龙源江苏蒋家沙(沉桩施工专项方案)

龙源江苏蒋家沙300MW海上风电项目

基础施工工程

钢管桩沉桩专项施工方案

南通市海洋水建工程有限公司

2016年12月

第1章工程概况及特点

1工程概况

1.1工程简述

龙源江苏蒋家沙300MW海上风电场位于江苏省海安县省管区海域，场区四周为东台、海安和如东海域，风电场中心离岸距离约17km。风电场初拟安装75台4.0MW 风力发电机组，总装机容量300MW。本阶段代表性机型为4MW风力发电机组，为变桨变速机型，转轮直径136m，轮毂高度90～96m。风电场配套建设一座220KV海上升压站，拟以一回220KV海底电缆就近接入陆上集控中心。

本项目风机基础中46台风机采用单桩基础型式，29台风机采用三桩导管架基础型式，本项目Ⅱ标段为29台风机基础采用三桩导管架基础型式，三桩导管架基础中有14台基础的平均高潮位时水深达8米以上(深水区)。

风电场地理位置示意图见图1.1-1。

蒋家沙300MW海上风场

图1.1-1 风电场地理位置示意图

1.2 工程地质

1.2.1 地形地貌及环境条件

本项目位于东沙南部，东沙垦区边缘，紧邻如东海域，风电场区域大部分水深在8m以内，部分在理论最低潮面以上，风电场场区呈不规则多边形，东西最长约

为22km，南北宽约为7km，规划海域面积约100km2。属滨海相沉积地貌单元。场区东南侧局部存在沟槽，沟槽深约 5m，宽约 100m。

1.2.2 地基土的构成与特征

本场区勘探深度范围内上部①～③层为第四系全新统（Q4）冲海相粉土、粉砂，下部为上更新统（Q3）陆相、滨海相沉积物。共分五个大层，根据土性及物理力学性质细分为9个亚层。

1.3 工程重点

1.3.1 进度控制的重点

本工程项目风机基础在海上潮间带（布置15基）、深水区（布置14基）均有布置，海上施工情况复杂、不可遇见性的事比较多，海上潮间带海域滩面相对较高，对施工船舶的移船和运输船舶的靠泊影响较大；遇有大风大浪天气将会严重影响施工进度。所以在施工进度的控制方面将面临较大的挑战。比如海上天气情况、潮汐情况等都是进度控制的重点。

1.3.2施工船舶及与之配套船舶多

为了满足江苏蒋家沙300MW海上风电项目风机基础施工工程Ⅱ标段的施工需要，风机基础施工船舶主要包括钢构运输、沉桩、导管架吊装、灌浆、拖轮锚艇等，本我司将在海上设立海上指挥中心并设现场船舶调度一名，及时有效的对各施工船舶进行合理的调配，确保各施工船舶有效施工。

第2章基础沉桩方案

2.1 潮间带钢管桩沉桩

2.1.1 沉桩船沉桩设备的配备

我司投入苏连海起重8#作为本项目的沉桩工程船，苏连海起重8#上主要配备600T全回转海工吊、PVE-200M液压振动锤1套、IHCS600液压冲击锤1套、翻桩系统一套（用于半浮态沉桩，主要由1个翻桩台架、2个马鞍形台架、1台辅助卷扬机、桩端托桩工装件组成）。

2.1.2 潮间带沉桩工艺流程

本节是三桩导管架基础承台风机基础施工的关键，关系到上部导管架钢结构承台的制作、安装及整体力学性能。下面就单台导管架基础承台钢管桩沉桩施工的工艺流程进行说明。

各桩位点测量定位（采用2米φ18钢筋作定位桩）→打桩船舶定位（根据沉桩船舶苏连海起重8#上600T全回转海工吊工作半径和工作荷载综合考虑定位）→钢管桩运桩船靠泊→将待沉钢管桩平吊至沉桩船上设置的马鞍形台架与翻桩台架上→安装钢管桩桩端托桩工装件→300T主钩（两个300T主钩头，吊重共计600T）与150T副钩平吊液压振动锤并夹紧钢管桩桩头→安装竖向起桩扁担横梁→300T主钩与翻桩系统配合起吊竖桩→将振动锤连同钢管桩起吊至沉桩点位置并精确定位对桩→液压振动锤施打钢管桩（定桩）→桩位及垂直度进行校正→液压振动锤至极限（根据地质报告振动锤沉桩深度约为40m）后吊离→S600液压冲击锤吊装→二次进行桩位及垂直度观测校正→沉桩至设计标高→成桩后测量并绘制成图。

