浅水导管架拒锤后的安装工艺

惠 丹，王 进

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

目前，浅水导管架都是采取“打入钢桩”的形式进行导管架的安装，因此钢桩是否成功安装决定着导管架安装是否成功。由于钢桩的安装取决于土壤资料、打桩锤设备和海上施工顺序等因素，一旦任何一个环节出了差错，钢桩就会因为停锤时间过长而导致拒锤。

本文介绍了蓬莱19-3项目WHP-E导管架出现拒锤后的解决措施和安装工艺，研究意义在于：1）工程实践为海洋工程基础理论研究提供了现实基础；2）通过现有工程项目实施的描述，推广和传播成熟的技术，开发新技术；3）改善工艺过程、提高效率、节约成本，为企业创造更高的利润；4）优化施工工艺，为健康安全和环保（HSE）提供必要的保证。

1 蓬莱19-3项目WHP-E导管架拒锤原因

WHP-E导管架在2008年1月开始海上安装，由于8条腿的钢桩均发生拒锤，直到2008年12月才完成整个导管架的海上安装。为了最大限度的减少后续导管架出现拒锤的风险，现将WHP-E导管架的拒锤原因做一个简单的介绍，以便借鉴。通过分析现场相关数据，技术人员分析具体原因有如下几点：

1）土质太硬。业主提供的土壤资料（图1），根据提供的土壤资料发现，在 166.5ft~186.5ft（50.7m~56.8m），196.5ft~216.5ft（59.9m~66m），236.0ft~255ft（71.9m~77.7m）都是密实的沙层，桩端阻力达到200ksf。这在渤海都是比较罕见的。

2）接桩位置位于密实的沙层。在完成第三节钢桩的打桩作业后，桩尖位于密实的沙层，此时进行第四节钢桩的接桩作业，导致桩尖部沙层在桩内快速凝结，与钢桩内外壁发生固结。

图1 土壤资料

3）打桩顺序太过激进。此次导管架也参照以往渤海导管架的施工顺序，每节钢桩全部接上，然后再进行打桩，导致预先接上的钢桩的停锤时间过长。

4）打桩锤锤体过重，锤击率过低，动力站与打桩锤不匹配。用于WHP-E导管架海上安装的打桩锤是 MHU-800打桩锤和 MHU-1200打桩锤。MHU-800锤虽然能够达到较高的锤击率，但是由于锤体过重，导致钢桩向钢桩倾斜方向有一个轻微的弯曲，增加了钢桩与导管架套筒之间的摩擦力。MHU-1200锤打击能量虽然大于MHU-800锤，但是由于动力站与打桩锤不匹配，属于典型的“小牛拉大车”，因此发挥不出原来的效用，锤击率和打击能量都发挥不到正常的水平。

2 WHP-E导管架拒锤后的安装工艺

WHP-E导管架拒锤后，由于当前钢桩入泥深度与设计深度差了将近20m，不能满足导管架稳性的要求。使用了三种安装工艺来继续完成导管架钢桩的安装，但是最终只有最后一种工艺成功了。下面将详细介绍这三种安装工艺。

2.1 使用更大能量的打桩锤继续进行打桩

WHP-E导管架施工现场，在主作业船上放置二种打桩锤，一个是 MHU-800打桩锤，一个是MHU-1200打桩锤。当使用MHU-800打桩锤打桩时发生拒锤后，立刻将MHU-800锤换成MHU-1200锤继续进行打桩作业，但是由于桩尖的沙层已经凝结，此种安装工艺没有奏效。

2.2 将桩内土塞取出后继续打桩

2.2.1 工艺原理

通过取土塞设备将固结在钢桩内侧的土层清除掉，然后继续使用打桩锤进行打桩完成作业。

2.2.2 工艺步骤

1）取土塞。取土塞的设备如表1所示。

具体的施工步骤分以下10步，具体如图2所示。

（1）桩头切割。必须要满足三点要求：切割线离导管架顶部必须要大于915mm；按照API-RP-2B规范要求，切割线离将来焊缝的距离要大于914mm（3ft）；切割线要避免切割到第四节钢桩的插尖。

