海上風電導管架灌漿施工質量控制淺析

王 聰，覃曉榮

（浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

海上風電項目導管架基礎的灌漿施工是基礎結構施工的一項關鍵技術也是一項重點和難點工作，無論采用“先樁法”還是“后樁法”，均需要對導管架與基礎樁間的環縫進行水下灌漿。導管架灌漿段是連接導管架與基礎樁的關鍵部位，上部結構、風、浪和流等載荷主要通過導管架結構經灌漿段傳遞至鋼管樁，鋼管樁再把載荷傳遞到海床，所以灌漿質量將直接影響到風機的使用壽命和運行安全。本文結合廣東某海上風電場項目導管架灌漿施工中的質量控制進行簡單分析，為海上風機導管架灌漿施工質量控制提供參考。

1 導管架基礎結構類型

導管架基礎按施工工藝分有兩種結構形式：“先樁法導管架”（見圖1）和“后樁法導管架”（見圖2）。先樁法導管架即先施工導管架基礎鋼管樁后將導管架支撐腿插入基礎鋼管樁，后樁法導管架即先沉放導管架再施打導管架基礎鋼管樁。

圖1 先樁導管架示意圖（單位：mm）

圖2 后樁導管架示意圖（單位：mm）

2 水下灌漿質量控制

2.1 事前質量控制

導管架水下灌漿應連續、不間斷進行，所以在灌漿前必須做好充分的準備工作，保證一次灌漿成功。一般應該進行如下準備工作。

1）編寫施工方案和作業指導書。方案內容要完整、準確，包括工程概況介紹、方案的編制依據、進度計劃、資源投入、施工部署、灌漿施工工藝、灌漿工作流程詳細說明、質量控制計劃和措施、灌漿過程中可能出現的質量問題和處理措施、風險識別和控制措施、應急預案等，尤其是重點難點工序要詳盡，編制的方案要具有可行性和可操作性。還應針對不同的機位特點編制灌漿施工作業指導書用于現場指導施工作業。

2）編寫船舶、設備、備件、試驗設備及器具的完整清單，有主有備，并按照清單進行準備。主要設備清單如表1 所示。

表1 導管架灌漿所需主要設備、儀器

3）提前關注施工海域的天氣和海況，為了保證導管架灌漿施工的質量和安全，導管架灌漿施工應選擇在有足夠施工窗口期的時間進行施工。

4）從事灌漿作業的施工作業人員應具備相應的資格，并保證有 2 名合格的全職灌漿工程師進行現場管理、指導、監督和實施工作，直到灌漿完成，且此 2 人應具備灌漿工作和每次注漿擴散的工作知識以及 3 個以上海上風電場灌漿經驗，并能在建設單位需要時提供專業的建議。灌漿團隊成員數量應足以保證連續 24 h 灌漿作業。

灌漿前應明確人員崗位及職責，對各個崗位的人員培訓，包括施工方案、設備操作及安全培訓和交底。

5）船上所需電源、配電箱、起重裝置及固定裝置的檢查，必須保證船上裝置完好、工作正常，為灌漿施工提供保障。

6）灌漿設備性能良好、數量滿足灌漿需要，不僅要考慮正常灌漿需要，還要考慮備用設備。灌漿設備離岸之前，應進行所有灌漿設備的功能測試并應在 7 d 前告知建設單位，灌漿設備性能應與灌漿漿液的類型和濃度相適應，其額定容許工作壓力應大于最大灌漿壓力的 1.5 倍，應有足夠的排漿量和穩定的工作性能，保證灌漿能在 1 d 內完成。

7）灌漿材料。灌漿材料是灌漿段質量保證的關鍵因素，在實際選擇時，會以灌漿連接段分析結構與設計要求為依據，選擇普通水泥灌漿料或高強水泥灌漿料。對于普通水泥灌漿料而言，自身價格低、取材方便，廣泛應用于海洋石油工程中，但缺點也很明顯，容易收縮，抗壓強度與粘結強度較低。高強水泥灌漿料相對于普通水泥灌漿料來說，主要采用了收縮補償技術，因此灌漿料比較均勻，流動性強，更容易進行泵送灌漿，故更加適合海上風電基礎灌漿要求。另外，在海上風電樁基灌漿連接施工方面，高強水泥灌漿料還具備以下指標，一是含氣率，即高強水泥灌漿料含氣率更低，一般要求在 4 % 以內；二是早期高強度，在 20 ℃ 環境下，24 h 以內的抗壓強度應＞50 MPa；三是后期超高強度，一般在 28 d 后，灌漿抗壓強度應達到 125 MPa；四是高體積穩定性，在實際灌漿施工時，灌漿連接段需要傳遞并吸收來至上部結構的所有荷載，灌漿料自身只有具備良好的體積穩定性，才能夠保障灌漿連接施工質量。除此之外，高強灌漿料還包括彈性模量、抗折強度、凝結時間等指標。所以要提前按設計要求選定灌漿材料供應商，保證灌漿材料的質量滿足要求。灌漿材料供應商的業績、灌漿材料的技術參數、灌漿材料的相關有資質的機構提供的認證證書（如 DNV-GL 認證證書）、所提供的灌漿材料在類似海域施工的質量證明或者原型試驗報告、每批灌漿材料的合格證書應當包括規范要求的一系列材性指標及制造日期和保質期，氯化物的總量不應超過水泥重量的 0.3 % 等均要滿足設計要求。