苏连海起重8#打桩船潮间带沉桩工艺流程见图2.5-5。

2.1.3 船舶定位

由于本项目沉桩作业采用的是吊打的施工工艺，因此沉桩船舶定位无需特别精确到具体沉桩点位，船舶定位需根据船舶配备的600T全回转海工吊工作半径和工作负载综合考虑确定。进行船舶定位时，应遵循海水涨落潮规律，船舶应与涨落潮方向平行，以减少潮水对船舶冲击位移。在退潮时再进行相对精确的船舶定位，通过桩位点上的浮标及拉绳，确认桩位点，然后通过锚机收缩四角锚绳进行精确定位，定位后船舶位置满足吊机起吊工作半径要求即可，确保船舶座滩后能进行沉桩施工，

最后拉紧锚绳，即可开始钢管桩沉桩施工准备工作。吊打工艺中一次船舶定位可沉多根桩减少了船舶定位次数。

根据我司以往在各海上风电项目的施工经验综合考虑，技术文件中沉桩方案桩长按65m，单根桩重124T进行叙述，PVE-200M液压振动锤36T（连同液压油管路），钢管桩与振动锤联合体最大重约160T，IHCS600液压冲击锤重约130T，因此苏连海起重8#打桩船定位时所配备的600T全回转海工吊工作半径和负荷能满足钢管桩与振动锤联合体（沉桩时所吊物件的最大重量）起吊至各桩位点位置即可。钢管桩运输船趁高潮位进场，停泊于苏连海起重8#船舷，并用缆绳拉锚好。

图2.5-5潮间带沉桩工艺流程图600T全回转海工吊起重能力工况数据表见图2.5-6。

图2.5-6600T 全回转海工吊起重能力工况数据表

苏连海起重8#打桩船潮间带沉桩时平面布置图见投附-2.5-01潮间带钢管桩沉桩平面布置图。

2.1.4 钢管桩与振动锤联合体起吊方案

为提高工效，钢管桩运输船靠泊完成即可进行沉桩作业。钢管桩与振动锤联合体起吊操作步骤如下：

（1）为提高功效，用600T 海工吊上280T 副钩（副钩起重速度相对较快，单根桩重约124T ）将运输船上待沉钢管桩平吊至沉桩船上特设的马鞍形台架和翻桩台架上，目的一是将钢管桩整体垫高，以方便PVE200M 液压振动锤横向夹桩，二是通过翻桩系统中的桩端托桩工装件能起对600T 海工吊的保护作用，防止钢管桩在竖向起桩时当桩成一定斜度桩重心位置处于船外时，桩端瞬间下坠的作用力对吊机产生损伤。钢管桩平吊至沉桩船上马鞍形支架和翻桩台架上示意见图2.5-7。

图2.5-7钢管桩平吊至沉桩船上马鞍形支架、翻桩台架示意图

（2）600T 海工吊上的300T 主钩（共2个）与280T 副钩配合起吊PVE200M 液

压振动锤，将振动锤从竖向状态转为平躺方向，两个钩头配合将振动锤准确夹住桩马鞍形台架

马鞍形台架 翻桩台架

头，并启动液压振动锤夹紧待沉钢管桩桩头，安装桩端托桩工装件。PVE200M液压振动锤平吊夹桩示意图见图2.5-8。

图2.5-8PVE200M液压振动锤平吊夹桩示意图

（3）检查PVE200M液压振动锤夹具，确认液压振动锤夹桩成功后，300T吊钩和280T吊钩松钩，将300T主钩头与竖桩横梁上部吊点的钢丝绳挂钩，与此同时竖桩横梁下部所设的两根钢丝绳与钢管桩桩头预留对称起吊孔用卸扣连接，PVE200M 液压振动锤顶端吊点与横梁中心吊点用钢丝绳连接，以做保险增加安全系数，此吊点将作为沉桩结束吊离液压振动锤时的吊点使用。

