海上风电基础单桩施工垂直度测量控制分析

海上风电基础单桩施工垂直度测量控制分析

于磊

必维质量技术服务（上海）有限公司 上海市 200001

摘要：本文基于对海上风电基础单桩施工情况的了解，对基础单桩垂直度的测量方法进行有效分析，并进一步阐述了海上风电施工垂直度的控制流程，根据其中存在的问题对单桩垂直度控制方案进行对比研究，对海上单桩垂直度起到一定保障作用，为海上基础设施建设奠定良好基础。

关键词：海上风电；单桩施工；垂直度测量

引言：随着我国社会经济的快速发展，拓宽了海上风电项目发展规模，但是在海上风电机安装过程中仍存在诸多问题，极易由于沉桩施工质量问题导致风机载荷力下降，对整体工程建设造成严重影响，因此，需要在实际沉桩过程中不断的进行测量和控制，才能确保其满足实际应用标准。

1. 海上风电基础单桩施工垂直度测量方法

一般情况下，海上风电基础单桩施工可大致分为以下垂直度测量方式：

1. 母线法。在抱柱平台4个角点上选择适宜位置架设全站仪，能够对单桩施工情况进行实时监测，以此为依据进行有效控制，在此基础上，需要值得注意的是尽可能将其与钢管桩呈现出垂直状态，与此同时，还要将全站仪与钢管桩直线段的边缘母线进行正交，确保其能够对母线状态进行有效扫描和记录。当全站仪安装完整且处于平行状态后，需要对全站仪的十字丝、旋转垂直螺旋等进行详细检查，避免对其使用性能造成不良影响，同时还要利用带有弯管目镜的全站仪对钢管桩的边缘母线进行全方位扫描，通过系统中与标准垂直度进行比对，以及计算三维坐标，从而能够快速的对钢管桩倾斜程度和方位进行准确判定^[1]。

2. 激光扫描雷达，主要是利用激光在水平方向对基础单桩进行多点扫描，通常情况会需要两台激光雷达，值得注意的是需要在垂直方向安装过程中需要保持一定距离，需要建造上下两个安装平台，并采用等偏分中法来消除误差，首先是将下激光束准确对准内控点的十字丝，然后是将上激光束投射到作业层的接收点上，来对激光束的准确位置进行精准记录，能够有效实现全程测量。

2. 海上风电基础单桩施工垂直度控制流程

首先，需要在海上风电工程施工过程中建设抱桩平台，一般情况下为钢结构架构，且需要在连接位置用固定桩加以固定，对钢管桩起到规范和扶正的作用。通常情况下，平台上层需要根据实际情况，在规定位置布设4个150t的液压顶升，同时还要保证布设的均匀性和规范性，能够对钢管桩的垂直度进行有效调整。在钢管桩测量过程中，需要利用经纬仪对钢管桩施工情况进行实时监测，同时还要保证仪器在架设抱桩平台的同时，还要与平台呈垂直状态，才能保证测量结果的精准性。

当钢管桩进入抱桩平台后，需要利用预先安置的液压顶升来对桩位进行有效固定，然后开展下桩活动。在单桩入泥之前，需要观测人员对桩体的垂直度变化进行观测，如果出现一定变化，则需要根据实际变化情况，对钢管桩的倾斜角度和方向加以确认，并以标准度数为基准指挥顶升装置操作人员对钢管桩进行适当调整，确保其符合下沉标准再进行下桩入泥环节。为了有效缓解桩体调控困难度，需要在此阶段将钢管桩垂直度控制在可控范围内，一般情况下为≤1%，同时还要对桩顶法兰水平度进行重复测量，通过与标准桩体垂直数据进行详细比对，从而进一步对具体数据进行有效调整，对钢管桩的垂直度起到一定保障作用。

其次，需要切实做好开锤前垂直度的确认工作，当起吊液压锤套处于桩顶部位置时，需要下放吊锤吊钩使吊锤钢丝绳始终保持松弛状态，但是在对液压锤进行下放过程中，极易由于锤身重量较大而导致钢管桩受力不均匀，以致于出现钢管桩倾斜等不良情况，因此，需要当压锤处于稳定状态后，再次进行钢管桩的复测和调整活动，待到其满足标准要求后进行接下来的沉桩击打环节，对其垂直度调整具有一定积极作用^[2]。

