德國蒙克MHU800S液壓錘在海上風電工程的應用

□付振濤

一、工程概況

三峽新能源大連莊河海上海上風電項目220KV海上升壓站建造及安裝工程，下部基礎包括導管架和鋼管樁兩部分，導管架為4條豎直腿式桁架結構，主立柱規(guī)格為Φ2720mm，主立柱中心的尺寸24m×24m，導管架高度約33m；鋼管樁共4根，規(guī)格為Φ2500mm，單根鋼管樁長為107.7m，重量為301t。導管架吊裝就位完成后，進行鋼管樁的吊裝和沉樁作業(yè)。樁底設計標高-91.5m；樁頂設計標高為+11.5m。

圖1 升壓站示意圖

二、地質情況

①1層淤泥質粉質粘土混砂：層厚4.50～6.50m，層頂標高-20.20～-20.45m。

②層粉質粘土：層厚1.50～3.50m，層頂標高-24.90～-26.80m。

③層粉細砂：層厚2.30～7.90m，層頂標高-27.15～-28.70m。

⑤1層中細砂：層厚3.60～7.50m，層頂標高-29.45～-36.60m。

⑤2層中粗砂：層厚10.20～14.20m，層頂標高-36.95～-40.20m。

⑤2t層粘土：厚度為0.40～1.50m，軟塑狀，土質不均勻。

⑥2層砂卵礫石：以卵礫石為主，中粗砂充填，上部卵石粒徑一般2～5cm，層厚6.50～9.90m，層頂標高-50.10～-51.30m。

全風化泥巖：層厚12.40～22.60m，層頂標高-57.60～-60.10m。

強風化巖：石該層層厚大于20m，層頂標高為-72.40～-80.20m。

中風化灰?guī)r：石質地堅硬，巖芯多呈柱狀，巖芯采取率較高，層頂標高為-101.25m。

綜上所述，站址內第⑥2層砂卵礫石及以下全、強風化泥巖力學性質良好，均可考慮作為本工程海上升壓站基礎的樁基持力層，根據類似工程經驗，從場地地層分布和試樁情況看，鋼管樁穿透①1層、②層、③層、④層、⑤1層、⑤2、⑤2t層無難度；進入或穿透⑥2層砂卵礫石沉樁有一定的難度，尤其是局部卵石含量較高時沉樁存在較大難度，穿透全風化泥巖難度較小，進入強風化泥巖深度較大時，沉樁有一定難度。

表1 海上升壓站巖土層主要物理性能力學指標及樁基參數推薦值一覽表

三、施工工藝流程

圖1

四、采用MHU800S液壓錘進行沉樁施工

性能參數：如表2所示。

表2 MHU800S液壓錘性能參數

五、沉樁準備

第一，根據施打鋼管樁的直徑為Φ2.50米，套筒內部筋板改造，考慮鋼管樁的橢圓度，間隙控制在30mm～35mm。第二，錘組的組裝；根據施工需要，液壓管和控制線選擇160米。組裝海水泵，安裝控制柜動力電纜。第三，通過打開錘體上的手動液壓旁路閥，油流量控制在160～200升/分鐘，運轉20分鐘以上，以此排出液壓管中的氣體。第四，檢測高壓蓄能器的壓力；高壓壓力為165bar～180bar；低壓蓄能器壓力為4.5bar。檢測減震環(huán)的充氣壓力，壓力為200bar～300bar；如果樁墩傾斜度超過1:29或2度，減震環(huán)充氣壓力為300bar。第五，進行功能測試和水平測試，用以檢測液壓和電氣元件的技術狀態(tài)；海水泵系統(tǒng)測試。第六，根據海上沉樁經驗和地質情況，沉樁要盡可能一次沉樁到位，減少中間停滯時間。由于在沉樁過程要進行鋼樁的應力檢測，需要3～4個小時安裝應力檢測設備。結合地質情況，經過協商，綜合考慮“不排水抗剪切強度”、“樁的極限側阻力”、“樁的極限端阻力”的參數推薦值，選擇樁端進入⑤2中粗砂地層停錘并安裝應力檢測設備。第七，對于摩擦型樁是以標高為主，貫入度為輔。樁基依靠地層的摩阻力和嵌擠力實現樁基的承載力。為了減少本次沉樁可能發(fā)生的困難，將樁的下端部加工成刃角形式。如圖2所示。

圖2 下端部加工成刃角

六、錘擊沉樁過程

根據項目需要，將項目名稱、鋼樁規(guī)格、鋼樁名稱(E1、E5、A1、A5)、時間等參數提前預設輸入，為沉樁記錄的導出做好準備。

通過“宇航3000”起重船的500T鉤頭吊起液壓錘進行吊打施工，考慮錘套筒完全套入鋼樁后，在錘體自重的作用下，樁身可能下沉。要求錘頂卸扣鋼絲繩不能過于松弛。

為防止溜樁現象，開始打擊時，采用最低能量80KJ，低油速100升/分鐘進行單次沖擊。進行多次單擊，密切關注鋼樁的灌入情況。如果灌入距離小，進行小能量的持續(xù)打擊。然后逐步增加能量和打擊頻率，并且做到能量與頻率相互匹配，否則會出現報警并停機。錘擊頻率一般控制在28～34擊/分鐘。

當發(fā)生“跳樁”現象時，可增加低反轉時間即主油缸的換向時間來改變。調節(jié)范圍10ms～60ms；在沉樁間隙，減震環(huán)氣缸壓力要進行檢測，按照以下原則進行：正常施打1～2萬錘后；貫入度較小的沉樁，要加密抽測；每次抽測4個減震器氣缸，若4個氣缸中有一個失去壓力，必須對所有氣缸進行檢測的原則實施。

本工程的沉樁過程中，共檢測3次，每次抽測4個減震器氣缸壓力。

圖3 減震環(huán)檢測 圖4 A5打設到設計標高

表3 大連莊河液壓錘沉樁主要數據

在唐山樂亭菩提島海上風電場300兆瓦示范工程220KV升壓站平臺安裝工程中，升壓站樁基礎為Φ2.50m，樁長102m，單根重量235t，共4根。樁底設計標高-90m；樁頂設計標高+8.5m。該次沉樁工程與大連莊河工程類似，但方案采取兩次沉樁，即四根樁依次打到樁尺標高-20m后調整導管架標高并進行加固；樁下端未制造成刃角形式。間隔2～3天后，再依次施打到設計標高。由于貫入度過小，未達到設計標高+8.5m的設計要求。主要沉樁數據如表4所示。

表4 唐山樂亭液壓錘沉樁主要數據

對比表3、表4的數據可以看出，大連莊河工程每根沉樁結束的總錘擊數控制在4,000～5,000錘，而唐山樂亭工程每根沉樁結束總錘擊數在1.5萬錘以上。最后20cm的平均貫入度差別也相當大。

七、沉樁結束

對減震環(huán)和蓄能器進行壓力檢測，為了便于儲存和運輸，宜將所有減震環(huán)氣缸壓力釋放至10～20bar，蓄能器壓力釋放到0bar。在拆除液壓管前，打開錘體手動旁路閥進行泄壓，并對液壓系統(tǒng)進行吹風，使液壓管中的油吹回油箱。

八、結語

在施打摩擦型鋼管樁的過程中，宜將樁下端加工成刃角形式。在沉樁過程中盡量減少中間停滯時間；必須停滯時，根據地層狀況選擇易液化、不排水抗剪強度低的土巖層。另外，隨著液壓錘能量的提高，打擊頻率宜相應提高，宜控制在30擊～38擊/分鐘。出現錘芯“跳錘”現象時，提高低反轉時間。