超大直径钢管桩近海施工关键技术

中国港湾建设China Harbour EngineeringKey technologies for offshore construction ofsuper large diameter steel pipe pilesZHANG Yue-hui（Jiangsu Branch of CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Lianyungang,Jiangsu 222042,China ）Abstract ：In recent years,offshore wind power projects in China's coastal areas have been large-scale construction.As the foundation of the main bearing capacity,the pile foundation generally used in large diameter spiral welded steel pipe pile.The construction of super large diameter steel pipe pile driving puts forward higher requirements for the selection of piling hammer and replacement,the positioning method of stabilizing pile compare to the conventional pile driving bined with the steel pipe pile driving construction of Jiangsu Xiangshui offshore wind engineering,we introduced the key technology of theconstruction of large diameter steel pipe piles,including piling equipment,technological process and technical measures,and introduced some experiences on piling of offshore super large diameter steel pipe pile.The construction has good effect,meet the requirements of design and specification,can be applied for large -scale offshore wind power projects,wind tower engineering and port engineering.Key words ：offshore;wind power;super large diameter;steel pipe pile;key technology摘要：近年海上风电工程在国内沿海得到大规模建设，作为风机基础主要承载力的桩基，普遍采用螺旋焊缝超大直径钢管桩。

超大直径钢管桩沉桩施工对海上沉桩打桩锤及替打的选择、沉桩稳桩定位方式比常规沉桩工艺提出更高的要求。

文章结合江苏响水海上风电工程钢管桩打桩施工情况，阐述超大直径钢管桩施工主要关键技术，包括沉桩打桩设备选择、工艺流程和技术措施及经验等。

工程施工效果良好，满足设计和规范要求，可在大型海上风电工程、测风塔工程和港口工程中推广使用。

关键词：近海；风电；超大直径；钢管桩；关键技术中图分类号：U655.55文献标志码：B文章编号：2095-7874（2017）03-0057-04doi ：10.7640/zggwjs201703012收稿日期：2016-09-28修回日期：2016-12-20作者简介：张跃辉（1962—），男，江苏连云港人，高级工程师，副总工程师，主要从事港口、海岸及近海风电工程施工研究。

E-mail ：2428009845@超大直径钢管桩近海施工关键技术张跃辉（中交第三航务工程局江苏分公司，江苏连云港222042）第37卷第3期2017年3月Vol.37No.3Mar.2017近几年我国建设的风电场项目大多处于近海海域，水文、气象和地质等环境复杂多变，这给海上风电场施工带来诸多难点和风险[1]。

海上风电基础主要有单桩基础、多桩承台基础和重力式基础，单桩基础主要为超长超大直径的钢管桩[2]。

本文以江苏响水近海风电场为例，以单桩钢管桩施工为背景，介绍了超长超大直径钢管桩的设计与制作、打桩船系统的组成、稳桩平台结构、钢管桩沉桩工艺等，对沉桩打桩锤的选择、沉桩精度的控制等关键技术进行了较深入的分析。

1工程概况江苏响水近海风电场项目位于响水县外侧海域，风电场涉海面积34.7km 2，场区水深8~12m 。

地质以砂土及淤泥质土为主，粉土、粉砂及黏性土交互。

桩持力层为⑧-2层粉细砂：灰色，饱和，密实，偶见贝壳碎屑。

标贯实测锤击数为中国港湾建设2017年第3期32~65击，平均值47.2击。

项目16台风机采用单桩钢管桩基础，钢管桩采用下粗上细的变径开口桩，主要参数见表1。

2单桩施工特点和难点分析2.1单桩施工特点1）单桩桩长64~76m ，重520~620t ，全为超长、超重大直径直桩。

2）施工水域远离陆地，自然条件差，施工难度大，且要求桩身垂直度（桩顶法兰面水平度）偏差≤0.3%，较港内沉桩要求更高。

3）吊桩采用2艘起重船抬吊施工，施工中需要合理布置锚位。

4）分析地质条件将单桩沉至设计标高需选择大能量（600kJ 左右）的液压锤，经沉桩可行性分析，选择S800液压锤。

2.2工程难点1）本工程桩型适中，制桩对桩中线和桩顶平整度要求高。

2）考虑地质条件的前提下，将近6m 直径工程桩沉至设计标高需选择大功率冲击锤（500kJ 左右），因此沉桩作业重点在于选择合适的锤型。

3）高强度的沉桩锤击，易损坏桩顶法兰。

4）部分桩基位置由于存在粉质黏土夹粉土层，沉桩时有可能会产生溜桩5）本工程的最主要难点在于工程桩的精度控制，要求沉桩完成后的基础顶法兰面水平度（桩轴线倾斜度）偏差≤0.3%；当水平度偏差大于0.3%时，施工方应联系设计单位，协商解决方案。

