CN114319356B - 一种海上风电单桩基础施工方法及专用船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上风电施工领域，特别涉及到一种海上风电单桩基础施工方法及专用船。该方法根据打桩定位系统精确定位后，先进行固定导向平台的施工；平台施工完成，专用船吊完成起吊、翻转钢桩，并将钢桩喂入导向平台抱箍，调整好垂直度后，钢桩开始自重入泥，自重入泥完成。专用船吊机起吊液压锤至桩顶，开始锤击沉桩，过程中测量保证垂直度，直至沉桩结束；沉桩到位，专用船拆除导向平台，吊装附属结构，施工完成移船前往下一个机位。

Description

一种海上风电单桩基础施工方法及专用船

【技术领域】

本发明涉及海上风电施工领域，特别涉及到一种海上风电单桩基础施工方法及专用船。

【背景技术】

海上风力发电是当前最具规模开发和商业发展前景的低碳新能源之一，已成为我国能源体系的重要组成部分，在世界各国都得到大力推动发展。风电机组不断向大型化发展，风场离岸距离越来越远，施工海域也越来越深，都不断促使海上风电施工工艺和施工专用船舶功能优化提升。

单桩基础作为国内海上风电最常用的海上风电基础型式具有适用性高、施工快捷等特点，普遍应用于各大主要海上风电基地，提升单桩基础施工效率和质量对促进国内海上风电发展具有十分重要的意义。因而，针对上述要求需要我们设计一种施工快捷方便，经济性好以及能够保证钢桩位置、垂直度、高程及高差准确及科学性的施工方法，以及设计一种该方法中使用的专用船。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种海上风电单桩基础施工方法及专用船。

针对上述的问题，本发明采用以下技术方案:

一种海上风电单桩基础施工方法，包括以下步骤：

一、施工准备：制作好的导向架放置于专用船开档支腿处，定位桩通过支撑结构悬挂在导向架上；

二、专用船定位：专用船通过GP S和绞锚移船精确定位至打桩位置；

三、定位桩下沉：通过振动锤锤击定位桩插入海床，然后用专用船吊机提升导向架并将导向架通过悬挂机构挂置于定位桩上，导向架脱离专用船船体固定在海面以上；

四、调整导向架：通过调整悬挂机构确保导向架基本水平；

五、结构钢桩移入：专用船吊机起钩，将结构钢桩立起，将结构钢桩移入导向架的上、下抱箍内；

六、结构钢桩找中：上、下抱箍闭合，位于上、下抱箍上的液压顶顶出，使结构钢桩位于上、下抱箍中心位置；

七、结构钢桩自沉：专用船吊机缓慢落钩，同时实时测量并通过抱箍油缸调整结构钢桩垂直度，使结构钢桩以垂直状态入泥自沉；

八、沉桩准备：利用专用软件进行地质分析，找出易发生溜桩地层并设计溜桩控制方案；

九、结构钢桩沉桩：用液压锤将结构钢桩插打至设计标高；

十、沉桩测量控制：保证结构钢桩符合工艺要求；

十一、导向平台拆除：专用船吊机挂住导向架并松开悬挂装置，并将导向架沿定位桩放置于专用船开档支腿处，振动锤从海床中拔出定位桩并通过支撑结构将定位桩悬挂在导向架上；

十二、吊装附属结构：专用船吊机起吊套笼等附属结构，吊装完成，移船前往下一个机位沉桩施工。

步骤三的具体过程在于：

1)专用船精准定位，利用振动锤依次下沉4根定位桩，此时导向架仍落在专用船上；

2)4根定位桩下沉到位后，专用船上的吊机吊起导向架并提升到一定高度；

3)利用悬挂结构挂置导向架于定位桩上；

4)定位桩与导向架之间通过钢楔块锁定。

步骤八的具体过程在于：

1)，结合前期勘察设计数据结合专业打桩分析软件GRLWEAP对沉桩情况进行打桩分析，根据沉桩能量大小及贯入度，找出可能发生溜桩的地层，提前进行防御。

步骤五的具体过程在于：

1)运桩驳船靠泊专用船一侧，专用船吊机起吊结构钢桩上下吊点；

2)结构钢桩水平吊起一定高度后，运桩驳船驶离专用船，专用船吊机继续起钩，专用船吊机一边松下吊点一边左摆大臂，在结构钢桩转移至船艏处后，使结构钢桩变成竖直状态，结构钢桩竖起后，拆下吊点；

