洪春用 洪天識(shí) 中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司

1.吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)

對(duì)于淺層有巖層的海域，采用嵌巖樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式費(fèi)用較高，而筒型基礎(chǔ)為底端開口、頂端閉口的大直徑筒形結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是淺層土承載，利用負(fù)壓進(jìn)行安裝，無需大型打樁錘，海上施工簡便，是近年來我國海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)實(shí)踐的一個(gè)方向。吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)由吸力樁、導(dǎo)管架和上部箱梁過渡段三個(gè)部分組成，與傳統(tǒng)樁基式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)相比，具備施工安裝方便、噪聲小、可重復(fù)利用、方便拆除、受水深增加影響小等優(yōu)點(diǎn)。在海上風(fēng)電建設(shè)不斷向深海區(qū)域快速發(fā)展的形勢(shì)下，風(fēng)機(jī)吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式得到越來越廣泛的應(yīng)用。

2.工程概況

長樂外海海上風(fēng)電場(chǎng)C區(qū)項(xiàng)目位于福州市長樂以東約50km海域，其中共計(jì)劃布置49臺(tái)吸力式導(dǎo)管架風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，總裝機(jī)規(guī)模為496MW，是目前國內(nèi)首個(gè)規(guī)?；?MW商用機(jī)型海上風(fēng)電場(chǎng)，也是國內(nèi)首個(gè)大批量外海深水吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上風(fēng)電場(chǎng)。

該項(xiàng)目主要采用三筒（吸力樁）導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，其由三個(gè)吸力樁、導(dǎo)管架和上部過渡段三部分組成。單套重量最大約2462t，其中導(dǎo)管架重量約1270t（含過渡段），吸力樁部分最大重量約1192t（3個(gè)吸力樁）。

3.制作工藝研究

3.1 過渡段制作

過渡段俯視整體呈三角形，結(jié)構(gòu)最大外形尺寸為16.8 m×15 m ×5.6m，主要包含過渡段頂板、底板、側(cè)邊腹板、支撐柱、主鋼管、法蘭，下部通過三根支撐柱與主導(dǎo)管架相連，上部通過法蘭與風(fēng)機(jī)塔筒相連。

底板、頂板各分成四部分拼板。因板厚厚度大，埋弧焊拼板時(shí)兩面交替焊接，減少拼板縫折角變形。焊接前必須對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱處理，定位焊縫和主縫均應(yīng)預(yù)熱，并在焊接過程中保持預(yù)熱溫度120～200℃。焊接過程多次翻轉(zhuǎn)，交叉焊接控制變形。底板拼接完成后測(cè)量確定主鋼管與三個(gè)支撐管的中心軸線，并以此為基準(zhǔn)劃出主鋼管外徑檢驗(yàn)線及底板上主鋼管內(nèi)部區(qū)域的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)裝配線，裝焊相應(yīng)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)完成底板片體制作。

以底板片體為基準(zhǔn)制作水平胎架上胎定位，胎架面及地面分別做出主鋼管與支撐管的中心及軸線，打上樣沖標(biāo)記。按片體制作時(shí)所劃的裝配線依次吊裝主鋼管、側(cè)腹板及頂板，散裝主鋼管外部環(huán)板及加勁板。焊接過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主鋼管的橢圓度和垂直度。

3.2 導(dǎo)管架制作

導(dǎo)管架由主導(dǎo)管、斜撐鋼管、過渡段支撐鋼板、豎向主鋼管等組成。此外導(dǎo)管架上還有靠船構(gòu)件、海纜保護(hù)管、灌漿管線、過渡段內(nèi)外平臺(tái)等附件。

導(dǎo)管架主體為厚板鋼管。由直徑不等、厚度40～80mm的鋼板卷管焊接組成。利用計(jì)算機(jī)三維軟件繪制導(dǎo)管架三維圖，確定各個(gè)零件精確尺寸、各組件重心位置及導(dǎo)管架整體尺寸。

