导管架裙桩系统及其现场安装检验控制

李 强

（中海石油（中国）有限公司 天津分公司 绥中36-1油田二期调整工程项目组，天津 300452）

0 引言

在海洋石油工程建设中，海上钢结构固定平台主要以钢桩的形式扎根于海床深处，以保证平台的稳性。对于不同的水深、设计模式和载荷要求，钢桩插入海床的方式也不同，通俗地讲，钢桩主要采用“串联”或“并联”的入泥方式，但不论何种入泥方式，钢桩均要满足极限承载力和极限抗拔力的要求。所谓“串联”就是一根桩管贯穿于导管架腿内，施工时钢桩分成几段，打完一段之后现场接桩焊接，之后继续打桩直至设计深度。该方式主要用于浅水区域，在水面以上插桩打桩，上部模块最终通过过渡段与桩管连接，如渤海湾等水深小于40m左右的水域。所谓“并联”就是每个导管架腿外有多个连成一体的裙桩套筒，每根桩管贯穿于一根套筒之内，打桩到设计深度。该方式主要用于深水区域（相对浅水区域而言），在水面下插桩打桩，钢桩之间互不关联，其上部模块最终通过过渡段或直接与导管架腿连接。该方式主要用在我国的东海、南海等海域的采油平台。

对于浅水区域，也有裙桩入泥方式的平台，如锦州25-1S固定平台，但数量极少。

“串联”方式导管架的结构比较简单，本文将重点介绍“并联”方式下导管架裙桩系统的安装及检验。

1 裙桩设计型式的选用

水深是平台导管架采用裙装设计的最主要因素，主要原因包括:1）水深导致导管架高度增大，只能平躺着建造和运输；2）水深导致导管架重量增加，除部分利用浮吊下水，大部分则需利用驳船压载倾斜滑移下水，下水之后，导管架漂浮在水面，必须经过灌水、扶正、直立、就位几个过程；3）导管架漂浮需要足够的浮力，需要主导管分隔成不同相互隔开的舱室；4）以上建造和安装方法，使桩体穿过导管架入泥没有可能，而采用单根桩的水下连接和焊接则极大的增加了海上施工难度。

综合以上几点，采用裙桩的设计形式是深水导管架最优的固定方式，该设计形式很好地满足了极限承载力和极限抗拔力的要求；提供了足够的浮力空间确保导管架在安装就位过程中得以有效的控制和有足够的稳性；解决了水下接桩焊接的难题。

2 裙桩系统的组成

裙桩系统主要由5大部分组成:套管及支撑结构；灌浆及其控制系统；封隔器及其控制系统；卡桩器及其控制系统；桩管结构。

套管及支撑结构主要包括套管筒体、剪力板、YOKE板和裙板。通常导管架外侧四角的每个主导管周围的裙桩结构至少包括2个套管筒体，套管筒体之间通过 YOKE板和剪力板与主导管焊接成为一个整体。YOKE板与套管和主导管的中心轴线垂直，一般上下两层；剪力板则与套管和主导管轴线平行且在同一平面内；裙板分布在剪力板四周，起到加强结构强度及避免过度的应力集中造成YOKE板撕裂的作用。套管、主导管与剪力板YOKE板三者交汇处是导管架连接的特殊部位，是应力最为集中的部位，通常情况下该处焊缝在焊接完成后需要在一定长度内打磨成疲劳节点，此点需引起注意。每个裙桩套筒内部一般设置有剪力键、导向块、封隔器等附件，其上端的喇叭口称之为调平环，将在插桩和调平过程中发挥作用；套筒外部设置主/备用的半圆管形式的灌浆环形空间沿套管径向焊接，环形空间内的套管结构沿周长均匀开具灌浆孔洞，以确保套管与桩管环形空间的灌浆质量。

灌浆系统包括灌浆管线、灌浆控制系统、套管环形空间、套管与桩管的环形空间、剪力键、灌浆孔等。其中灌浆管线、灌浆控制系统、套管环形空间为主备用各1套。为防止系统意外，灌浆系统通常将装有冗余装置，在主备用环形空间之上再增设一套环形空间，在主备用系统均出现故障时由ROV进行水下操作。剪力键的作用主要是增大灌浆后环形空间浆体与套管和桩管之间的附着力，同时也可避免较大的压力穿过封隔器导致漏浆。

封隔器系统包括封隔器（每个套筒一个）及其控制系统。该封隔器与浅水的不同，为确保封隔器的功能完好，封隔器钢质结构内装有一个待充气的橡胶胎具，导管架海上安装时，当打桩完成灌浆前，导管架顶端控制系统启动，通过向封隔器内充气，使膨胀胎具达到现场的啮合状态，从而达到盛浆、固浆的目的。为防止系统意外，封隔器系统通常装有冗余装置，一般会设有单独的注气装置，在系统出现故障时由ROV进行水下操作。

每个主导管处的裙装只有1根套管安装卡桩器及其控制系统，每个卡桩器设置有多个液压缸，打桩后通过导管架顶部的液压控制装置控制卡桩器上的控制盘实现功能操作。为防止系统意外，卡桩器控制系统装有一套冗余装置，在系统出现故障时由ROV进行水下操作。