3)专用船吊机竖直吊起结构钢桩后，通过吊机吊臂摆动及变幅将结构钢桩喂入导向架的上、下抱箍内，上、下抱箍闭合，液压顶顶出，固定结构钢桩于上、下抱箍中心位置；

4)利用经纬仪扫边测量结构钢桩垂直度，根据测量结果调整液压顶行程，调整结构钢桩呈竖直状态；

5)结构钢桩调直后，专用船吊机缓慢松钩，结构钢桩开始自重入泥，自重入泥过程中，每下沉一定距离，停止松钩，测量复核结构钢桩垂直度，若结构钢桩发生倾斜，通过抱箍油缸调整结构钢桩垂直度呈竖直状态，结构钢桩竖直后方可继续下沉；

6)结构钢桩自重入泥完成后，专用船吊机脱钩。

具体地，所述步骤十的沉桩偏差包括绝对位置偏差、高程偏差和桩轴线倾斜度偏差。

具体地，所述绝对位置偏差为500mm，所述高程偏差为50mm，所述桩轴线倾斜度偏差≤3‰。

具体地，所述绝对位置偏差具体测量过程为：

1)利用GPS打桩定位系统进行精确定位，确保上、下抱箍中心坐标与结构钢桩的中心坐标偏差在误差范围内；

2)导向架施工完成后，用GPS测出上、下抱箍中心与结构钢桩位中心的偏差，结构钢桩对位下沉时用千斤顶对结构钢桩平面位置作进一步调整，保证钢桩平面位置偏差小于50cm。

具体地，所述高程偏差具体测量过程为：

1)导向架施工完成后，测量人员通过GPS测出下抱箍标高，并做好记录；

2)沉桩过程中，通过导向架标高，目测桩顶标高快接近设计高程时，停锤并测量此时桩顶高程，根据测量结果及锤击贯入度情况，预判需锤击数；

3)继续锤击沉桩，锤击一定锤数后，停锤并测量此时桩顶高程，根据测量结果及锤击贯入度情况，预判需锤击数；

4)重复上述3过程，直至达到设计要求标高。

具体地，所述桩轴线倾斜度偏差具体测量过程为：

1)结构钢桩入泥前，利用经纬仪测量结构钢桩垂直度，并通过导向架的液压顶调整结构钢桩竖直状态，经纬仪布置于导向架上，两台呈90°方向布置，结构钢桩自重入泥过程中，每50～100cm 暂停下沉，测量并调整钢桩垂直度；

2)沉桩施工前，起吊测量导向架至桩顶，对沉桩前桩顶法兰水平度进行精确测量，并依据测量结果精确调整桩顶法兰水平度，使桩顶法兰水平高差在3mm以内；

3)锤击沉桩过程中，通过液压锤上的高精度双轴倾角测量仪，可实时监测钢桩顶部法兰水平度情况，沉桩过程中，每50～200cm暂停下沉，根据测量情况对结构钢桩垂直度进行调整，保证结构钢桩垂直度在设计要求范围内，同时，架设经纬仪在导向架上进行垂直度测量，两种测量方法的结果相互校核比对，保证测量结果正确，确保桩顶法兰水平度偏差在允许范围内。

一种海上风电单桩基础施工专用船，包括船体本体，所述船体本体上设有打桩定位系统、锚链组、导向平台、起重架、桩锤系统、吊机及液压系统和电气系统，所述起重架主体结构为箱梁式桁架结构，起重架下部通过底柱、斜撑和下拉杆与船体本体连接，吊机设置于起重架顶部，所述导向平台架设在船体本体上，所述桩锤系统置于船体本体甲板面上，所述锚链组设置在船体本体的两端，所述打桩定位系统和锚链组均与船体本体上的控制系统电连接，所述吊机旋转半径大于导向平台与吊机的距离。