钢管桩、振动锤联合体竖向起吊工作准备完毕，600T海工吊300T主钩慢慢起钩，指挥人员指挥吊机在竖桩起吊时与辅助卷扬机同时操作，保持卷扬机钢丝绳受力，从而使桩端托桩工装件稳住桩端，防止当钢管桩起吊成一定角度，钢管桩重心位置处于船尾之外时瞬间下坠所起的作用力对600T海工吊吊臂产生损伤和不安全因素。钢管桩、液压振动锤联合体竖向起吊示意图见图2.5-9。

图2.5-9钢管桩、PVE200M液压振动锤联合体竖向起吊示意图

辅助卷扬机和桩端托桩工装件共同作用示意图见2.5-10。

辅助卷扬

卷扬机钢丝绳

桩端托桩工装件

图2.5-1045T卷扬机和桩端托桩工装件共同作用示意图钢管桩与振动锤联合体起吊图见投附-2.5-02钢管桩与振动锤联合体竖向起吊图。

2.1.5 振动锤和钢管桩联合体起吊对桩并施打钢管桩

钢管桩和液压振动锤联合体起吊至竖直状态时，600T吊机将钢管桩慢慢起吊回转至沉桩点处进行对桩，以桩中心点为圆心画所沉钢管桩直径的圆，并做好圆象限点标示，在钢管桩下放过程中，指挥人员指挥吊机通过旋转调整位置，确保钢管桩圆心与桩位圆心尽量切合，保证桩位偏差在允许误差范围内。在钢管桩与桩位契合后，慢慢松钩，此时300T主钩头承受30-40T力即可，防止全部松钩导致桩体倾斜过大，钢管桩由于重力作用自由下沉，并校正钢管桩垂直度，在钢管桩垂直度满足设计要求后，启动PVE200M液压振动锤进行沉桩操作。

PVE—200M液压振动锤参数见表2.5-1。

表2.5-1 PVE-200M液压振动锤参数表

PVE—200M液压振动动力站主要技术指标参数见表2.5-2。

表2.5-2 PVE-200M液压振动锤动力站主要技术指标参数表

PVE—200M液压振动锤吊打沉桩现场见图2.5-11。

图2.5-11PVE-200M液压振动锤现场吊打沉桩图

当液压振动锤沉桩至极限状态时，停止液压振动锤，解除扁担梁与钢管桩连接的卸扣，松开液压振动锤夹具并起吊振动锤至船舶甲板面，更换IHCS600液压冲击锤进行钢管桩的补打，并将桩沉至设计标高。

IHCS600液压冲击锤技术性能参数如表2.5-3。

表2.5-3 IHCS600液压冲击锤主要技术指标参数表

IHCS600液压冲击锤海上现场沉桩见图2.5-12。

图2.5-12IHCS600液压冲击锤海上现场沉桩图

2.1.6 钢管桩的桩身垂直度校正

钢管桩的校正采用两台经纬仪在滩面成90°夹角对桩体的垂直度进行校正测量，同时起重指挥人员根据测量人员提供的数据指挥吊机通过旋转、起趴吊臂来对钢管桩进行垂直度的校正，在沉桩过程中需对垂直度进行持续的观测与校正，直到垂直度偏差在允许偏差范围内，并报监理工程师验收复核。沉桩结束后再次测量所沉桩的垂直度，并报监理工程师验收。

2.1.7 钢管桩沉放过程控制事项

钢管桩沉放先采用PVE-200M液压振动锤，当PVE-200M液压振动锤发挥至极限时，换用IHCS600液压冲击锤将桩沉至设计标高，并在钢管桩顶部设置高程控制线，采用水准仪对桩顶高程进行控制为了能有效控制标高，在钢管桩桩身上做好尺寸标记，便于能在达到设计标高前及时停止施打。为利于上部基础承台的吊装施工，钢管桩顶设计允许偏差：纵轴线倾斜度偏差＜1%；中心位置允许偏差＜50mm；高程允许偏差为＜50mm。

