灌漿技術作為導管架安裝的重要關鍵技術，越來越受到業(yè)界的關注。灌漿連接具有良好的 結構性能，以及施工便利、造價低廉等優(yōu)點，被廣泛應用于海上風電場。導管架灌漿是整個風電基 礎結構施工的一項關鍵技術，灌漿的成功與否直接關系到風機基礎結構抵抗環(huán)境載荷的能力和壽 命。文章針對導管架結構灌漿工藝進行研究，并結合江蘇濱海項目分析了導管架灌漿工藝及其施 工過程中的難點，為我國海上風電基礎建設提供參考。
關鍵詞：海上風電；導管架基礎；灌漿工藝
隨著我國風力發(fā)電行業(yè)的迅速發(fā)展，海上風力 發(fā)電開始快速起步，近幾年涌現(xiàn)了大批在建、擬建 的海上風電場。海上風電場的風電機組基礎、海上 升壓站基礎一般有高樁承臺基礎、導管架基礎、單 樁基礎等[1]。導管架基礎作為一種重量輕、海床地 質(zhì)條件適應性好、穩(wěn)定性好、適合較深海域的海上 風電基礎，在歐洲海上風電場得到了廣泛應用]。 導管架灌漿連接段是整個海上風電導管架基礎結 構承上啟下的關鍵部位[8]。風電機組、波浪和洋流 等載荷主要通過導管架結構經(jīng)混凝土傳遞至鋼管 樁，鋼管樁再把載荷傳遞到海床。而導管架基礎和 樁基連接主要通過灌漿方式進行，灌漿質(zhì)量直接影 響到導管架的整體穩(wěn)定性能和安全性[4-]。
海上風機結構所受到的力極為復雜，包括：風 機葉片和風機自身旋轉以及塔桶造成的風機載荷、 波浪力、潮流力、船舶的撞擊力等，這就決定了近海 風電導管架基礎的灌漿連接尤其重要，尤其是在灌 漿材料的選擇和灌漿質(zhì)量的控制等方面的要求將 更加嚴格。此外，特殊的攪拌工藝、特殊的泵送灌 漿、水下灌漿、特殊的施工要求以及特殊的外海施 工條件等因素決定了導管架灌漿施工難度大。
成功實施，都證明了合理設計灌漿工藝的必要性和 有效性。本文針對導管架結構灌漿工藝進行研究， 分析了導管架灌漿工藝及其施工過程中的難點，為 我國海上風電基礎建設提供參考。
1 導管架基礎
導管架基礎有兩種結構形式：先打樁導管架和 后打樁導管架。兩種導管架形式主體結構相同，先 打樁導管架支撐腿末端不用設置樁靴，而后打樁導 管架基礎支撐腿末端設置樁靴。導管架基礎主體 為框架對稱結構，均為鋼制材料。導管架結構主要 分過渡段、導管架基礎主體兩部分，過渡段包括主 筒體、主斜撐、平臺甲板等結構。
1.1 導管架灌漿區(qū)域
導管架灌漿施工作業(yè)在專業(yè)灌漿船上進行，在 打樁、下部導管架施工等工序完成后進行。灌漿施 工范圍為導管架與鋼管樁之間的環(huán)形空間(圖1)。
1.2 導管架灌漿流程
導管架安裝完成后，灌漿工作船駛入→拋錨使 船?？吭谟泄酀{終端面板的導管架一側 →連接灌 漿管→ 向環(huán)形空間壓注淡水，檢查密封性→灌漿前 向灌漿管壓注潤管料，濕潤灌漿管道→灌漿料拌制 →泵送灌漿材料→當溢漿口有濃漿溢出，即完成單 樁灌漿→連接導管架同側另一根樁灌漿管線，進行 灌漿→ 同側導管架灌漿完成后，移動灌漿管至另一
側，對另外兩根樁進行灌漿。
2 導管架灌漿施工難點
導管架灌漿是整個風電基礎結構施工的一項 關鍵技術，灌漿的成功與否直接關系到風機基礎結 構抵抗環(huán)境載荷的能力和壽命。灌漿管線布置、封 漿結構和灌漿料的性能等因素都決定灌漿能否 成功。
2.1 導管架灌漿管線布置
海上風電導管架灌漿管線布置對灌漿施工質(zhì) 量影響很大。灌漿管線通常采用雙管線系統(tǒng)(一主 一備),以防止灌漿管線的堵塞。如，導管架灌漿高 度比較大，可以適當考慮增加備用灌漿管線。管線 布置方式，可以在水下預留快速接頭派潛水員攜帶 灌漿管進行水下對接；也可以將灌漿管線沿導管架 外壁向上延伸至水面以上，并通過軟管連接至灌 漿泵。
灌漿管線通常采用50 mm 以上無縫鋼管或橡 膠軟管。灌漿口的設計采用圓形外包管形式，設置 在所需灌漿空間的底部，焊接在導管架套筒外壁 上，內(nèi)部沿圓周方向開6或者8只灌漿嘴。這種設 計方式，可以使灌漿從底部開始，并且均勻進行，確 保灌漿的質(zhì)量。