本发明一种海上风电单桩基础施工方法及专用船的有益效果如下：

本施工方法打入的结构钢桩，施工快捷方便，经济性好而且结构钢桩的绝对位置、高程和桩轴线倾斜度偏差准确，且能保证其结构钢桩结构受力的均匀性和科学性。

本发明的专用船，通过设置打桩定位系统、锚链组和导向平台，利用打桩定位系统和锚链组相互配合，通过绞锚移船精确定位在打桩位置。导向平台采用上、下抱箍结构并挂设在专用船上，定位桩通过支撑结构悬挂在导向架上，随专用船一起移动，实现单船完成建立导向平台以及结构钢桩的起吊、翻桩等作业过程，具有施工方便快捷，确保海上作业安全，降低生产成本。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的效果作进一步说明，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。

【附图说明】

图1为本发明示意图；

图2为导向平台示意图；

图3为图2-A放大图；

图4为立柱的主视图；

图5为起重架的主视图；

图6-8为吊机示意图；

图9为图6-A的局部放大图；

图10为本发明的流程图；

船体本体100；吊机110；第一副船210；第二副船220；工作锚310；导向架410；定位桩420；支腿430；411上抱箍；下抱箍412；液压顶510；滚轮520；滚轴530；立柱610；起重架600；吊臂111；转台112；立柱113；斜撑114；变幅滑轮组115；回转支承116；搁置架117。

【具体实施方式】

在本发明的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

请参见图1-10，图1-10揭示的是一种海上风电单桩基础施工方法及专用船的最佳实施方式：

一种海上风电单桩基础施工方法，包括以下步骤：

施工准备：各种材料及设备准备到位，制作好的导向架410放置于专用船开档支腿处，定位桩420 通过支撑结构悬挂在导向架410上。

具体过程为：

(1)设备、人员进场及施工海域情况收集及调查；

(2)编制实施性施工组织设计，编制专项施工技术及安全方案；

(3)设立测量控制点及测量信号传播基站；

(4)参建人员岗前培训与技术交底；

(5)机械设备检修、试运转；

(6)吊具、工具及安全防护用品等配置到位。

一、专用船定位：专用船通过GPS和绞锚移船精确定位至打桩位置，

具体过程为：

(1)专用船上配备有GPS打桩定位系统，该系统由三部分组成：位于操控室的电脑终端及视频显示屏(可实时显示定位数据)、位于二层舱室的光电测距仪及DV探头、位于前后甲板的3台GPS测站(另有1台GPS备用)。

(2)根据风场海域的水文气象资料，得知海流方向和落潮流流向，结合潮水及波浪影响，再确定船艏向定。

(3)在GPS打桩定位系统中输入待施工机位坐标及站位角度，定位系统显示界面上即可实时显示出桩位偏差及扭角偏差。根据偏差情况，专用船驶向机位位置并抛8个工作锚310。专用船在风电场区域范围内移位采用自航模式。专用船配备有8个锚(前、后各四个锚)，每个锚的锚绳长度为700m，根据本工程情况，专用船抛锚距离(自船舷起)为500m。

(4)专用船8个工作锚310组成的锚链组可在驾驶台进行电脑监控，集中操作。专用船8 个工作锚310抛设到位后，通过定位系统显示偏差情况，在驾驶台对各锚情况进行调节，通过绞锚移船精确定位至打桩位置。

二、定位桩下沉：通过振动锤下沉定位桩420，然后将导向架410通过悬挂机构挂置导向架410于定位桩420上。

步骤三的具体过程在于：

(1)专用船精确定位完成后，利用振动锤依次下沉4根定位桩420；此时导向架410仍落在专用船上。

(2)4根定位桩420下沉到位后，专用船吊机110提升导向架410。

(3)导向架410提升至一定高度后，利用悬挂结构挂置导向架410于定位桩420桩顶。悬挂结构由钢结构挂钩和精轧螺纹钢筋及螺帽组成。每根定位桩420上桩顶布置有三个挂钩，通过精轧螺纹钢筋支撑导向架410重量，保证各根精轧螺纹钢筋均匀受力。