（2）在驳船上组装泥管。

（3）安装气举泵、水旋转接头、钻头来组成取土塞设备的第一部分。

（4）将设备的第一部分吊至钢桩内。

（5）连接液压管线和气管线，下放设备，直到钻头接触到泥土层。

（6）在桩顶安装门架和操作平台及相关设备。

（7）安装出泥臂。

（8）当一切准备就绪，开钻。首先将取土塞设备提起一些，保证合适的开钻压力，启动发动机开钻，根据压力显示器上的读数来控制钻速。然后开启高压水泵来冲刷桩内壁，开启压风机提供空气来驱动气举泵，将泥浆排出。

（9）泥管接长。当完成一根6m泥管的钻泥工作后，停钻，然后再接一根6m的泥管继续开钻，直到达到设计的钻泥深度。

（10）拆除取土塞设备。

2）将第四节钢桩重新焊接并检验。

3）再次起锤进行打桩。WHP-E导管架海上安装时，采取此种工艺仅完成了B2腿钢桩的安装。由于此种工艺施工周期较长，导致后续的钢桩外侧泥土彻底的固结，致使其他腿的钢桩在取完土塞后，也无法打桩成功。

2.3 安装桩中桩（Pin-pile）

2.3.1 工艺原理

通过在主桩内安装一根内桩，然后在内桩和主桩之间灌浆来实现导管架的固定。

表1 设备清单

图2 施工说明图

2.3.2 工艺步骤

1）按照浅水导管架常规钢桩的安装方法来完成内桩的安装，由于内桩的直径较小，不容易形成土塞，WHP-E导管架其他7个腿的内桩全部一次性安装成功。

2）按照浅水导管架常规的灌浆方法进行此次WHP-E导管架7个腿的灌浆作业。由于已经有入泥的钢桩，此次灌浆不需要考虑漏浆的影响，但是此次灌浆量非常大，一条腿的灌浆量（230吨水泥）就等于其他导管架所有的灌浆量，而且预先没有设计灌浆管线，灌浆只能通过下放一条很长的灌浆管线来进行。具体步骤如下：

（1）工作准备。灌浆设备的调试、连接，以及管线的安装。

（2）放低灌浆软管。为防止水泥浆被桩里面的海水冲散而破坏，在灌浆工作开始之前，必须将软管下放至所钻入的泥层面，因此相应长度的软管需要下放至桩中，同时用尼龙绳将软管上端与桩顶端固定在一起。

（3）开启水泥运输机以及水泵将水泥和淡水运送至搅拌器并开始搅拌。

（4）取样。测量水泥浆的密度，如果密度满足要求，取出部分样品用于制作水泥方块来做强度测试，只做28天时的强度测试。

（5）启动水泥输送泵保持连续输送，如果泵被堵塞，将软管提高大约 2m。如果输送泵因故停止工作超过 3h，则需要全面冲洗输送泵，以免水泥浆在软管以及机器中硬化结块。

（6）输送泥浆的体积以及要求的密度应该由测量体系全面控制，当灌入的水泥浆总体积达到计算所需的量时，停止灌浆。

（7）提升并回收灌浆软管。

（8）冲洗灌浆设备及软管。

（9）水泥样品试验。

（10）按照上述步骤，一次性完成 7条腿的灌浆作业，后续水泥试验结果全部合格。至此，标志着WHP-E导管架钢桩的海上安装全部完成。

3 结束语

从蓬莱 19-3项目 WHP-E导管架的安装中可知：1）导管架钢桩的安装是整个导管架安装成功与否的前提，直接影响到整个项目海上施工工期，甚至影响整个公司的效益；2）导管架施工前，要通过详细的方案论证来评估钢桩拒锤的风险并采取相应的措施来避免拒锤；3）如果发生拒锤，后续采取的安装工艺需要合理选择，并且不断的更新和完善。

蓬莱 19-3项目的 WHP-E导管架钢桩拒锤的后续安装工艺在海油工程公司乃至中国海油尚属首次，填补了一项海上施工工艺和施工技术空白。安装工艺仅适用于浅水导管架拒锤后的处理，但是整个安装工艺的设计理念为今后较深水导管架的安装提供了新思路。

[1]王兴龙, 石春梅. 桩长、桩型及打桩的速率、顺序等因素对挤土的影响[J]. 土工基础, 2004(03): 46-48.