摘要：近海海上风机建设采用单桩基础，具有材料省、造价低、施工效率高等优点，但由于风机安装对于风机基础顶部法兰水平度的高精度要求，必须控制在3‰以内，除了单桩沉桩过程中的控制及调节，单桩制作过程中，桩体的垂直度控制同样举足轻重。
关键词：大直径钢管桩 制作 质量控制 垂直度控制
1 工程概况
江苏滨海300MW海上风电项目位于废黄河口至扁担港口之间的近海海域，滨海港港界水域东南侧，离岸垂线距离约21km，与滨海港直线距离约25km。标段区域内水深-17.5m~-22.0m（1985国家高程）。
图1-1 风电场地理位置示意图
本工程包括50台风机（机位编号1#~50#）的大直径钢管桩基础制造与施工、塔筒制造与吊装、风电机组安装施工、安全监测工程施工等所涉及的全部工作。
本工程风机基础采用50根无过渡段变直径钢管桩，桩长78～91m，桩顶直径为5.5m，桩尖直径6.0m、6.2m、6.5m，壁厚50～70mm，单体重量683～859t。
钢管桩制造工程委托国内具有相应加工资质的钢管桩制造厂进行制造。
2 钢管桩制作施工质量控制
2.1 制造工艺质量控制
2.1.1编制施工方案
科学合理的施工技术方案是工程施工质量的根本保证。项目部技术人员严格审查钢管桩制造图纸及施工技术要求，仔细核对每一根钢管桩的基础数据及每个机位的地质资料，将问题汇总后反馈给设计单位进行确认，在此基础上组织专人进行钢管桩制造施工方案的编制。施工方案经项目总工及项目经理审核，并上报监理单位及业主批复后实施。
2.1.2进行技术质量交底
钢管桩制造施工前，由项目总工带队，编制工程施工技术质量交底通知书，对钢管桩制造厂相关施工人员进行详细交底，明确施工工艺、质量验收标准及重点监控要求，详细解析施工的重点、难点，确保工程施工的每一步均能满足设计及规范的要求。
现场交底照片
2.1.3安排专人驻场，全程把控施工质量
项目部安排专业技术人员入驻钢管桩加工厂，对钢管桩制作进行全程把控，并对现场施工人员提出的问题进行解答。
2.2 原材料质量控制
2.2.1进场钢板质量控制
本工程钢管桩制作所采用的钢板为正火一级探伤板，材质为DH36，DH36-Z25，Q345D 型。其中，DH36、DH36-Z25 型钢材应符合《船舶及海洋工程用结构钢》GB 712 等相关标准的规定，Q345D 型钢材应符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591 等相关标准的规定。
钢板的采购厂家，从国内多家大型钢材生产厂家之中进行比选，并报监理、业主单位批准。
钢板到场之后，施工单位驻场人员会同驻场监理、制造厂家人员进行验收。每块钢板上必须标记有钢厂名称及商标，钢材等级标志，炉批号及其他能够追溯钢材全部生产过程的编号或缩写，并要求钢材生产厂家提供质量证明书原件，质量证明书内应含材料材质熔炼分析、拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、探伤试验等数据。
进场钢板需要进行原材料复检，检测内容包括超声波探伤、化学成分、物理力学性能。超声波复检应进行“田”字形探伤抽检，抽检数量为板材数量20%；力学性能抽检数量为每批次钢材抽检一组钢板样本。原材料取样应有监理全程陪同。
2.2.2焊接材料质量控制
本工程钢管桩制作之中，所有焊缝均为一级焊缝，焊接材料等级为3Y，故应采用低氢焊接材料，