(4)导向架410平台调平后，定位桩420与导向架410之间用钢楔块锁定，使其形成稳定、可靠的海上定位导向平台。

(5)导向平台高度应考虑涨落潮影响，保证高潮位时专用船甲板不会碰触到导向架410。

三、调整导向架：通过调整悬挂机构确保导向架410基本水平；

具体过程为：

测量导向架410平台水平度，通过调节精轧螺纹悬挂长度保证导向架410平台基本水平。

四、结构钢桩移入：专用船吊机110起钩，将结构钢桩立起，将结构钢桩移入导向架410 的上抱箍411和下抱箍412内。

具体过程为：

(1)导向平台410施工完成，运桩驳船靠泊专用船一侧，专用船吊机110起吊结构钢桩上下吊点。

(2)结构钢桩水平吊起一定高度后，运桩驳船驶离专用船，专用船吊机110继续起钩，专用船吊机110一边松下吊点一边左摆大臂，在结构钢桩转移至船艏处后，使结构钢桩变成竖直状态，结构钢桩竖起后，拆下吊点。

五、结构钢桩找中：专用船吊机竖直吊起结构钢桩后，通过吊机吊臂摆动及变幅将结构钢桩喂入导向架的上、下抱箍内，上抱箍411和下抱箍412闭合，位于上抱箍411和下抱箍412上的液压顶510顶出，使结构钢桩位于上抱箍411和下抱箍412中心位置。

六、结构钢桩下沉：浮吊落钩，同时定时测量垂直度，使结构钢桩以垂直状态入泥自沉。

具体过程为：

(1)测量人员利用经纬仪扫边测量钢桩垂直度，现场技术人员根据测量结果调整液压顶510 行程，调整钢桩呈竖直状态。

(2)结构钢桩调直后，专用船吊机110缓慢松钩，结构钢桩开始自重入泥，自重入泥过程中，每下沉一定距离，停止松钩，测量复核结构钢桩垂直度，若结构钢桩发生倾斜，通过抱箍油缸510调整结构钢桩垂直度呈竖直状态，结构钢桩竖直后方可继续下沉。

(3)钢桩自重入泥完成后，专用船吊机110脱钩。

七、沉桩准备：测量结构钢桩垂直度和进行地质分析，找出易发生溜桩地层并设计溜桩方案。

具体过程为：

(1)沉桩施工前，结合前期勘察设计数据结合利用专业打桩分析软件GRLWEAP对沉桩情况进行打桩分析，根据沉桩能量大小及贯入度数据，找出可能发生溜桩的地层，提前进行预防。

(2)吊机110吊液压锤对位至桩顶后，吊装钢丝绳下放至液压锤锤顶卸扣平躺后再继续下放约10cm即停止松钩，防止突然溜桩给吊机110带来的冲击。后续沉桩过程中，保证吊机110同样的松绳量。尽量做到少松勤松，在发生溜桩情况下，吊机110能尽快吊重吊起液压锤，减小溜桩情况下对吊机110的冲击。

(3)液压锤本身带有两个防打空锤的制动传感器，一个位于液压锤锤顶，当锤顶卸扣处于竖直状态至45度角之间时，传感器会感应发出制动信号，自动停止锤击；即在发生溜桩时，液压锤在被吊起之前，便会自动停止锤击作业。一个位于液压锤碾铁上方，当液压锤全部重量落在桩顶时，液压锤的碾铁会被往上顶起，传感器感应信号可以进行锤击；当溜桩发生，吊锤钢丝绳带劲，液压锤重量不完全落在桩顶上，传感器将发出信号自动停止锤击作业。

(4)初开始锤击沉桩时，最是容易发生溜桩，故沉桩初始打击能量设定为液压锤的最小能量。沉桩以单击开始，即每锤击一锤后停锤观察钢桩贯入度。连续单击3～5锤，观察钢桩贯入度情况，若贯入度小于5cm/单锤，则可开始连击沉桩，反之，继续单击。

(5)沉桩过程中，当沉桩接近可能溜桩地层时，应提前降低打击能量及锤击速率，预防可能的溜桩。

(6)沉桩过程中，根据贯入度情况，实时调节锤击速率及能量，沉桩贯入度应控制在1cm～ 2cm之间。很多时候，贯入度过大都是溜桩的前兆。当贯入度较大时，减小锤击能量和降低锤击速率，甚至可以以最小能量进行单击，预防溜桩。