導管架灌漿作業(yè)在船上進行，但船機無法完全 貼近待作業(yè)鋼管樁，且導管架樁腿相對距離較大。 灌漿軟管應保持一定長度的彎曲段才能接入預制 灌漿管線，也要求船機和待作業(yè)鋼管樁之間有一定 距離。
Paker Can 、Paker Element 、Retaining Ring 等。氣 囊式封隔器的工作原理是先將封隔器橡膠囊安裝 在導管架導管的底部，同時安裝氣壓傳輸管路。然 后在導管架海上就位及打樁完成后，準備灌漿前， 采用氣壓設備使橡膠氣囊充氣來封閉導管與樁之 間的環(huán)形空間。
2.2.2 機械式封隔器
機械式封隔器的工作原理和結構形式相對簡 單，主要是依靠打樁作業(yè)時，樁體穿過爪形環(huán)形橡 膠墊，樁體與橡膠墊之間相互擠壓，緊密接觸，產(chǎn)生 摩擦力來抵抗灌漿時灌漿液和海水對橡膠墊產(chǎn)生 的壓力。
2.3 灌漿料的性能
灌漿料的性能可靠性決定了導管架灌漿部位 的安全性和穩(wěn)定性，風電機組的質(zhì)量及受力情況決 定灌漿料的性能要求。灌漿料對風電基礎不僅起 受力緩沖作用，同時也起提高結構安全性和穩(wěn)定性 的作用。因此，灌漿料的壓縮強度、拉伸強度、彎曲 強度等指標是考察材料性能的灌漿因素。具體性 能指標需要根據(jù)裝機容量、基礎結構特點、灌漿部 位、環(huán)境條件等因素綜合考慮。表1為常用的國內(nèi) 外海上風電導管架灌漿材料性能指標。
2.4 資源協(xié)調(diào)工作量大
海上灌漿作業(yè)對灌漿設備、材料、船機等均有 較高要求，需要調(diào)配灌漿專用設備，采用加工定制 的灌漿材料包裝袋，同時配備交通船、多功能駁船、 吊機等資源。施工現(xiàn)場所用的設備資源包括：灌漿 專用設備、專用管線、配套小設施、灌漿料、淡水等，均要求狀態(tài)良好，隨時可用，確保緊急情況下不影 影響，直接影響可作業(yè)窗口期及每天可作業(yè)時間段。
響后續(xù)作業(yè)。此外，受風浪、氣溫、潮位等天氣因素
表1 國內(nèi)外海上風電導管架灌漿材料性能指標
材料廠家
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BASF
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Densi
|
Densit
|
Nautic
|
Nautie
|
三航科研院
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型號
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MF9500
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S5W
|
S1W
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NaxTMQ110
|
Nax1Q140
|
UHPG-120
|
表觀密度/(kg·m-3)
|
2440
|
2250
|
2250
|
2360
|
2450
|
2374
|
流動度/mm
|
初始
|
|
|
|
300
|
280
|
g≥290
|
30min
|
|
|
|
|
|
g≥260
|
60min
|
|
|
|
|
|
g≥230
|
抗壓強度/MPa
|
1 d
|
≥60
|
65
|
≥55
|
50
|
65
|
≥55
|
3 d
|
=95
|
|
|
73
|
85
|
85
|
7 d
|
≥120
|
|
|
90
|
105
|
≥100
|
28d
|
135
|
130
|
110
|
110
|
140
|
≥120
|
抗折強度/MPa
|
28d
|
15
|
18
|
13.5
|
19
|
21
|
15
|
彈性模量/GPa
