海上风力发电机组钢制基桩及承台制作技术规范

中能电力科技开发有限公司、江苏海上龙源风力发电有限公司、江苏龙源振华海洋工程有限公司。

苏萌、王淼、崔立川等。2100433B

适用于新建、改建和扩建的海上风力发电工程。

﹡《建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003》

﹡《公路工程基桩动测技术规程JTG/TF81-01-2004》

﹡《铁路工程基桩无损检测规范TB10218-99》

承台是桩与柱或墩联系部分。承台把几根，甚至十几根桩联系在一起形成桩基础。承台分为高桩承台和低桩承台：低桩承台一般埋在土中或部分埋进土中，高桩承台一般露出地面或水面。高桩承台由于具有一段自由长度，其周围无支撑体共同承受水平外力。基桩的受力情况极为不利。桩身内力和位移都比同样水平外力作用下低桩承台要大，其稳定性因而比低桩承台差。

高桩承台一般用于港口、码头、海洋工程及桥梁工程。低桩承台一般用于工业与民用房屋建筑物。桩头一般伸入承台0.1米，并有钢筋锚入承台。承台上再建柱或墩，形成完整的传力体系。

近年来由于大直径钻孔灌注桩的采用，桩的刚度、强度都较大，因而高桩承台在桥梁基础工程中已得到广泛采用。

海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法适用范围

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》适用于在水域开阔的通航孔桥，桥墩设计了防撞钢结构的高桩承台施工。起重船的起重能力能够满足防撞钢结构的整体吊装要求，施工水域的通航条件满足起重船的通航净空要求。

海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法工艺原理

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的工艺原理叙述如下：

将承台施工所用套箱与桥墩的防撞钢结构结合起来设计，承台施工完成后，套箱不拆除，继续作为桥墩的防撞结构使用。

其中的关键技术是钢套箱与防撞设施的结合设计，即如何让防撞结构满足套箱施工要求，同时又不得影响防撞钢结构的防撞功能。提出防撞设施与钢套箱一体化这一思路时，在海上，必须解决波浪力的冲击问题，否则将直接影响到套箱的稳定性，同时也会影响新浇混凝土质量。经过与上海市船舶研究所的多次探讨，并进行了数模、物模试验，最终采用了在防撞设施上开设消能孔以减小波浪力的冲击，满足了设计要求。作为套箱施工所需的内模、底板系统、吊装系统与防撞结构之间采用栓接，便于防撞结构的拆换，同时还不影响其防撞功能。

海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法施工工艺

• 防撞钢套箱结构形式

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的防撞钢套箱结构形式有：

一、防撞结构

防撞设施的结构设计满足沿海钢质海船的规范要求，防撞设施主体的结构由内、外围壁，底板，上甲板，下甲板，纵、横舱壁等板架构件组成。侧板分段制做，用高强螺栓连接。内围板上安装防撞橡胶件并加厚壁板，如图1。

二、套箱侧模结构

利用防撞钢结构作为承台模板的受力骨架，在缓冲橡胶之间加木肋，木肋与橡胶同高度。木肋与橡胶外安装竹胶板，形成承台施工所需的侧模，如图2。

三、套箱底模结构

套箱底篮由底板桁架和焊接在桁架下弦杆上的面板组成。底板桁架用型钢焊接而成，底篮直接浇在封底混凝土中。套箱底篮是浇筑封底混凝土的承重结构，也与封底混凝土一起作为承台混凝土的承重结构。

套箱底篮与防撞结构内围壁栓接成整体，这样，防撞结构与套箱底、侧板一起组成了防撞钢套箱，如图1。

四、套箱支撑支承系统

套箱由钢制牛腿支承。由于受水位影响，牛腿做成倒挂形式，以便与钢护筒有足够的焊接时间。

套箱顶部用圆钢管支撑，其作用一是平衡侧板水平荷载，二是作为套箱整体吊装撑架，平衡吊索水平分力。支架呈X形布置，使套箱上口空间利于承台施工。套箱顶部支撑与底篮之间设有竖向钢管支撑，以加强套箱的整体刚度，如图3。整体效果图见4。