八、结构钢桩沉桩：用液压锤将结构钢桩插打至设计标高。

步骤九具体过程为：

钢管桩沉桩以标高控制为准，贯入度作为校核。所有的桩均应沉至设计标高，但当遇到下列情况之一时，可中止沉桩，并做好沉桩记录通告给现场监理：

(1)桩顶达到设计标高，且最后6个连续25cm的平均贯入度不超过20mm。

(2)桩顶未达到设计标高，且桩顶超高小于1.5m，最后50cm以最大锤击能量打击平均贯入度仍小于3mm。

(3)桩顶未达到设计标高，且桩顶超高小于1.5m，但总锤击数超过7000击，或最后1m按最大锤击力打桩锤击数超过1000击。

当遇到下列情况之一时，应立即终止沉桩，并将沉桩记录及时通告给现场监理及业主，并同设计方联系，商讨采取相应的措施：

(1)桩顶达到设计标高，且最后25cm平均贯入度超过20mm。

(2)桩顶未达到设计标高，且桩顶超高大于1.5m，最后50cm以最大锤击能量打击平均贯入度仍小于3mm。

(3)桩身严重偏移、倾斜。

九、沉桩测量控制：保证结构钢桩的允许偏差符合工艺要求。

本实施例中，所述绝对位置偏差为500mm，所述高程偏差为50mm，所述桩轴线倾斜度偏差≤3‰

步骤十具体过程为：

1、钢桩绝对位置测量控制：

(1)利用GPS打桩定位系统进行精确定位，确保导向平台抱箍中心坐标与施工钢桩的中心坐标偏差在误差范围内。

(2)导向架410平台施工完成后，用GPS测出导向平台抱箍中心与桩位中心的偏差，钢桩对位下沉时用千斤顶对钢桩平面位置作进一步调整，保证钢桩平面位置偏差小于50cm。

2、桩顶高程测量控制：

(1)导向平台施工完成后，测量人员通过GPS测出下层导向平台标高，并做好记录。

(2)沉桩过程中，通过平台标高，目测桩顶标高快接近设计高程时，通知停锤并测量此时桩顶高程。根据测量结果及锤击贯入度情况，预判需锤击数。

(3)继续锤击沉桩，锤击一定锤数后，通知停锤并测量此时桩顶高程。根据测量结果及锤击贯入度情况，预判需锤击数。

(4)重复上述(3)过程，直至达到设计要求标高。

高程测量控制时，应明确设计图纸给出的高程控制基准，确保高程系统统一。

3、钢桩垂直度测量控制：

(1)钢桩入泥前，利用经纬仪测量钢桩垂直度，并通过导向平台上液压顶510调整钢桩竖直状态。经纬仪布置于定位导向平台上，两台呈90°方向布置。钢桩自重入泥过程中，每50～100cm 暂停下沉，测量并调整钢桩垂直度。

(2)沉桩施工前，起吊测量平台至桩顶，对沉桩前桩顶法兰水平度进行精确测量。并依据测量结果精确调整桩顶法兰水平度，使桩顶法兰水平高差在3mm以内。

(3)锤击沉桩过程中，通过液压锤上的高精度双轴倾角测量仪，可实时监测钢桩顶部法兰水平度情况。沉桩过程中，每50～200cm暂停下沉，根据测量情况对钢桩垂直度进行调整，保证钢桩垂直度在设计要求范围内。同时，架设经纬仪在导向平台上进行垂直度测量，两种测量方法的结果相互校核比对，保证测量结果正确，确保桩顶法兰水平度偏差在允许范围内。

更加具体地，高精度双轴倾角测量仪安装在液压锤上，其通过自身高灵敏度传感器及相关芯片测量桩顶水平度情况。停锤测量时，其内置的无线电台把传感器数据发送到远程电脑上，电脑通过其专业的测量软件对接收到的无线电台信号进行分析，可实时计算出桩倾角、桩顶坡比及桩顶偏移量等。高精度双轴倾角测量仪的倾斜度测量误差可达到0.1‰级。首次测量前，须对双轴倾角测量仪进行标定。