根據(jù)三維圖確定好鋼管下料尺寸，采用數(shù)控切割下料，預(yù)留坡口量、焊接收縮量等工藝余量。鋼板卷圓前先在4500t油壓機(jī)進(jìn)行壓頭處理，壓頭長度220mm。將合格的板料送進(jìn)卷板機(jī)，要求進(jìn)料角度應(yīng)保證直縫邊與卷板機(jī)輥軸平行，確保直縫對(duì)接錯(cuò)邊量≦2mm，在卷板機(jī)上調(diào)整錯(cuò)邊和端面平整度，用手工焊分3～5處焊接定形。

卷制合格后進(jìn)行縱縫焊接?？v焊縫埋弧焊前先用CO2氣保焊打底，打底厚度4～5mm可根據(jù)板縫略微調(diào)整。用埋弧焊小車在管節(jié)內(nèi)行走焊接直焊縫,對(duì)于管徑較小的采用伸臂式埋弧焊機(jī)進(jìn)行內(nèi)（外）直焊縫焊接工序，內(nèi)直焊縫焊接完成，通過滾輪架將鋼管樁管節(jié)縱縫轉(zhuǎn)移至最高點(diǎn)，鋼管管節(jié)外直焊縫采用可升降平臺(tái)進(jìn)行焊接。在可升降平臺(tái)上進(jìn)行鋼管樁管節(jié)外直焊縫碳弧氣刨清根、打磨和焊接，將埋弧焊機(jī)放在可移動(dòng)焊接操作平臺(tái)上，調(diào)節(jié)埋弧焊機(jī)小車移動(dòng)速度進(jìn)行鋼管樁管節(jié)外直焊縫焊接。

3.3 導(dǎo)管架分片組裝

（1）斜撐管呈“X”形，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測(cè)量定位，按順序分別組裝一側(cè)主導(dǎo)管、X型剪刀撐和另一側(cè)主導(dǎo)管。

（2）斜撐管底部放置定位工裝，工裝與鋼管底部預(yù)留調(diào)整間隙，利用楔鐵調(diào)整鋼管位置，通過測(cè)量檢測(cè)合格，固定好導(dǎo)管架片體開始焊接。

（3）導(dǎo)管架采用整體臥式組裝，以“基準(zhǔn)片”為基準(zhǔn)，組裝斜支撐。

（4）吊裝側(cè)面片體，吊裝過程利用全站儀檢測(cè)，確保各節(jié)點(diǎn)、主導(dǎo)管位置達(dá)到圖紙要求，誤差控制在3mm內(nèi)。

（5）最后安裝剩余3片“X斜撐管”，按從小到大的順序逐片組對(duì)。

（6）搭建腳手架，焊接各焊縫，焊接過程監(jiān)控尺寸變化，保證整體尺寸滿足圖紙要求。

（7）焊接完成后按照總體尺寸要求修割導(dǎo)管端部余量，安裝導(dǎo)管架附件，保證各尺寸滿足要求。

3.4 吸力樁制作

筒體通過鋼板的下料、卷管、縱焊和回圓等工序制作成單節(jié)筒體，單節(jié)筒體用槽鋼制作成“米”字支撐，以防止管節(jié)在運(yùn)輸及對(duì)接焊中變形。將制作焊接合格的單管節(jié)運(yùn)輸至行走滾輪架上，將單管節(jié)在滾輪架上組對(duì)焊接成吸力樁。再利用行走滾輪架的升降調(diào)整兩兩管節(jié)軸線位置，使管節(jié)軸線對(duì)位誤差控制在允許范圍內(nèi)。吸力樁管節(jié)軸線對(duì)位調(diào)整完畢后進(jìn)行吸力樁管節(jié)之間的拼接對(duì)焊。將埋伏焊機(jī)小車直接放置在吸力樁管節(jié)內(nèi)進(jìn)行內(nèi)環(huán)縫焊接。

根據(jù)圖紙數(shù)控切割下料桶蓋底板，將底板吊裝至工裝上在底板上放樣畫線。將卷制完成的中間管節(jié)吊至相應(yīng)位置，調(diào)整到位，焊接固定。）依次拼焊腹板、側(cè)板、頂部及其他筋板。