2.3针对工程难点制定应对措施1）经沉桩可行性理论分析，选择S800或S1800液压锤可将工程桩沉至设计标高。

2）通过保护工装法兰的运用，使单桩顶法兰面上的应力水平大大降低，保护单桩顶法兰。

3）通过精确的GPS 定位技术保证单桩的绝对位置和高程偏差在设计要求范围内；采用2层钢桁架作为定向导向架来控制单桩沉桩的垂直度，通过自重入土、压锤入土、轻击至可调土层3个阶段的不断调整确保单桩质量指标。

3海上沉桩工艺流程与沉桩系统3.1海上沉桩工艺流程根据工程的施工环境与技术要求制订了钢管桩吊打的施工工艺[3]，具体施工工艺见图1。

3.2海上沉桩定位平台为确保大直径钢管桩沉桩工作的顺利进行，需搭设单桩定位平台（见图2所示）。

在平台上留出桩位孔，利用平台支架体系控制桩位偏差及桩身垂直度[4]。

辅助平台由4根辅助桩、平台主体及平台与桩的连接系统组成。

辅助平台设计尺寸17m ×15m ×6m ，上下2层桁架钢结构，总重约120t ，见图2。

定位平台上设置1套由数个50t 千斤顶组成的顶撑系统，以调整大直径钢管桩的垂直度。

定位平台的安装位置决定了以后钢桩沉桩的桩位，故必须严格控制稳桩平台定位的准确度，特别要控制下桩龙口的定位精度。

3.3船机选择本项目中单桩长度最大为76m ，按最不利低图2沉桩定位平台Fig.2Positioning platform forpiling表1钢管桩主要参数表Table 1Steel pipe pile main parameter table桩径/m ϕ5.6~4.3，10根ϕ5.8~4.3，6根桩重/t 520~620桩长/m 64~76入土深度/m 46~57桩顶高程/m+10顶法兰面水平度/%≤0.3图1沉桩工艺流程图Fig.1Flow chart of pile driving58··2017年第3期图3工装保护法兰结构图Fig.3Piling protection flange details表2典型机位沉桩可打性分析表Table 2A typical pile drivability analysis table机位桩径/m 桩长/m 入土深度/m锤型理论锤击数/击理论停锤贯入度/mm最大锤击压应力/MPa1号 5.67255.5S8005383 4.7802号5.67255.5S1*******11.9109潮位-2m 考虑起重船吊钩吊高，吊钩离水面吊高最少需满足平台高度、吊钩和钢丝绳长度和桩底安全距离要求，主吊船选用吊高超过90m 的1500t 全回转起重船，单桩起吊立桩时增加1艘500t 起重船辅助抬吊立桩。

3.4打桩锤选择合理选择打桩锤是沉桩施工成败的关键，桩锤的选择主要考虑以下两点：1）桩的类型（是斜桩或是直桩）、桩身结构强度（牵涉到桩的材质———混凝土管桩或钢管桩等）、桩的长度、桩群密集程度及排布方式；2）沉桩区域的地质条件、土体的密实程度（通常以标贯击数为指标）不同所需桩锤的冲击能量相差很大，从某种意义上来说，沉桩区域的地质条件为沉桩锤击设备选取的决定性因素[5]。

选择夹砂层较厚达30m 的2座典型机位进行沉桩可打性分析，结果如表2所示。

因此，本项目选用S800液压锤进行单桩施B3.6防溜桩措施在单桩自重作用下，单桩下沉至泥面以下一定深度后停止下沉，但部分桩基位置由于存在粉质黏土夹粉土层，沉桩时有可能会产生溜桩[6]。

为了防止单桩溜桩对稳桩平台龙口的破坏，杜绝船机、人员安全事故的发生，制定了相应的应对措施：1）单桩在自重入土稳桩后，用起重船起吊S800锤及其锤底座进行压桩；2）做好现场沉桩资料与地质资料的分析，在单桩距离粉质黏土夹粉土层1m 时，减少液压锤锤击能量和锤击频率；3）根据码头沉桩施工经验，可采取隔天复打，以检验桩周土对桩基握裹的时效效应；4）液压锤上钢丝绳采取长绳扣挂锤，以避免单桩突然溜桩下沉，将液压锤带下的情况发生。

4沉桩施工过程控制措施沉桩施工过程控制主要分为6个阶段，分别为入龙口阶段、自重下沉控制阶段、开锤前垂直度确认阶段、正常沉桩垂直度可调阶段、连续沉张跃辉：超大直径钢管桩近海施工关键技术工，可顺利将工程桩沉至预定标高，但锤击数偏高，拟采用桩底焊接破土环等措施减少锤击数。