海上風電導管架結構與樁基灌漿連接施工工藝

永泰長榮

灌漿技術作為導管架安裝的重要關鍵技術，越來越受到業(yè)界的關注。灌漿連接具有良好的 結構性能，以及施工便利、造價低廉等優(yōu)點，被廣泛應用于海上風電場。導管架灌漿是整個風電基 礎結構施工的一項關鍵技術，灌漿的成功與否直接關系到風機基礎結構抵抗環(huán)境載荷的能力和壽 命。文章針對導管架結構灌漿工藝進行研究，并結合江蘇濱海項目分析了導管架灌漿工藝及其施 工過程中的難點，為我國海上風電基礎建設提供參考。
關鍵詞：海上風電；導管架基礎；灌漿工藝

0  引 言

隨著我國風力發(fā)電行業(yè)的迅速發(fā)展，海上風力 發(fā)電開始快速起步，近幾年涌現(xiàn)了大批在建、擬建  的海上風電場。海上風電場的風電機組基礎、海上  升壓站基礎一般有高樁承臺基礎、導管架基礎、單 樁基礎等[1]。導管架基礎作為一種重量輕、海床地  質條件適應性好、穩(wěn)定性好、適合較深海域的海上  風電基礎，在歐洲海上風電場得到了廣泛應用]。 導管架灌漿連接段是整個海上風電導管架基礎結  構承上啟下的關鍵部位[8]。風電機組、波浪和洋流  等載荷主要通過導管架結構經(jīng)混凝土傳遞至鋼管  樁，鋼管樁再把載荷傳遞到海床。而導管架基礎和  樁基連接主要通過灌漿方式進行，灌漿質量直接影  響到導管架的整體穩(wěn)定性能和安全性[4-]。

海上風機結構所受到的力極為復雜，包括：風 機葉片和風機自身旋轉以及塔桶造成的風機載荷、 波浪力、潮流力、船舶的撞擊力等，這就決定了近海  風電導管架基礎的灌漿連接尤其重要，尤其是在灌  漿材料的選擇和灌漿質量的控制等方面的要求將  更加嚴格。此外，特殊的攪拌工藝、特殊的泵送灌  漿、水下灌漿、特殊的施工要求以及特殊的外海施 工條件等因素決定了導管架灌漿施工難度大。

目前，筆者所在單位成功完成了桂山、響水、東 臺、濱海等多個導管架灌漿項目，多個施工案例的

成功實施，都證明了合理設計灌漿工藝的必要性和  有效性。本文針對導管架結構灌漿工藝進行研究， 分析了導管架灌漿工藝及其施工過程中的難點，為  我國海上風電基礎建設提供參考。
1  導管架基礎

導管架基礎有兩種結構形式：先打樁導管架和 后打樁導管架。兩種導管架形式主體結構相同，先 打樁導管架支撐腿末端不用設置樁靴，而后打樁導 管架基礎支撐腿末端設置樁靴。導管架基礎主體 為框架對稱結構，均為鋼制材料。導管架結構主要 分過渡段、導管架基礎主體兩部分，過渡段包括主 筒體、主斜撐、平臺甲板等結構。
1.1 導管架灌漿區(qū)域

導管架灌漿施工作業(yè)在專業(yè)灌漿船上進行，在 打樁、下部導管架施工等工序完成后進行。灌漿施 工范圍為導管架與鋼管樁之間的環(huán)形空間(圖1)。
1.2 導管架灌漿流程
導管架安裝完成后，灌漿工作船駛入→拋錨使 船停靠在有灌漿終端面板的導管架一側 →連接灌 漿管→ 向環(huán)形空間壓注淡水，檢查密封性→灌漿前 向灌漿管壓注潤管料，濕潤灌漿管道→灌漿料拌制 →泵送灌漿材料→當溢漿口有濃漿溢出，即完成單 樁灌漿→連接導管架同側另一根樁灌漿管線，進行 灌漿→ 同側導管架灌漿完成后，移動灌漿管至另一

下部，由下往上進行頂漿作業(yè)。此時，位于導管架 底部的封隔器的作用就是在灌漿過程中，防止導管 架底部漏漿，確保灌漿成功。因此，封隔器是導管 架平臺中一個非常重要且必不可少的部件。目前 國內外常規(guī)采用的封隔器主要有兩種形式：氣囊式 (Inflatable      GroutPackers) 和機械式(Mechanical   Grout   Seal)。
2.2.1 氣囊式封隔器
氣囊式封隔器安裝于樁套筒底部，主要包括

圖1

導管

架灌漿施工區(qū)域示意

圖

側，對另外兩根樁進行灌漿。
2 導管架灌漿施工難點

導管架灌漿是整個風電基礎結構施工的一項 關鍵技術，灌漿的成功與否直接關系到風機基礎結 構抵抗環(huán)境載荷的能力和壽命。灌漿管線布置、封 漿結構和灌漿料的性能等因素都決定灌漿能否 成功。
2.1 導管架灌漿管線布置

海上風電導管架灌漿管線布置對灌漿施工質 量影響很大。灌漿管線通常采用雙管線系統(tǒng)(一主 一備),以防止灌漿管線的堵塞。如，導管架灌漿高 度比較大，可以適當考慮增加備用灌漿管線。管線 布置方式，可以在水下預留快速接頭派潛水員攜帶 灌漿管進行水下對接；也可以將灌漿管線沿導管架 外壁向上延伸至水面以上，并通過軟管連接至灌 漿泵。

灌漿管線通常采用50 mm 以上無縫鋼管或橡 膠軟管。灌漿口的設計采用圓形外包管形式，設置 在所需灌漿空間的底部，焊接在導管架套筒外壁 上，內部沿圓周方向開6或者8只灌漿嘴。這種設 計方式，可以使灌漿從底部開始，并且均勻進行，確 保灌漿的質量。

導管架灌漿作業(yè)在船上進行，但船機無法完全 貼近待作業(yè)鋼管樁，且導管架樁腿相對距離較大。 灌漿軟管應保持一定長度的彎曲段才能接入預制  灌漿管線，也要求船機和待作業(yè)鋼管樁之間有一定  距離。

Paker Can 、Paker Element 、Retaining Ring 等。氣 囊式封隔器的工作原理是先將封隔器橡膠囊安裝 在導管架導管的底部，同時安裝氣壓傳輸管路。然 后在導管架海上就位及打樁完成后，準備灌漿前， 采用氣壓設備使橡膠氣囊充氣來封閉導管與樁之 間的環(huán)形空間。
2.2.2 機械式封隔器

機械式封隔器的工作原理和結構形式相對簡 單，主要是依靠打樁作業(yè)時，樁體穿過爪形環(huán)形橡 膠墊，樁體與橡膠墊之間相互擠壓，緊密接觸，產(chǎn)生 摩擦力來抵抗灌漿時灌漿液和海水對橡膠墊產(chǎn)生 的壓力。