【桥梁科普】大海里“穿针引线”有多难？

　　这里是粤电阳江沙扒海上风电场的所在地。一台台白色风车组成的“钢铁森林”迎风傲立，同蔚蓝的海洋构成了一幅多彩的画卷。但美丽的外衣下却也潜藏着诸多危险：水深、浪高、涌急、台风频繁、季风期长……2020年，中铁大桥局的建设者迎难而上，来到了这片陌生的海域。

　　困难，重重的困难，如沉重的担子一般，压在中铁大桥局施工人员的双肩。但他们没有退缩，而是选择直面困难、因势利导，在施工过程中创造性提出并应用植入嵌岩三桩导管架基础施工，为项目按期履约奠定了基础。这种基础形式在国内是首创，其技术成果——“恶劣海况、复杂条件下海上风电植入嵌岩三桩导管架基础植入桩施工技术”于今年6月荣获中国施工企业管理协会工程建造微创新技术大赛特等奖，并在近日获评中铁大桥局2021年度科技进步奖一等奖。

　　据了解，目前，海上风电基础结构主要包括桩承式、重力式和漂浮式。其中，桩承式结构应用最为广泛，主要包括单桩结构、三脚架结构、群桩承台及导管架结构。中体大桥局负责施工的阳江风电项目主要包括46台6.45MW风机机组和1座海上升压站基础，其中20台采用植入嵌岩三桩导管架基础。

　　植入嵌岩三桩导管架基础主要包括两个部分：导管架和钢管桩，导管架底部连接段插入钢管桩内，通过水下灌浆构成组合式基础。

　　基础施工的首要条件是作业平台。如果把桩基基础比作是一盘好菜，那作业平台就是炒菜必备的锅，它的使用手感及质量影响着菜的出锅速度及品质。常用于水上桩基施工的作业平台为打入桩式平台，这种形式需要经过定位（支撑）桩插打、联结系统安装、上部平台铺设等工序，最终形成一个固定平台，再通过分解上部平台、解除联结系统、拔出定位（支撑）桩等工序转移到下一个施工点进行倒用，其施工工序多、周期长、占用船机资源多、经济成本高。

　　“我们能不能将平台的形式从零散的部分变成统一的、可移动的整体呢？”思路逐渐清晰，方案也逐步完善。经过项目技术团队几个月的研究和验证，在公司技术部门的支持下，吸力桩式工装平台的方案确定。

　　与传统的工装平台相比，吸力桩式工装平台在结构组成上差别不大，主要由桁架平台和支撑系统两部分组成，钢管立柱、联结系、导向框、吸力桩、水管路便是它的主“经脉”。不同之处在于，吸力桩式工装平台采用“整体制造、运输、安装、拆除、转运”的施工方法，可以说是对海上作业平台新的定义。

　　——下放过程中，技术人员通过控制系统将原本灌满水的三个吸力桩中的水抽出，此时吸力桩内部压力减少，外部压力不变，在其顶部产生内外压力差，这样工装平台就牢牢的“吸”在了海床上。

　　——拆除环节，再通过控制系统向吸力桩内注水，此时吸力桩内部压力增大，外部压力不变，在其顶面形成压力差就会将工装平台缓慢顶升，直至吸力桩“挣脱”泥面。再通过起重船的吊装，转移到下一个机位施工。

　　“在新型的工装平台系统方案下，阳江风电只需要设立7个工装平台，就可以满足嵌岩基础施工需要，其搭设周期也由原来的6天缩短至1天。”这种工装平台最大的特色就是践行了“快速化”施工理念，实现了装备化作业，施工效率高、周转速度快、机械化程度高，可有效地减少海上作业时间、船机和平台投入数量，既节省了大量资金成本，又极大提升了基础施工速度。

　　“具备同样特点的还有钢管桩植入施工技术。”根系扎牢了，树木才能参天。而钢管桩就是基础的“根”，只有“根”牢固，海上风机的运转才有保障。

　　常规的桩基施工技术受海上天气、水文、地质条件影响，不仅工序转换次数多、配套设施多，关键是施工周期长，严重影响着项目的总体进度。

　　在陆地后场施工完型后的钢管桩通过船舶运至现场，待完成竖转后，将钢管桩缓慢移至孔位，沿着钢护筒下放。在此过程中，在钢管桩的预定位置焊接临时限位板进行水下定位及调位，精确控制钢管桩的平面位置和标高，同时进行三根钢管桩之间的中心差及高差调整。通过柔性吊挂装置悬挂在钢护筒顶部，既能满足吊装要求，又能确保植入连贯及垂直度。

　　钢管桩施工完成后就是导管架的安装了，这看似简单的工作却蕴藏着巨大的风险。“钢管桩的顶部位于海面以下21至25米的位置，海上风浪大，海底暗流涌动，导管架的安装难度很大。”单个导管架的重量超过800吨，在这个“大家伙”的底部设置一个支腿，通过起吊装置准确下放插入至钢管桩内，再通过灌浆连接成型。这个过程就相当于在大海里“穿针引线”。

　　“采用这种方式，解决了以往通过潜水员观察带来的信息传递滞后、直观性差等不足之处，实现了导管架安装的可视化、数字化操作，有效保证了对位的精确度，加快了施工效率。”

　　除此以外，技术人员还为基础施工创新了海上集成化灌浆船系统，该系统将万吨级驳船改制成集成化灌浆船，能满足钢管桩桩侧、导管架连接段的灌浆施工。研发了软管与钢管相结合的灌浆管线系统，可快速、连贯地完成桩底、桩侧灌浆及连接段灌浆施工，有效解决海上灌浆质量差、效率低的难题。

　　该工艺工法的创新运用，为项目提前52天完成全部风机安装发挥了至关重要的作用。不仅如此，还极大降低了施工成本，减少了施工对海洋环境的影响。

　　技术先行，谱写高质量工程。目前，该关键技术拓宽了风机基础型式的选择，为我国近海岸覆盖层较浅场址或类似工程的嵌岩基础施工与设计提供了可靠的技术支撑，在海南、广西近海岸的部分场址能得到进一步的推广和运用。以技术创新减少施工对海洋的污染，助力国内风电行业建设及海洋经济发展，为国家“碳达峰”“碳中和”目标实现贡献智慧新力量。

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