导向平台拆除：专用船吊机110吊起导向架410并放置于专用船甲板上，振动锤至定位桩420 顶，从海床中拔出定位桩420并通过支撑结构悬挂在导向架410上。

步骤十一具体过程为：

沉桩至设计标高后，吊装液压锤、送桩器归回原位。专用船吊机110开始拆除导向平台。

(1)拆除导向架410与定位桩420之间的锁定楔块；

(2)起吊导向架410一定高度，使悬挂结构不受力，拆除定位桩420桩顶的悬挂结构；

(3)悬挂结构拆除完成后，专用船吊机110起吊导向架410落于专用船甲板固定位置上。

(4)专用船吊机110起吊振动锤至定位桩420顶，依次从海床中拔出4根定位桩420并挂置定位桩420于导向架410上。

本实施例中，还需要对结构钢桩吊装附属结构。

具体过程为：

(1)专用船吊机110吊装套笼一定吨位后，解除驳船上的套笼锁定装置。锁定装置解除后，从驳船上把套笼吊起一定高度并摆至已沉桩完成的桩顶上方。

(2)专用船吊机110对位并缓慢下放，把套笼结构套在钢桩外面。根据出厂前在钢桩及套笼上的标记，通过系缆风的方式缓慢旋转套笼角度，使其标记重合，对位安装。

(3)套笼结构对位完成后，专用船吊机110松钩使其安装到位。

(4)专用船吊机110从驳船上吊起内平台进行安装。同样，根据出厂前做好的标记线进行对位安装。对位下放至桩内内平台环板后，专用船吊机110拆钩，上内平台紧固螺丝，并连接接地线。

一种海上风电单桩基础施工专用船，包括船体本体100。本实施例中，所述船体本体100为开口船，所述开口船设有第一副船210和第二副船220，所述第一副船210和第二副船220之间形成通道。

本实施例中，所述吊机100包括吊臂111、转台112、立柱113、斜撑114、变幅滑轮组115和回转支承116，所述立柱113固定设置在起重架600上并竖直设置，斜撑114一端与立柱113顶部固定连接，斜撑114另一端与起重架顶部后两个拐角固定，转台112通过与回转支承116螺栓连接套设在立柱113上，所述回转支承116与焊接在立柱113下部的法兰螺栓连接，吊臂111一端通过销轴与转台112枢接，吊臂111的另一端与立柱113顶部之间设置有变幅滑轮组115，吊臂111通过变幅滑轮组115实现吊臂111绕转动上下转动。本实施中，所述甲板上还设有搁置架117，不使用时，吊臂 111的存放是通过变幅滑轮组115将吊臂111放置于甲板面的搁置架117上。所述回转支撑116由电动机、制动器、行星齿轮减速机及大小齿轮组成，小齿轮与大齿轮之间采用偏法兰定位，回转支承为带外齿轮并且可以防水的三排滚柱式类型，减速机安装在立柱上，成四角布置。

具体地，所述船体本体100上设有打桩定位系统、锚链组、导向平台和吊机110；本实施例中，为了更好的施工，导向平台和吊机110架设在第一副船210和第二副船220上，导向平台部分浸泡在河水中，并实现拖航。

更加具体地，所述导向平台包括导向架410和4条定位桩420，所述定位桩420平均布设在导向架410的周向方向上，位于定位桩420的相对位上的导向架410上设有用于架设在第一副船210和第二副船220的支腿430。本实施例中，定位桩的长度采用50米，直径2.42m，板厚25mm；四根定位桩布设在导向架四个角上。支腿430用于与第一副船210和第二副船220固定连接，从而将导向架410 架设在专用船上，随专用船移动而移动；本实施例中，定位桩420通过支撑机构悬挂在导向架410上，工作时，吊机110吊起定位柱，然后拆卸对应的支撑机构，再通过振动锤将定位柱下沉。打桩完毕后，吊机110吊起定位柱，同时通过振动锤，将定位柱拔起，然后在用支撑机构将定位柱悬挂在导向架410 上。解决了需要多次插拔导向架410的问题，提高企业生产率。

更加具体地，所述导向架410包括上抱箍411和下抱箍412，本实施例中，上抱箍411和下抱箍412之间高度距离为10.5米。上、下抱箍有效作业直径为5.5m～7.2m。所述上抱箍411和下抱箍 412上均设有4个液压顶510，所述液压顶510的端部设有滚轮520，所述滚轮520通过滚轴530与液压顶510的端部滚动连接。工作时，通过上抱箍411和下抱箍412的液压顶510，时刻维持钢桩的垂直度；本实施例中，单个液压顶510推力采用150t，滚轮520采用橡胶轮，在施工过程中可有效保护钢桩表面油漆不被破坏。