灌漿材料應采用特殊的防潮及不透水袋包裝供應。產品儲存在干燥陰涼的環境中。運輸過程中，材料用油布遮蓋；在船上儲存時，材料放置在一個頂部敞開的集裝箱內，然后用防水油布遮蓋，避免以后對材料產生影響。

8）密封材料。灌漿密封圈是一種用于封堵灌漿材料、防止灌漿施工中漿液泄漏的產品。它通常被安裝在升壓站基礎灌漿連接段的底部，沿鋼管一圈進行螺栓固定。在設計的灌漿長度下，最大能承受環面間隙與最小環面間隙見施工圖紙，密封圈的密封范圍不僅要保證能夠覆蓋上述區間，還要保證一定的容差。密封圈應能承受承包方選定的灌漿材料相應的灌漿壓力和一定的溫度范圍，保證密封的可靠性。密封圈性能需模仿真實情況開展測試，測試壓力需≥1.5 倍設計灌漿長度下的壓力。應提供給船級社認證的證書以及實驗報告、相應的業績證明。應對以下項目進行檢測：拉伸強度、拉斷伸長率、硬度、每批次產品都應存有可追溯性記錄、產品的尺寸檢測報告、產品硬度檢測報告［1-3］。

2.2 灌漿中的質量控制

2.2.1 灌漿管路連接

預制灌漿管線在導管架出運前提前焊接固定在導管架基礎上；預先連接灌漿軟管與平臺上預制管線口，以便灌漿過程中工人上下平臺接管、拆管作業。軟管長度預留一定富余長度，在風、浪、涌作用較大條件下，保證不會因船舶晃動導致軟管崩斷損壞，接口處做好連接加固。當其斷裂或者接口脫落緊急情況時，根據現場情況進行更換軟管或修復接口。任何軟管的彎曲，其彎曲半徑不得＜70 cm，軟管周邊沒有物品擠壓且有振動空間；當軟管沒有連接起來的時候，所有的口必須用塑料蓋或者其他材料封堵，保證軟管內干凈無異物。

2.2.2 灌漿段環縫沖洗

灌漿前，潛水員下水作業，利用高壓水槍清除樁內泥沙及海生物，確保樁內干凈達到施工要求。

2.2.3 密封圈檢查

插入樁腿或鋼管樁之前應檢查密封圈是否存在異常，螺栓、蓋板是否有松動，外形如有變形需要修正。密封圈的安裝與存放必須嚴格按照廠家要求進行。

2.2.4 灌漿材料配置

1）灌漿材料的拌合應采用機械拌合，攪拌時間應不少于 2 min。

2）現場使用時，嚴禁在水泥基灌漿材料中摻入任何外加劑和外摻料。

3）冬季施工時段的材料配置應遵照 GB/T 50448－2015《水泥基灌漿材料應用技術規范》第 4.0.4 條的規定執行。

2.2.5 首包料檢測

對漿體進行現場測試、取樣，確保達到灌漿設計要求。當第一包料達到灌漿料要求攪拌時間后，目測灌漿料是否攪拌均勻（無明顯干料或塊狀），當目測攪拌均勻，放料至檢測計量杯，如漿液不均勻，應延長攪拌時間直至攪拌均勻。之后開始進行現場漿液測試，測試漿液各項技術指標合格，方可泵送漿液，如不合格，應根據實際情況在灌漿料允許水灰比范圍內進行加水攪拌調整各項測試數據，直至漿液符合灌漿技術指標要求。

2.2.6 灌漿料現場檢測

灌漿施工現場測試指標包括灌漿料溫度、流動度、表觀密度和含氣量等指標，現場測試的性能指標和試驗方法如表2 所示。

表2 灌漿料現場測試性能指標

2.2.7 溢漿確認與停止灌漿

泵送開始階段采用較大流量，當灌漿材料的用量大于溢漿前的理論材料用量或者環形空間頂部有溢漿發生，潛水員下水摸探溢漿情況，并及時告知專業工程師，經過專業監理工程師確認溢漿完成，應停止泵送，停止時間約為 15 min，使漿料中的氣泡充分溢出。待專業工程師確認靜置結束后，進行屏漿，壓力屏漿仍然采用低流量進行。在泵送過程中，軟管及灌漿料入口處有可能出現堵塞，必須隨時觀察泵車回壓數值，一旦壓力過高必須立即停止泵送。

2.2.8 灌漿過程應詳細記錄

應當詳細記錄灌漿過程中的各種參數、灌漿的起始時間、氣溫、海況、灌漿過程中的質量檢查情況、灌漿過程中發生的異常情況等。

2.3 事后質量控制

灌漿質量檢查，應以分析灌漿記錄為主，按下列各項內容進行質量檢查，并做好質量記錄：灌漿管路暢通、縫面暢通及灌漿區密封情況；灌漿作業結束時排氣管的出漿密度；灌漿過程中有無中斷、漏漿和管路堵塞等情況；灌漿材料的性能；灌漿材料的灌注量。

3 結語

本文針對海上風電場項目導管架基礎水下灌漿施工全過程的質量控制進行了簡單分析，為海上風電導管架灌漿施工提供參考。Q