在沉桩过程中碰到下列情况应暂停打桩，查明原因后报现场监理经监理同意后再按处理方案施工：①沉桩过程中桩的贯入度发生突变；②桩身突然倾斜、跑位；

③地面明显隆起、临桩上浮或桩位水平移动过大；④桩身回弹曲线不规则。

2.1.8 桩位成型定位测量

沉桩结束后，采用全站仪对各钢管桩的中心平面位置、桩顶高程及桩体的垂直度进行精确测量，测量时坚持换手复核制度，使用不同的方法计算、施测。

施工船舶撤离前需在桩头焊接警示标志，并安装夜间警示灯，以确保桩位安全和过往船舶安全。

2.2 深水区钢管桩沉桩

根据相关文件资料显示龙源江苏蒋家沙300MW海上风电项目风机基础施工工程Ⅱ标段三桩导管架基础在潮间带和深水区域均有分布，深水区域布置约14基三桩导管架基础，潮间带和深水区沉桩的区别是潮间带区域沉桩能够将待沉桩位点精确的标记在滩面上，深水区域即使低平潮时水深也较深，施工船舶处于浮态状态，加大了对沉桩点精确控制的难度。我司根据本工程深水区域特点，特此投入定位浮箱做为沉桩辅设备，且我司拥有在龙源如东200MW扩建工程近海深水区导管架基础成功施工的经验。投入的定位浮箱示意见图2.5-13。

图2.5-13定位浮箱示意图

2.2.1 深水区沉桩船沉桩设备的配备

我司在潮间带和深水区均采用苏连海起重8#作为沉桩船，除在潮间带沉桩施工中主要配备600T全回转海工吊、PVE-200M液压振动锤1套、IHCS600液压冲击锤1套、翻桩系统一套（由1个翻桩台架、2个马鞍形台架、1台辅助卷扬机、桩端托桩工装件组成）外，增加DZ60振动锤一套（用于定位浮箱定位桩沉桩）、自制沉桩定位浮箱一套。

2.2.2深水区沉桩工艺流程

本节对单台深水区导管架基础钢管桩沉桩施工的工艺流程进行如下说明：

打桩船舶定位（根据沉桩船舶苏连海起重8#上600T海工吊浮态下工作半径和工作荷载综合考虑定位）→定位浮箱就位→定位浮箱定位桩沉桩→运桩船靠泊于打桩船→将待沉钢管桩平吊至沉桩船上设置的马鞍形台架与翻桩台架上→安装钢管桩桩端托桩工装件→300T主钩与150T副钩平吊液压振动锤并夹紧钢管桩桩头→安装竖向起桩扁担横梁→300T主钩与翻桩系统配合起吊竖桩→将振动锤连同钢管桩起吊至定位浮箱桩位孔进行桩就位→液压振动锤施打钢管桩（竖桩）→桩位及垂直度进行校正→液压振动锤至极限后（根据地质报告振动锤沉桩深度约为40m）吊离→定位浮箱桩位液压抱箍器打开→定位桩拔除→定位浮箱撤离→S600液压冲击锤吊装→二次进行桩位及垂直度观测校正→沉桩至设计标高→成桩后测量并绘制成图。单台深水区导管架基础沉桩工艺流程见图2.5-14。

2.2.3 船舶定位

打桩驳定位前先行派出自航船去沉桩机位中心点进行标记，技术人员携带GPS 测量仪器一同前往，在沉桩机位中心点抛投带浮标的重物进行机位中心点标记，打桩驳根据标记浮标进行抛锚定位。船舶定位时，应遵循海水涨落潮规律，船舶应与涨落潮方向平行，以减少潮水对船舶冲击位移。测量人员携带GPS站在定位浮箱停泊侧，指挥船员通过绞收锚绳大概将定位浮船停泊的位置预留出来，完成初步定位。打桩船船舶定位后吊机中心距离机位中心位置满足在浮态下600T海工吊工作半径和负荷满足PVE200M液压振动锤和待打钢管桩联合体（沉桩时所吊物件的最大重量）能起吊至各桩位点位置即可。

打桩船初步定位结束后，将定位浮箱拖至打桩船指定为定位浮箱预留停泊侧，定位浮箱尾部抛尾锚，便于定位浮箱沉桩后撤离，通过铰收锚绳即可离开机位。头部通过缆绳与打桩船相连接。测量人员再次携带GPS上定位浮箱，在定位浮箱中心点出通过指挥打桩船绞收锚绳进行中心点精确定位。定位浮箱施工现场就位如图2.5-15。