焊接材料到厂之后，应检查焊接材料制造厂提供的焊接材料试验报告，试验报告应包括下列内容：①试验日期、环境条件、焊接材料预处理状态；②焊接材料认可等级、牌号、型号、尺寸；③试板材料（牌号）、等级、力学性能、化学成份（包括细化晶粒元素）；④焊接位置；⑤焊接采用的电流、电压、焊接速度和设备型号、保护气体成分；⑥各项试验成果。
进场的焊接材料应进行抽样复检，按《舰船用高强度船体结构钢焊接材料的鉴定、出厂和进货检验规则》(CB1124)规定的进货检验项目进行。
焊接材料在存放和运输过程中，应进行密封防潮处理，施焊前必须进行适当的烘干和保温处理。
2.2.3防腐涂料质量控制
本工程选择的防腐涂层厂商应具有5个以上海上工程使用10年以上的良好业绩，采用的防腐涂层配套体系必须在海上工程有实际使用业绩。防腐涂料具有国家资质检测机构提供的第三方检测报告，符合 ISO12944-6要求的检验合格证和其他类似证明，包括耐老化、抗冲击性、耐磨性、附着力、耐碱、抗氯离子渗透性、延伸率（断裂）等试验，试验指标不低于ISO 20340-2003、ISO4624等的相关要求。
2.3 钢管桩制造过程质量控制
2.3.1钢管桩制作工艺流程
钢管桩制作工艺流程图
2.3.1.1材料预处理
对所用钢板进行检查与核对，确保与图纸指定材料一致。
2.3.1.2钢板预处理
钢板预处理包括划线、加工坡口。检查钢板长宽、对角尺寸，尺寸检查无误后，进行钢板上切割线、基准线、中心线的划线与标注，确保划线与标注100%精确；钢板划线后，进行环缝坡口及纵缝坡口制备，坡口度数参照焊接通图要求,其允许偏差一般为-5°—+10°，要求检验员对制备完成的坡口进行检验。
2.3.1.3钢板卷制
切割完的筒体料直接用卷圆机进行卷制，直圆采用卷整圆，锥圆采用卷半圆拼接的方法进行卷制。钢板放到卷板机托辊上后，根据钢板中心线和检验线调整其与卷板机滚子的垂直度；卷制过程中，利用检验模板进行圆度检测，要求模板与筒体之间的间隙≤3mm。筒体初卷成型后，在筒体内侧坡口定位筒体纵向焊缝，纵缝错边量≤3mm，定位的对接处不可外凸。
2.3.1.4纵缝焊接
筒体初卷后需安装引熄弧形板，对焊接位置的坡口进行打磨，去除氧化层；按要求进行预热；先焊接内壁坡口焊缝，然后反面用清根机或者碳弧气刨清根，并打磨顺滑，保证清根后的坡口宽度符合要求；然后进行外壁坡口焊接。所有焊缝被磨光的表面形状应该是光滑并无钝边或裂纹，焊缝咬合应最小到T/10或最大1毫米。
2.3.1.5筒体回圆
纵缝焊接完毕后，单个筒体需重新上机进行复圆处理，在复圆前需要将纵缝两端的引熄弧板割除，且打磨光滑，特别是内外壁。保证筒体内径符合图纸要求，并长短径之差小于3mm。
2.3.1.6环缝焊接
已回圆完成的筒体进行组对焊接，制桩厂按照自身场地条件，先进行小节段筒体组对，然后进行大节段筒体装配，最后进行总拼合拢。一般情况下，小节段采用鳄式组对机进行装配，大节段在滚轮架上进行装配，最终合拢在外场总拼。
鳄式组对机筒体组对示意图
鳄式组对机组对后进行定位焊固定，调整筒体错边量和直线度，要求≤3mm，直线度要求：任意3m长度≤3mm，任意12m长度≤12mm整根桩体长度范围内≤15mm。
筒体环缝焊接示意
将已经装配好的筒体吊到滚轮架上，要求桩体两侧A，B点水平控制在3mm内。焊接时用埋弧焊同时烧焊筒体环焊缝；焊前、焊接过程及焊后对桩体直线度进行检测：首先将粉线靠近被测桩体的边,调节粉线两端距离，使两端与被测边距离相等(即D=C)然后检测C、D之间其中几个点，取最大值来确定直线度。需要在筒体0°、90°、180°和270°方向测量。
筒体外场合拢示意
已经焊接好的大节段圆筒体组件及锥筒体组件分别吊到装配滚轮架上装配。要保证筒体装配后错边量不得大于直线度要求：任意3m长度≤3mm。焊前，焊接过程及焊后对桩体直线度检测,矫正对接筒体的圆度。