五、套箱消能结构

由于防撞钢套箱的外形尺寸较普通钢套箱大，因此，作用在套箱上的波浪力也较大，这对套箱各施工工况均有一定影响。

为了降低波浪对防撞钢套箱的作用力，设计时在套箱的侧板外围板开设消能孔，孔径在300～500毫米不等，如图5。

• 防撞钢套箱施工

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的防撞钢套箱施工如下：

一、防撞钢套箱施工流程图

防撞钢套箱施工流程见图6。

二、套箱底板桩位预留孔

要保证套箱顺利下放，套箱底板桩位预留孔开孔直径设计十分关键。基桩钢护筒直径为2.9米：在综合考虑施工环境和测量精度的情况下，经综合考虑后将套箱底板预留孔直径设计为3.2米。

三、套箱下放导向装置

在承台四角的基桩钢护筒上设计4个圆台形导向装置，并在导向装置上涂上醒目颜色。

四、套箱固定装置

套箱固定包括竖向反压和水平限位两个方向，竖向反压装置由反压牛腿及型钢、螺旋千斤顶等临时反压装置组成，水平限位装置由支撑钢管和螺旋千斤顶组成，套箱就位后可直接通过调节千斤顶加以固定。

由于套箱下放就位后可供套箱固定的时间很短，约2小时，因此，套箱转运前将竖向反压装置和水平限位支撑架事先放在套箱相应位置。

五、吊装系统

500吨左右的套箱整体吊装即使不是海洋环境，也属大型设施起吊安装作业，起吊方案必须精心设计。吊装方案设计包括选择浮吊、确定起吊高度；吊索、吊具计算选择；吊耳、支撑系统设计以及吊装作业场地布置。

六、套箱加工

1.基桩钢护筒偏位测量

由于套箱底板预留孔位置来源于基桩钢护筒平面位置测量，因此，测量错误直接影响套箱下放就位。为了使测量精度满足设计要求，测量工作分初测和精测两步进行。

1）为了不影响承台施工进度，在基桩施工时对基桩钢护筒的偏位进行初测。作为套箱底板初加工的参考。

2）基桩施工完毕，拆除钻孔工作平台上的钻孔设备，测量条件相对较好，测量小组再对基桩钢护筒的偏位进行精测，此次测量作为套箱底板加工预留孔位置的修正和最终依据。

2.套箱加工

钢套箱在工厂整体加工制做。套箱底板桩位开孔以基桩钢护筒初测数据为依据，当基桩施工完成、钢护筒精测数据出来后再对底板开孔进行修正并用全站仪或经纬仪进行检测。钢套箱转运前按规范对加工质量进行验收并试吊，验收通过后方可转运。

七、整体钢套箱安装

1.起重船的选择

根据套箱设计重量、几何尺寸及起重船的起重参数和施工环境选择适合的起重船。

2.选择拖航时间

钢套箱在加工厂一旦出港，就应从天气上考虑能使后续工序连续施工。如果钢套箱在海上（桥位处）停放时间过长，不但不经济而目不安全。因此，选择拖航时间是件重要而又比较困难的事，要求套箱拖航必须满足以下条件：