桩管结构主要涉及桩体结构的制作、外部剪力键的安装、透气孔的加工等。

3 安装及检验控制要点

3.1 套管及支撑结构安装及检验控制要点

1）焊缝排版:主导管、裙桩套管、YOKE板和剪力板在下料安装前要统筹设计、合理排版，避免焊缝相互重合和违反规范要求的过近距离。

2）安装精度:要注意控制套筒的安装顺序、安装角度，确保尺寸精度在范围之内。

3）焊缝质量:选择合理的焊接工艺，确保焊缝的焊接质量。

4）疲劳节点:确定疲劳节点的数量，做好疲劳节点的打磨处理。

5）附件安装:包括导向块插入端的安装和处理，剪力键的安装及焊接。

6）进行通径试验。

3.2 灌浆系统安装及检验要点

1）焊接工艺评定的选择:灌浆管线的支座与主导管的焊缝、剪力键与套管的焊缝采用结构焊接规范，一般采用AWS标准[1]，包括焊工资质；灌浆管线之间的焊缝、灌浆管线与支座的焊缝以及套管环形空间与套管的焊缝采用压力容器焊接规范，一般采用ASME标准，包括焊工资质。

2）灌浆管线的压差:灌浆管线的试压压力为1.5倍的最大工作压力和静水压力之和，可知通常所说的试验压力为应以导管架灌浆管线底部为准，但导管架在平放时，如果高差过大，这时高低点会颠倒，此时在以导管架灌浆管线底部为准时，还应考虑超出试验压力更大的压力是否会对顶端产生超应力影响，此处应要求详细设计进行计算，出具书面文件予以澄清。

3）灌浆系统的试压:灌浆管线试压时提到的最大工作压力是指灌浆机的额定压力，此处非常重要，作为审图人员应要求图纸明确灌浆机的最大压力范围；作为现场检验人员灌浆前应核查灌浆机的额定压力是否符合设计要求，避免选型不当导致灌浆管线内部堵塞或瞬间压力过大而打爆管线。

4）系统的吹通和保护:主用和备用两根灌浆管都安装在桩腿内，施工及检验条件较差，检验和试验时要注意支撑及管段有无漏装、漏焊、渗漏情况。

3.3 封隔器系统安装及检验控制要点

1）安装时温度控制:封隔器与套筒对接时，注意控制环缝焊接的温度，避免因温度过高烧坏橡胶气胎。

2）调试系统:做好控制系统的吹通及试压工作；调试激活封隔器，用临时短管代替钢桩模拟现场的啮合状态；因目前封隔器均为国外进口，安装及调试将在厂家指导下进行。

3.4 卡桩器系统安装及检验控制要点

1）卡桩器的上端与调平环下端通过直管段焊接相连，其下端与裙桩套管上部结构焊接相连。

2）安装时:首先做好安装精度的控制；选择合适的焊接工艺和焊接人员，确保卡桩器焊口的焊接质量；做好卡桩器在现场安装过程中的保护，避免因安装过程损坏；安装后应对液压装置进行现场模拟试验。

3）系统功能试验:控制管线吹通试压；系统阀门的有效动作试验；液压缸伸缩功能试验；系统整体的模拟调试。

3.5 桩管结构安装及检验控制要点

1）结构排版是否符合规范要求；2）焊接质量及探伤是否符合要求；3）桩体的尺寸精度是否满足要求；4）剪力键的尺寸位置是否符合要求；5）通气孔尺寸大小、位置及数量是否满足要求；6）桩管吊桩采用起桩器，端部的椭圆度要重点关注。

4 其他注意事项

所有过程必须严格按照批准的图纸、规范[2]要求进行，包括原材料的使用、预制过程、安装过程、试验及检验过程等。在与裙桩连接的主导管内设计有加强环及均布的加强筋板，以增加裙桩部位强度，部分加强筋板与剪力板中心线重合，安装时应注意。

各系统管道、阀门试验应真实有效。调试完成后，要做好各系统的日常和运输期间的保护，防止意外损伤。装船前及下水前应对控制系统管道进行详细的外观检查。各系统管道支撑的规格、数量、间距应严格按照规范要求施工，以避免运输或海上安装过程中受到剧烈震动而破损。

封隔器及卡桩器的安装应在厂家的指导下进行。裙桩套管的安装要注意温度的控制，避免对封隔器橡胶瓣膜等造成损伤。封隔器和卡桩器橡胶瓣膜为法兰上下螺栓固定的，要采用测力扳手对称安装。为避免受到打桩过程中和营运过程中振动载荷的影响，螺母在把紧后要采用有效的方式永久与螺栓固定，以防止松动，必要时进行点焊固定。

5 结束语

导管架裙桩系统的安装涉及多个系统单元，属于特殊构件，是导管架整体安装结构中最为关键和复杂的部位之一，同时该位置位于海底海床上，是连接桩管与平台的纽带，对于该部位施工环节的任何疏忽都可能会导致不可挽回的严重后果，需特别重视。本文结合导管架建造过程和检验中的心得和积累，总结和介绍了裙桩系统的组成、安装及检验控制要点，旨在让大家对导管架裙桩系统有个整体的认识，以便在安装和检验过程中达到相互学习、交流、借鉴的目的。

[1]AWS. AWS D1.1/D1.1M 2010 《钢结构焊接规范》[S].2010.

[2]API. API RP 2A《海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法》[S]. 2002.