图2.5-14深水区导管架基础沉桩工艺流程图

图2.5-15定位浮箱施工现场就位图

苏连海起重8#打桩船深水区沉桩平面布置图见投附-2.5-03深水区钢管桩沉桩平面布置图。

2.2.4定位浮箱定位桩施打

定位浮箱精准定位后，便可进行定位浮箱定位桩的施打。定位浮箱中间定位桩起吊（桩与锤联合起吊）、沉桩方式（吊打工艺）与潮间带钢管桩沉桩工艺一致，不同的是中间定位桩由于管径较基础钢管桩小，沉桩所采用的是DZ60振动锤。定位桩沉桩点位于定位浮箱中心预留孔洞，定位桩沉桩深度控制在10m左右，只需将定位浮箱稳定，还需考虑便于后续定位桩的拔除。定位浮箱中心定位桩现场沉桩如图2.5-16所示。

2.2.5 导管架基础钢管桩竖桩

定位浮箱定位桩沉桩结束，便可进行基础钢管桩竖桩，基础钢管桩振动锤夹桩、振动锤钢管桩联合体竖向起吊方案见2.4.2.4钢管桩与振动锤联合体起吊方案，此节不再一一详述。振动锤与钢管桩整体在定位浮箱的预留桩位点（液压抱桩装置）处对桩，钢管桩桩位点（液压抱桩器）对桩现场见图2.5-17所示。

待PVE200M液压振动锤沉桩至极限状态，吊离液压振动锤，重复上述步骤，连续在定位浮箱液压抱桩装置中竖桩，第1、2根钢管桩现场竖桩如图2.5-18所示。

第3根钢管桩现场插桩如图2.5-19所示。

图2.5-16 定位浮箱中心定位桩现场沉桩图

图2.5-17 钢管桩桩位点（液压抱桩器）对桩现场图

图2.5-18 第1、2根钢管桩桩现场竖桩图

图2.5-19 第3根钢管桩桩现场沉桩图2.2.6 定位浮箱撤离

定位浮箱撤离步骤如下：

（1）液压抱桩装置打开

三桩导管架基础3根钢管桩全部插桩结束，且PVE200M液压振动锤沉桩至极限后，液压抱桩装置打开，液压抱桩装置打开见图2.5-20。

图2.5-20 液压抱桩装置打开图

（2）定位桩拔除

起吊DZ60振动锤，并精确夹住定位桩桩头，检查无误后，启动DZ60振动锤将浮箱定位桩拔除。定位桩拔除现场见图2.5-21。

图2.5-21 定位拔除现场图

定位桩拔除吊离后，通过定位浮箱尾部的锚机绞收锚绳，使定位浮箱离开机位，再用锚艇或拖轮将定位浮箱拖至下一沉桩机位。

2.2.7IHCS600液压冲击锤沉桩至设计标高

待定位浮箱撤离机位，起吊IHCS600液压冲击锤将钢管桩沉至设计标高。

2.2.8 钢管桩垂直度的控制

深水区沉桩工艺相对潮间带沉桩工艺垂直度控制较为繁琐，由于水深较深，即使最低潮时滩面无法露出，打桩船始终处于浮态，根据此情况，需增设测量平台，两个测量平台的设置大概与机位成90°夹角即可。同时起重指挥人员根据测量人员提供的数据指挥吊机通过旋转、起趴吊臂来对钢管桩进行垂直度的校正，在沉桩过程中需对垂直度进行持续的观测与校正，直到垂直度偏差在允许偏差范围内，并报监理工程师验收复核。沉桩结束后再次测量所沉桩的垂直度，并报监理工程师验收。

深水区沉桩测量平台现场布置见图2.5-22。

图2.5-22深水区沉桩测量平台现场布置图

2.2.9 桩位成型定位测量

钢管桩全部沉桩结束后，需测出各桩位实际沉桩点位，后方加工制作厂以此数据为准加工总装导管架，测量方法与潮间带桩位测量方法一致，测量仪器为GPS和全站仪。施工船舶撤离前需在桩头焊接警示标志，并安装夜间警示灯，以确保机位安全和过往船舶安全。