1）出航时航线所经海域风力小于7级。

2）中长期天气预报（20天以内）无台风等灾害性天气发生。

3）从天文潮汐规律方面考虑，套箱应在小汛期接近低平潮时安装就位。

3.拖航

拖轮二艘，主拖轮马力3000马力，位于驳船前方，用拖缆软拖，副拖轮马力1600马力，位于驳船一侧，除提供辅助拖航动力外，协助主拖轮控制航行方向。

4.锚治泊

船队到达施工墩位附近后按事前安排抛锚停泊，浮吊横桥向停泊在安装墩一侧（靠长江口一侧），定位船与驳船横桥向停泊在浮吊前方，与桥墩间保持一定的安全距离。

5.起吊安装

1）准备工作

①指挥人员、测量人员、起重工、电焊工，安装限位支撑架人员按分工，准备进入岗位。

②浮吊挂上起重绳，准备在高平潮前后开始起吊作业。

2）起吊

一切准备工作就绪后，徐徐吊起钢套箱离开驳船500毫米左右，再次检查套箱受力与变形情况及浮吊工作状态，如无异常情况，继续起吊。

3）平移定位

套箱吊离驳船后，定位船及驳船即移至桥轴线的另一侧，浮吊通过收放锚缆，缓慢平稳地平移至墩位上方，瞄准导向架微调对位。

4）下放就位

①套箱下放工作在落潮水流相对平稳后开始，争取半小时内完成。

②对位观察人员先在套箱顶部观察对位情况，待套箱下降一定高度后进入箱内，一人一桩观察对位情况，并将观察情况报指挥员。

③指挥员根据仪器观测和肉眼观察情况指挥浮吊正确对位后缓慢下放套箱进入导向架，进而进入护筒顶部，然后停止下放，观察底板处各桩位就位情况和整体套箱偏位情况。

④分析观测情况，如有异常需及时采取相应措施；如无异常情况，以每500毫米一级逐级下放套箱，直至离牛腿面100毫米处暂停下放。

⑤经纬仪再次测读套箱位置，并尽可能参照测读数据调整套箱位置后继续下放套箱。重复上述步骤，最后将套箱下沉到位，如图7。

5）安装限位装置

①经检查（整体套箱就位精度、支承情况、底板孔位与护筒间相对位置等）套箱就位达到设计要求后，松钩50%。

②观察人员立即分组，快速安装水平限位支撑。待套箱四角的4个限位支撑基本就位后完全松钩，全部水平限位及竖向限位装置安装完成后，打开起重浮吊吊索销子，浮吊就地待命。

③在安装水平限位支撑的同时，迅速安装竖向临时反压装置，同时开始焊接竖向反压牛腿，这两项工作必须在潮水上涨至底板上桁前完成。

八、承台施工

1.承台封底

防撞钢套箱安装就位后，必须尽快封底，以降低海上风浪对套箱的影响，降低施工风险。

2.承台钢筋混凝土施工

承台混凝土采用海工高性能混凝土，混凝土除其强度与和易性必须满足设计和施工要求外，还必须具备海洋环境下防止钢筋锈蚀及抗冻、抗渗性能。与普通混凝土相比除强度与和易性两项质量指标外，还用电通量与氯离子扩散系数两项指标来衡量混凝土的密实度。一般要求海工高性能混凝土电通量值小于1000库仑，氯离子扩散系数小于1.5×10-12平方米/秒。

3.承台混凝土养护

承台钢筋混凝土施工与内河基本相同，承台内设冷却水管，混凝土采取"内散外蓄"的养护措施。

4.承台的防腐措施

为了满足承台的防腐要求，钢筋保护层垫块均采用高强度等级的混凝土垫块或高强度的塑料垫块，避免形成腐蚀通道。同时还要对承台分次浇筑的施工缝作如下处理：

1）严格按规范要求对第一次混凝土进行凿毛和淡水冲洗处理；

2）缩短前后两次混凝土浇筑的时间间隔，以减小两层混凝土间因收缩、徐变的不同而产生的附加内力；

3）采用低水化热的高掺合料混凝土；

4）第二次混凝土浇筑前对凿毛混凝土顶面进行淡水润湿至饱和，并铺一层1~2厘米厚的1:2水泥砂浆；

5）平接缝四周设工形橡胶止水带，如图8。

严格处理施工缝的目的是为了避免形成海水腐蚀通道，以提高承台的耐腐蚀性能。

• 现场管理

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的现场管理如下：

由于套箱安装时间短，一次性投入大型设备和施工人员多，因此现场的组织管理显得尤为重要。为此，经多次研究，确定了设备的就位、移动以及施工人员的指挥方式等，具体组织如下：

一、根据套箱起吊时间、潮水情况、船舶尺寸、风浪方向分别安排浮吊、驳船、定位船相对施工墩位的具体位置关系。

二、统一方位，统一指挥口令，统一指挥。

三、套箱下放时，套箱内观察员将套箱下放过程中的导向架与套箱预留孔位情况报告给指挥平台上总指挥，总指挥在综合所有观察员信息后统一指挥起重浮吊的平移方向或下放速度。

四、套箱下放就位后，套箱固定人员马上按事先安排好的程序进入各自指定位置，并按要求迅速固定套箱。