更加具体地，所述锚链组设置在船体本体100的两端；本实施例中，所述锚链组包括8个工作锚310，第一副船210和第二副船220均设有船头和船尾，所述第一副船210和第二副船220的船头均设有2个工作锚310，所述第一副船210和第二副船220的船尾均设有2个工作锚310。本实施例中，每个工作锚的锚绳长度为700m，根据本工程情况，本专用船的抛锚距离为500m。

更加具体地，所述打桩定位系统包括位于操控室的电脑终端、位于二层舱室的光电测距仪、DV探头和设置在前后甲板上的3台GPS测站，所述GPS测站、光电测距仪和DV探头均与电脑终端电连接。通过在电脑终端输入待施工机位做标和站位角度，电脑终端即可实时显示出桩位偏差及扭角偏差，根据偏差情况，专用船驶向机位位置并抛8个工作锚310，专用船8个工作锚310组成的锚链组可通过电脑终端集中操作。专用船8个工作锚310抛设到位后，通过GPS测站显示偏差情况，在电脑终端对各锚情况进行调节，通过绞锚移船精确定位至打桩位置。

所述打桩定位系统和锚链组均与船体本体100上的控制系统电连接，所述吊机110旋转半径大于导向平台与吊机110的距离。本实施例中，吊机110的最大起吊为1800吨，满足日常工作的需要。本实施例中，以水平面为基准，吊机的垂直旋转角度，向上最大转动为80°，向下最大转动41°。以船体本体100中线向右45°为基准，左右最大转动为105°

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海上风电单桩基础施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、施工准备：制作好的导向架放置于专用船开档支腿处，定位桩通过支撑结构悬挂在导向架上；

二、专用船定位：专用船通过GPS和绞锚移船精确定位至打桩位置，所述专用船包括船体本体(100)，所述船体本体(100)上设有打桩定位系统、锚链组、导向平台、起重架(600)、桩锤系统、吊机(110)及液压系统和电气系统，所述起重架(600)主体结构为箱梁式桁架结构，起重架(600)下部通过底柱、斜撑和下拉杆与船体本体连接，吊机设置于起重架顶部，所述导向平台架设在船体本体(100)上，所述桩锤系统置于船体本体甲板面上，所述锚链组设置在船体本体(100)的两端，所述打桩定位系统和锚链组均与船体本体(100)上的控制系统电连接，所述吊机(110)旋转半径大于导向平台与吊机(110)的距离；

三、定位桩下沉：通过振动锤锤击定位桩插入海床，然后用专用船吊机提升导向架并将导向架通过悬挂机构挂置于定位桩上，导向架脱离专用船船体固定在海面以上；

四、调整导向架：通过调整悬挂机构确保导向架基本水平；

五、结构钢桩移入：专用船吊机起钩，将结构钢桩立起，将结构钢桩移入导向架的上、下抱箍内；

六、结构钢桩找中：上、下抱箍闭合，位于上、下抱箍上的液压顶顶出，使结构钢桩位于上、下抱箍中心位置；

七、结构钢桩自沉：专用船吊机缓慢落钩，同时实时测量并通过抱箍油缸调整结构钢桩垂直度，使结构钢桩以垂直状态入泥自沉；

八、沉桩准备：利用专用软件进行地质分析，找出易发生溜桩地层并设计溜桩控制方案；

九、结构钢桩沉桩：用液压锤将结构钢桩插打至设计标高；

十、沉桩测量控制：保证结构钢桩符合工艺要求，沉桩偏差包括绝对位置偏差、高程偏差和桩轴线倾斜度偏差，所述桩轴线倾斜度偏差具体测量过程为：

1)结构钢桩入泥前，利用经纬仪测量结构钢桩垂直度，并通过导向架的液压顶调整结构钢桩竖直状态，经纬仪布置于导向架上，两台呈90°方向布置，结构钢桩自重入泥过程中，每50～100cm暂停下沉，测量并调整钢桩垂直度；