2.3.1.7法兰装配
钢管桩顶段需进行法兰装配，为保证法兰与筒体装焊后平整度，法兰与筒体装配焊接采用法兰工装进行，将桩顶部法兰使用工艺螺栓将其固定在法兰工装上。将制造完成的筒体翻身90°，并将其与法兰进行装配。必须在筒体竖直情况下与法兰点焊牢固，焊点呈环状分布。点焊前保证错边均匀分布。正式施焊时避免错边集中在焊接开始和结束区域。采用自动埋弧焊施焊法兰环缝时，要认真控制法兰面的反变形。
法兰焊后检查要求：使用激光对中仪（激光平面度检测仪），在法兰端面径向选择检验点，进行多点检查，要求顶法兰端面平面度和内倾度在0～0.5mm，顶法兰圆度≤2mm。
2.3.2钢管桩焊缝质量控制
2.3.2.1焊前预热
风电基础所用钢板厚度δ＞50mm，为厚板结构，为控制焊接应力，避免裂纹的产生，在焊接前需进行焊前预热，预热温度为120℃～150℃，焊接过程中，保持120℃～150℃的层间温度。预热时，在坡口两侧各3倍板厚以上且不少于200mm的范围内保持一个均热带。预热和层间温度的测量，在距坡口30～50mm处进行。
2.3.2.2 引熄弧板
由于引弧时接头能量不足，容易引起焊缝余高偏高和熔入不足，熄弧时熔池金属填充不足，容易引起弧坑缺陷，为了避免此类缺陷的产生，保证焊接区域得到稳定的焊接质量，纵缝焊接前在被焊件两端加设引熄弧板。引熄弧板有效尺寸为60*200，两块配合使用。引熄弧板制作时保证母材、坡口形式、板厚均与被焊件一致。
焊后去除引熄弧板，采用气割的方法，且留根2mm～3mm，决不允许割伤母材，更不允许强行用机械力将引熄弧板折断去除。
2.3.2.3焊后热处理
为避免焊件因急速冷却产生裂纹，焊后立即使用25mm石棉紧紧包裹被焊件，进行后热析氢处理，后热处理温度为200℃～300℃，保温时间为1h。
2.3.2.4无损检测
各部件焊缝均按《承压设备无损检测》NB/T47013采用 100%超声波探伤（下称“UT”）无损检验，验收等级为 I 级（采用 C 级超声检测技术等级进行检测）；其中桩体的环向焊缝（包括桩顶法兰与桩体的环缝）还应按 100%比例抽检进行磁粉探伤（下称“MT”），桩体的纵向焊缝按 20%比例抽检进行磁粉探伤，具体位置由现场监理（或监造）指定，重点检查 T 型接头部位，验收等级为 I 级。
经 UT 或 MT 检测的焊接接头，如有不允许的缺陷，应在缺陷清除后进行补焊，并对该部分采用原检测方法重新检查直至合格。探伤工作应在焊后 48小时后进行，同一部位返修不得超过两次。
2.3.3钢管桩垂直度控制
2.3.3.1筒节制作过程中垂直度控制
钢板放到卷板机托辊上后，根据钢板中心线和检验线调整其与卷板机滚子的垂直度，确保每节筒体的垂直度。筒节制作完成，用激光检查卷圆件上下口端面与筒体中心垂直度，要求测量筒体顶部至底部的垂直度，要求≤长度（毫米）/1000；
2.3.3.2筒体组对过程中垂直度控制
小节段组对时，鳄式组对机进行定位焊固定，组对时调整筒体错边量和直线度，要求≤3mm，直线度要求：任意3m长度≤3mm，任意12m长度≤12mm整根桩体长度范围内≤15mm。
大节段组对时，焊前、焊接过程及焊后对桩体直线度检测：首先将粉线靠近被测桩体的边,调节粉线两端距离，使两端与被测边距离相等(即D=C)然后检测C、D之间其中几个点，取最大值来确定直线度。需要在筒体0°、90°、180°和270°方向测量。
直线度测量示意图
外场合拢时，在焊前，焊接过程中及焊后对桩体直线度检测,并矫正对接筒体的圆度。
2.3.3.3钢管桩运输过程中垂直度控制