再次，在确保单桩垂直度满足标准要求的基础上，需要根据实际情况进行沉桩击打，需要利用液压锤将能量范围控制在较弱阶段，对沉桩进行适当点数锤击，一般情况下2-3锤为最佳，在此基础上需要预留出一段反应时间，等到没有出现异常情况后，则继续重复进行以上动作3-4次，同时还需对桩身的各项数据进行实时监测和调整。如果在观测过程中遭受到天气影响，需要每次在观测前做好相应设备的检查和调控，同时还要在对测量数据进行及时反映，避免测量出的沉桩垂直度偏差超过限阈范围。

最后，当沉桩入泥超过嵌固点后，对桩体调节装置起到一定限制性作用，难以充分发挥其实际应用作用，所以需要加大液压锤的锤击力度，同时还要对沉桩状态及相关数据进行实时观察和采集，保证海上风电基础单桩施工满足实际要求。除此之外，还要在沉桩后对其水平度和垂直度进行详细检测，需要利用吊机将液压锤调离桩顶，然后需要利用相关设备仪器对沉桩状态进行法兰水平度检测。主要是将激光电子水准仪安装在平台架构上，并对其与平台垂直度进行有效调整，同时还要对水准仪的各项参数进行合理调控，确保其满足实际控制需求，在此基础上，需要对法兰面上的点位进行高程观测，并通过对比和复测找出相差最大的点位高差，能够有效将法兰沉桩完成后的水平度数据进行精准计算，真正意义上实现了对海上风电基础单桩施工垂直度的有效控制。

3. 海上风电基础单桩施工垂直度控制方案分析

从目前情况看，我国单桩基础结构施工方案可分为两种：一种是沿袭国外成熟的过渡段单桩基础方案，另一种是在取消过渡段的基础上，将法兰与单桩直接进行刚性连接的基础方案。从过渡段方面看，相关方案的制定主要是利用过渡段来对单桩垂直度进行适当调整，确保其满足实际设计要求，相关限制因素也是对于过渡段来说具有较高要求，其中包括填充套筒、钢管桩间隙的灌浆料等，在此基础上，过渡段还具有在振动载荷作用下，不易产生应力集中的特点。

在海洋环境中，由于多种因素对风机单桩基础的载荷力产生不良影响，其中包括桩土的非线性、土体极限抗力退化以及桩土脱开效应，对于法兰与单桩直接连接的方案来说，主要是通过对过渡段的取消，在基础桩打入过程中需要对装置进行扶正，同时还要对桩体垂直度进行不断调整，难以对垂直度的精准性进行有效掌控，甚至会对还海床基础土的稳固性造成一定影响，导致其丧失一定程度的约束力，促使水平承载力在初始阶段就小于过渡段。如果通过扶正装置使垂直度控制达到了设计的要求，同时还具有较高的承载力和精准度，能够大幅度降低海上不良因素的影响，提高了整体结构的应用性能^[3]。

除此之外，在垂直度控制过程中，可详细分为桩体质量、起重船控制和导管架定位平台调整装置等控制措施。一是对钢管桩制作过程进行严格规范，确保其能够严格按照标准设计开展施工活动，保证桩体无损伤和弯曲等；二是利用起重船在入泥前进行桩体调整，并利用监测数据对受力程度进行调整，确保桩身轴线与垂直度之间的误差控制在最小范围内；三是在导管架定位平台上设置可伸缩调整装置，并按照一定规律进行均匀布置，同时还要保证在锤击过程中对力度进行有效控制，确保其在不对桩体损坏的基础上，充分发挥其实际应用价值。海上风电基础单桩施工过程中，必须要深化影响桩体垂直度的多项因素，同时还要对测量方法进行针对性选择，确保整体设施建设具有较大承载力。

结论：综上所述，在海上风电基础设施建设过程中，加大对基础单桩施工垂直度的重视力度，是满足现代化工程建设的必然趋势，同时也是提高工程建设质量和水平的重要内容，因此，必须要根据实际情况对测量方法和方案进行优化调整，有利于实现经济和社会效益的和谐统一。

参考文献：

[1]钮国平.海上风电基础单桩施工垂直度测量控制[J].工程建设与设计,2020(20):27-28.

[2]王俊杰,黄艳红.自升式稳桩平台单桩施工技术研究与应用[J].中国港湾建设,2020,40(05):70-74.

[3]毕宇.海上风电单桩稳桩平台研究[J].中国设备工程,2019(01):164-165.