|
28 d
|
50.0
|
50
|
35
|
36
|
48
|
45
|
3 案例分析
江蘇濱海300 MW 海上風電項目為中交港灣 (上海)科技有限公司既江蘇響水升壓站灌漿項目 (灌漿高度3.7m) 和江蘇東臺升壓站灌漿項目(灌 漿高度19 m) 之后的第三個海上升壓站灌漿項目。 相比于前兩個項目，江蘇濱海風電灌漿難度更大， 施工條件更加苛刻，單根樁灌漿連接水下連接段 18.3m, 水上連接段8.5m, 總長26.8m, 是目前國 內(nèi)已經(jīng)實施的最大灌漿高度、最大單樁體量、最長水 下段灌漿項目。該項目采用了中交港灣(上海)科技 有限公司生產(chǎn)的優(yōu)固特 TM UHPG-120 海上風電 導管架灌漿材料，并由我公司采用自主研發(fā)的設備和 工藝，成功完成該海上升壓站導管架水下灌漿施工。
3.1 導管架連接施工技術參數(shù)
(1)灌漿設環(huán)形空間尺寸
導管架為φ2438×36 mm 和φ2438×50 mm 規(guī)格，鋼管樁外徑為φ2200×45 mm, 環(huán)形空間尺 寸為138 mm 和166 mm 兩種。
(2)灌漿高度
標高為-18.30m～+8.50m 范圍內(nèi)的26.8m, 考慮到鋼管樁的傾斜角度，實際灌漿高度為27 m。
(3)灌漿范圍
水下高度18.3 m, 水上高度8.5 m。
(4)灌漿方量
單個環(huán)形空間灌漿放量為14.5 m3, 約32 t; 4個環(huán)形空間總計58 m3, 約128 t。
3.2 導管架基礎灌漿管線布置
江蘇濱海項目導管架內(nèi)設有灌漿管線，結合本 項目灌漿高度較高的實際情況，預制灌漿口應設置 5個，依次從下向上，高度上均勻分布：灌漿管線1 底高程一15.15 m; 灌漿管線2底高程一8.5 m; 灌 漿管線3頂、底高程1.30 m; 灌漿管線4頂、底高程 8.50 m。 灌漿施工時由最下面的灌漿口開始逐步 實施灌漿作業(yè)，直至頂部溢漿。灌漿口由預制灌漿 管線連接并引出至水面以上，灌漿施工時，將灌漿 料通過泵送壓漿經(jīng)由低位灌漿管路頂推灌注入環(huán) 形空間，將環(huán)形空間內(nèi)海水和潤管料擠出。
3.3 導管架封堵技術
該導管架封堵技術采用自封閉式封隔器，自封 閉式封隔器充分考慮海上安裝操作的不同階段，在 結構設計上分成兩個密封階段。首先，下落鋼樁， 由于橡膠筒部直徑比鋼樁直徑小，鋼樁穿過橡膠筒 部分，引起橡膠筒部分變形，同時橡膠變形產(chǎn)生的 內(nèi)應力對鋼樁產(chǎn)生抱緊力，從而形成第一層密封功 能；打樁時，在橡膠筒與鋼樁的接觸面上，設置了低 摩擦系數(shù)的涂層，對于打樁操作不造成影響。自封閉式封隔器的主要優(yōu)點有以下幾點：①工作原理簡 單，密封能力優(yōu)異和抗破損性能強。②安裝和調(diào)試 工藝簡單，無需海上操作。③節(jié)省鋼材、降低施工 成本和提高鋼樁的在位工作效率。
3.4 灌漿料性能
該工程選用的 TM UHPG-120 海 上 風 電 導 管
架灌漿材料，該灌漿料具有大流動性、可泵送性好、 高早強、超高強、高耐久性、無收縮和高抗疲勞等特 點，適用于海上風電導管架與鋼管樁基礎之間的灌 漿連接。設計要求的高性能灌漿材料滿足以下 要求 ：
(1)3d 后抗壓強度達50 MPa,28d 后抗壓強 達80 MPa
(2)流動度適合灌漿工藝，初始流動度不小于 290 mm,30 min 流動度不小于260 mm。
4 總 結
結合筆者單位參與國內(nèi)海上風電機組基礎導
管架灌漿施工經(jīng)驗，分析了導管架灌漿工藝及其施
工過程中的難點，并結合江蘇濱海項目介紹了導管 架水下灌漿施工技術。江蘇濱海導管架灌漿項目 是目前國內(nèi)已經(jīng)實施的最大灌漿高度、最大單樁體 量、最長水下段灌漿項目，該項目 一 次性完成超高 水下外海灌漿作業(yè)，為我國海上風電場走向更藍深 海提供有力保障。