2)沉桩施工前，起吊测量导向架至桩顶，对沉桩前桩顶法兰水平度进行精确测量，并依据测量结果精确调整桩顶法兰水平度，使桩顶法兰水平高差在3mm以内；

3)锤击沉桩过程中，通过液压锤上的高精度双轴倾角测量仪，可实时监测钢桩顶部法兰水平度情况，沉桩过程中，每50～200cm暂停下沉，根据测量情况对结构钢桩垂直度进行调整，保证结构钢桩垂直度在设计要求范围内，同时，架设经纬仪在导向架上进行垂直度测量，两种测量方法的结果相互校核比对，保证测量结果正确，确保桩顶法兰水平度偏差在允许范围内；

十一、导向平台拆除：专用船吊机挂住导向架并松开悬挂装置，并将导向架沿定位桩放置于专用船开档支腿处，振动锤从海床中拔出定位桩并通过支撑结构将定位桩悬挂在导向架上；

十二、吊装附属结构：专用船吊机起吊附属结构，吊装完成，移船前往下一个机位沉桩施工。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础施工方法，其特征在于：步骤三的具体过程在于：

1)专用船精准定位，利用振动锤依次下沉4根定位桩，此时导向架仍落在专用船上；

2)4根定位桩下沉到位后，专用船上的吊机吊起导向架并提升到一定高度；

3)利用悬挂结构挂置导向架于定位桩上；

4)定位桩与导向架之间通过钢楔块锁定。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础施工方法，其特征在于：步骤八的具体过程在于：

1)结合前期勘察设计数据结合专业打桩分析软件GRLWEAP对沉桩情况进行打桩分析，根据沉桩能量大小及贯入度，找出可能发生溜桩的地层，提前进行防御。

4.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础施工方法，其特征在于：步骤五的具体过程在于：

1)运桩驳船靠泊专用船一侧，专用船吊机起吊结构钢桩上下吊点；

2)结构钢桩水平吊起一定高度后，运桩驳船驶离专用船，专用船吊机继续起钩，专用船吊机一边松下吊点一边左摆大臂，在结构钢桩转移至船艏处后，使结构钢桩变成竖直状态，结构钢桩竖起后，拆下吊点；

3)专用船吊机竖直吊起结构钢桩后，通过吊机吊臂摆动及变幅将结构钢桩喂入导向架的上、下抱箍内，上、下抱箍闭合，液压顶顶出，固定结构钢桩于上、下抱箍中心位置；

4)利用经纬仪扫边测量结构钢桩垂直度，根据测量结果调整液压顶行程，调整结构钢桩呈竖直状态；

5)结构钢桩调直后，专用船吊机缓慢松钩，结构钢桩开始自重入泥，自重入泥过程中，每下沉一定距离，停止松钩，测量复核结构钢桩垂直度，若结构钢桩发生倾斜，通过抱箍油缸调整结构钢桩垂直度呈竖直状态，结构钢桩竖直后方可继续下沉；

6)结构钢桩自重入泥完成后，专用船吊机脱钩。

5.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础施工方法，其特征在于：所述绝对位置偏差为500mm，所述高程偏差为50mm，所述桩轴线倾斜度偏差≤3‰。

6.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础施工方法，其特征在于：所述绝对位置偏差具体测量过程为：

1)利用GPS打桩定位系统进行精确定位，确保上、下抱箍中心坐标与结构钢桩的中心坐标偏差在误差范围内；

2)导向架施工完成后，用GPS测出上、下抱箍中心与结构钢桩位中心的偏差，结构钢桩对位下沉时用千斤顶对结构钢桩平面位置作进一步调整，保证钢桩平面位置偏差小于50cm。

7.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础施工方法，其特征在于：所述高程偏差具体测量过程为：

1)导向架施工完成后，测量人员通过GPS测出下抱箍标高，并做好记录；

2)沉桩过程中，通过导向架标高，目测桩顶标高快接近设计高程时，停锤并测量此时桩顶高程，根据测量结果及锤击贯入度情况，预判需锤击数；

3)继续锤击沉桩，锤击一定锤数后，停锤并测量此时桩顶高程，根据测量结果及锤击贯入度情况，预判需锤击数；

4)重复上述3过程，直至达到设计要求标高。