將制作合格的吸力樁蓋板和吸力樁連接段組裝，組裝后檢查兩者之間錯(cuò)邊量、同心度是否滿足圖紙和技術(shù)要求，合格后開始焊接兩者之間的環(huán)縫，環(huán)縫采用埋弧自動(dòng)焊焊接。

3.5 導(dǎo)管架基礎(chǔ)整體拼裝和焊接

導(dǎo)管架與過渡段的安裝主要控制點(diǎn)為法蘭面安裝精度。利用全站儀測(cè)量導(dǎo)管架焊接坡口面，計(jì)算出該平面與大地水平的夾角。之后在過渡段上設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，用于表示過渡段的中心線，吊裝時(shí)使用全站儀實(shí)時(shí)測(cè)量多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)與大地水平的夾角，當(dāng)該夾角與焊接坡口面的夾角一致時(shí)即調(diào)整到位，然后臨時(shí)焊接固定。

過渡段與導(dǎo)管架組裝合格后開始焊接，利用過渡段支撐管吊耳底板的人孔，焊接人員進(jìn)入鋼管內(nèi)部焊接內(nèi)側(cè)坡口，外側(cè)進(jìn)行碳弧氣刨清根，保證焊縫全熔透，焊接執(zhí)行WPS參數(shù)要求，焊后進(jìn)行無損檢測(cè)。焊縫探傷完成后將人孔封板焊接并探傷。

3.6 導(dǎo)管架整體拼裝和焊接

（1）將3根吸力樁用軸線車組轉(zhuǎn)至總拼裝區(qū)域，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙尺寸確定導(dǎo)管架中心位置和吸力樁的中心位置。

（2）將完成組焊好的的導(dǎo)管架（含過渡段）用模塊車運(yùn)到懸臂吊和溜尾吊之間。

（3）用懸臂吊和溜尾吊將導(dǎo)管架（含過渡段）由躺臥狀態(tài)吊裝至豎立狀態(tài)，并提升到一定高度，使導(dǎo)管架主鋼管底部標(biāo)高大于理論標(biāo)高100mm左右，利用導(dǎo)管架上的3個(gè)固定吊點(diǎn)的高低調(diào)節(jié)來調(diào)整過渡段法蘭水平度，使水平度誤差＜6mm。

（4）調(diào)整導(dǎo)管架位置，使導(dǎo)管架主管與吸力樁對(duì)正就位，合格后在外側(cè)臨時(shí)加固焊接，焊工從吸力樁頂蓋人孔進(jìn)入鋼管內(nèi)部，焊接內(nèi)壁坡口，外側(cè)坡口清根，保證焊縫全熔透。焊接后立即對(duì)焊縫進(jìn)行消氫處理，用紅外線加熱器加熱200～300℃，保溫1.5h，緩冷降到室溫后進(jìn)行外觀檢查和無損檢測(cè)。

（5）合攏環(huán)縫檢查合格后封堵焊接人孔，人孔蓋板焊縫為單面焊縫，焊接時(shí)單面焊雙面成型，焊縫全熔透，并進(jìn)行無損檢測(cè)。

（6）最后裝焊合攏縫處主導(dǎo)管加強(qiáng)圈和筋板以及海纜保護(hù)管接口焊縫等附屬構(gòu)件焊縫。

（7）導(dǎo)管架總裝合攏后用履帶吊將焊接設(shè)備、焊接人員吊至過渡段平臺(tái)，焊接臨時(shí)拆除的欄桿，對(duì)損壞的油漆進(jìn)行補(bǔ)漆，拆除固定吊吊鉤。

（8）模塊車整體轉(zhuǎn)運(yùn)吸力式導(dǎo)管架至臨時(shí)存放區(qū)。

4.結(jié)束語

本文針對(duì)吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究了吸力樁導(dǎo)管架的制作技術(shù)及吸力樁、導(dǎo)管架主體和過渡段的總體拼裝技術(shù)，形成一套較為完整的技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、易于操作、施工進(jìn)度快、工程成本低、綠色環(huán)保的施工技術(shù)。整個(gè)導(dǎo)管架基礎(chǔ)制作工藝的制定并成功實(shí)施，對(duì)今后海上風(fēng)電超大超重吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)的制作提供了經(jīng)驗(yàn)。