钢管桩制作完成后，在运输过程中，需防止钢管桩发生变形。钢管桩在吊运过程中，不得采用钢丝绳直接捆绑吊运，需使用桩上的吊耳板吊运或采用吊带吊运。钢管桩采用大型甲板驳运输，每根钢管桩使用5个搁置架焊在甲板上，搁置架上方需铺垫柔性材料以保护钢管桩。
2.4 钢管桩防腐过程质量控制
2.4.1钢管桩防腐工艺措施
2.4.1.1表面预处理
钢材表面涂装前，必须进行表面预处理。在预处理前，首先完成去飞边毛刺、锐边尖角进行倒角等清除残留物工作，锐边和切割边缘打磨到R≥2mm，并清除所有的焊接飞溅物和焊渣，咬边要进行打磨。用水基生物降解清洁剂清除表面的油、水、油脂、盐分、切削液等化学试剂，小面积的污染表面可用蘸有溶剂的抹布擦拭干净；大面积的污染表面喷淋清洁剂溶液，浸5分钟，然后刷洗待表面油、脂得到充分反应后，再用淡水冲净。盐分用高压淡水冲净。
之后进行喷砂除锈处理，喷砂施工在相对封闭的喷砂房内进行，使用钢砂（规格：G18、G25、G40）、钢丸（规格：S330、S390、S460）混合比例为3:7~5:5。第一道涂层为防腐油漆时，表面除锈等级应达到 Sa2.5 级，平均粗糙度要达到50~80μm，符合《涂装前钢材表面锈蚀等级和防锈等级》GB8923-2011的要求；第一道涂层为热浸镀锌或热喷锌时，钢材表面除锈等级应达到Sa3级，平均粗糙度要达到50~100μm，符合《涂装前钢材表面锈蚀等级和防锈等级》GB8923-2011的要求。且应保持钢材表面粗糙度和清洁度直到第一道涂层施工，否则应重新处理。
2.4.1.2钢管桩防腐涂装
钢管桩表面处理合格后必须在4h内喷涂，其间隔时间越短越好。若遇下雨或其它造成钢材基体表面潮湿时，要待环境达到施工条件后，用干燥的压缩空气吹干表面水分和除去灰尘，并重新喷砂处理至设计要求的等级。钢构件涂装过程中采用工装等辅件，使钢管桩移动、翻转过程中不损伤前道涂层。
涂装后应按《漆膜厚度测定法》(GB/T13452.2-2008)中规定的方法进行涂层干膜厚度测定。干膜厚度应大于或等于设计厚度值者应占检测点总数的90%以上，其它测点的干膜厚度也不应低于90%的设计厚度值，所有测点的干膜厚度也不应大于120%设计厚度值，当不符合上述要求时，应根据情况进行局部或全面修补。
钢管桩涂装完成后，需对桩体外表面100%的涂装范围采用高压漏涂点检测仪进行漏点检测；干膜厚度在200~300时，检漏电压为1500V；300~400时，检漏电压为2000V；400~600时，检漏电压为2500V；600~1000时，检漏电压为3000V。发现任何漏涂点及时进行补涂，且修补处的干膜厚度复测结果要满足设计要求。
2.5 钢管桩运输过程质量控制
钢管桩在起吊、运输和堆存过程中，避免由于碰撞、摩擦等原因造成防腐涂层破损，管节变形和损伤。起吊过程中，为了避免钢丝绳、抱箍、桩架等接触、摩擦、刮碰，在这些与钢管桩的接触面、点应采取包裹柔性材料等措施，避免可能造成的防腐涂层的损坏。钢管桩运输过程中，采用垫墩、支座和撑杆等支撑结构加固绑扎，将钢构件可靠地固定在驳船上，每根钢管桩使用5个搁置架焊在甲板上。钢管桩搁置架有可能与钢桩涂层接触的部位均需包裹柔性材料。钢管桩防腐涂层完成后，在吊运过程中，均不得采用钢丝绳直接捆绑吊运，使用桩上的吊耳板吊运或采用吊带吊运。
3 结语
钢管桩制作过程之中，严格控制施工质量，保障钢管桩直线度，对之后钢管桩沉桩垂直度控制、风机安装垂直度控制等具有重要作用。目前我国近海海上风电建设蓬勃发展，大直径单桩基础应用广泛，因此钢管桩制作水平不断提高，精益求精，才能够在蓬勃发展的海上风电市场中立足。
