拆除导向架的上部结构：其中导向架分为上下两层井字形钢结构，采用H型钢，导向架的下部结构是固定下部管桩，导向架的上部结构是用来安装固定上部管桩，因为管桩露出海面高的地方10来米，后续基础施工还需要进行截桩处理。

接桩的操作方法之二：

在材料驳船上对上部管桩和下部管桩进行焊接形成正式桩；

并检查正式桩的垂直度。

S6：打桩至设计标高

将正式桩上吊到导向架上，然后固定在柴油锤，由柴油锤进行打桩至设计标高。

根据打桩进度计划，提前向专业打桩驳船运输全桩长(焊前)桩。装载管桩材料的驳船应停靠在固定式桩架起重机驳船(支撑驳船，配150吨、200吨或250吨起重机)的旁边，然后用起重机将预应力高强度混凝土管桩转吊至平驳船。材料驳船、平驳船被软连接固定在支撑驳船旁边，将沿着支撑驳船一同行驶。起重机将桩吊至平驳船进行焊接连接，每艘平驳船可容纳约6-8段D800管桩。焊接完成后，使用起重机驳船对管桩进行起吊、打桩。

飞锤驳船(起重机驳船)：在打桩过程中，需使用一套导向架，引导桩在正确的位置和线性。导向架由4根D660mm*30m～35m长的钢管桩组成，并用两层H400*400*18m的工字钢支架加以固定。导向架需具有足够的刚性，来防止在打桩时产生移动。

专业打桩驳船：在专业打桩驳船上使用采用Hydro Construction导航软件的双频导航仪器GNSS-GPS I90。对于距海岸线小于800米的位置进行打桩时，测量员还可以使用全站仪配合陆地基准点进行桩定位。对于倾斜桩，测量员可以通过显示器上的显示值进行检查。此外，测量员还可以通过导向架与倾斜桩之间的相对位置来复核倾斜桩的定位。

打桩施工

(1)吊装：桩应从材料驳船上吊到导向架上，然后固定到柴油锤上进行打桩。根据起重机吨位(150t、200t)，每台起重机的工作半径应以每台起重机的工作半径为准。在吊装作业时，应考虑环境风速和波浪条件。如果天气情况恶劣，打桩和吊装工作应延后进行。

(2)打桩作业：对于竖桩或斜桩，锤头与桩身必须始终在一条直线上，以避免对桩头的冲击不均匀而造成桩身破坏。当桩难以嵌入地层时，应由现场工程师或QC工程师进行回弹记录。只有满足回弹且桩端标高达到设计标高时，才能停止打桩工作。否则，该桩应进行动态试验，以验证承载力，并由桩基设计工程师进行审核。

(3)打桩记录：当桩到达现场时，工程师应检查文件，如材质证明书，送料单，制作编号，焊板等。焊接前或吊装打桩时，工程师必须检查桩的信息，如桩号、制造日期，加入打桩记录中。每根桩都应清楚地标明桩身全长。桩标记应从桩尖起20米至距桩顶4米区段采用间隔1m标记；距桩顶4米内区段采用间隔250mm进行精确标记。施工方应以标准格式保存信息完整且准确的桩安装记录。

(4)打桩检测：每个机位正式桩打桩完成后需汇总打桩报告上报给设计院，由设计院研究决定该机位试验桩号(每机位正式桩选用3～5根)，应在打桩完成7天后对选取的桩体进行高应变法(PDA)得到桩身完整性和承载力高应变试验结果，报设计单位。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。