海上风电基础灌浆方法及海上风电基础灌浆工作驳船

摘要

本发明公开了一种海上风电基础灌浆方法及海上风电基础灌浆工作驳船，所述海上风电基础灌浆方法，包括以下步骤：进行灌浆外管内壁及灌浆内管外壁的清理工作；清洗灌浆管线并对灌浆管线预先润洗；将灌浆材料稀释为灌浆液体；通过灌浆管线将灌浆液体灌入灌浆外管内壁及灌浆内管外壁之间的灌浆通道中，完成灌浆操作；在灌浆操作过程中监控未灌入的灌浆液体状况以及从灌浆通道中溢出的灌浆液体状况，若不符合规定则采取应急措施。所述海上风电基础灌浆工作驳船，包括船体以及设置在船体上的材料堆放区、稀释水供应池、电力供应室、连接软管、搅拌机、灌浆泵及监控装置。本发明具有明确的指导作用，能促进我国海上风电场建设的良好发展。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程及电力工程技术领域，特别涉及一种海上风电基础灌 浆方法及海上风电基础灌浆工作驳船。

背景技术

风能是一种可再生的清洁能源，在其它可再生能源(如生物质能、潮汐能 等)尚未成熟的情况下，风能成为缓解全球环境问题及能源危机的首要选择之 一。陆上风电经过了近百年的发展，已经发展成熟，随着陆上风电的饱和，人 们逐渐将目光转向风力资源丰富的海上。

海上风电最早始于欧洲，1990年在瑞典Nogersund安装了世界上第一台单 机容量为220kW的风电机组；2001年世界第一座大型海上风电场Horns Rev在 丹麦建成并投入使用。自此海上风电技术开始大力发展，装机容量不断提升， 由此提出了对其基础结构性能的更高要求。

目前，在各种海上风机基础型式中，单桩、导管架、水下三桩和水上三桩 基础型式是最常用的几种型式。海上风电的灌浆材料一般具有超高强度、高模 量、良好流动性、快硬早强等特点，灌浆原理是通过在灌浆内外钢管间的环形 间隙中填充高性能灌浆材料的方式来进行连接。因此，灌浆施工是风机安装之 前的关键工序，也是一个不可逆的施工环节，一旦出现问题，轻则会影响进度， 重则会使基础无法投入使用。

由于目前国内只在陆上或者潮间带进行过灌浆作业，尚未有真正意义的海 上灌浆，海上灌浆所涉及的施工内容与陆上有许多不同，而且更加复杂。为了 填补国内在该领域的空白，促进我国海上风电场建设的良好发展，提供一种海 上风电基础灌浆方法及相关设备尤为必要。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种海上风电基础灌浆方 法及海上风电基础灌浆工作驳船，使海上风电基础灌浆作业能安全可靠地完成， 提高施工效率。

其技术方案如下：

一种海上风电基础灌浆方法，包括以下步骤：

进行灌浆外管内壁及灌浆内管外壁的清理工作；

清洗灌浆管线并对灌浆管线预先润洗；

将灌浆材料稀释为灌浆液体；

通过灌浆管线将灌浆液体灌入灌浆外管内壁及灌浆内管外壁之间的灌浆通 道中，完成灌浆操作；

在灌浆操作过程中监控未灌入的灌浆液体状况以及从灌浆通道中溢出的灌 浆液体状况，若不符合规定，则采取应急措施。

具体的，所述灌浆外管内壁及灌浆内管外壁的清理工作，包括对灌浆外管 内壁及灌浆内管外壁进行油脂、油漆及海生物清理。

优选的，采用达到中国生活饮用水水质标准的水对灌浆材料进行稀释。

进一步的，根据灌浆材料的重量及施工现场温度计算出水的体积。

优选的，采用浓度低于所述灌浆液体的润管剂对灌浆管线预先润洗，然后 通过连接软管与灌浆管线连通并完成灌浆操作。

进一步的，在灌浆操作过程中，对已灌入灌浆通道中的灌浆液体进行取样， 并对样本进行密度检测、凝结时间检测、含气量检测、流动性检测、膨胀率与 收缩率检测、短期抗压强度检测、长期抗压强度检测及长期弹性模量检测。

优选的，在灌浆操作开始后的12个小时内对已灌入灌浆通道中的灌浆液体 进行取样。

进一步的，灌浆操作完成后，使用淡水对与灌浆液体接触过的设备进行清 洗。

进一步的，在灌浆操作开始前，若监控装置没有正常运行或遥控潜水器未 投入运行，则中止灌浆操作。

进一步的，在灌浆操作开始前，预测自灌浆操作完成后起18小时内最大浪 高超过1.5m或预测自灌浆操作完成后起24小时内最大浪高超过2.5m时，中止 灌浆操作。

进一步的，在灌浆操作过程中，当出现缺乏灌浆液体返回的情况时，检查 密封圈、灌浆管线和连接软管喷嘴。

进一步的，当检查出密封圈失效时，停止灌浆泵送料，使灌浆通道中的灌 浆液体自动硬结形成灌浆塞后，重新启动灌浆操作。

优选的，当形成的灌浆塞高度达到0.4m-0.8m时，重新启动灌浆操作。

进一步的，当检查出灌浆管线堵塞时，在灌浆内管的应急孔处重新插入应 急灌浆管线，重新启动灌浆操作。

本发明还提供一种海上风电基础灌浆工作驳船，包括船体以及设置在船体 上的材料堆放区、稀释水供应池、电力供应室、连接软管、搅拌机、灌浆泵及 监控装置；

所述材料堆放区，用于存放灌浆材料；

所述稀释水供应池，用于存放稀释灌浆材料的水；

所述电力供应室，用于提供船体、搅拌机及灌浆泵的电力；

所述连接软管，用于与灌浆管线连通；

所述搅拌机，用于将水和灌浆材料混合形成灌浆液体；

所述灌浆泵，用于将灌浆液体送入连接软管中；

所述监控装置，用于监控灌浆液体的状况以及灌浆外管与灌浆内管间溢出 的灌浆液体状况。

进一步的，所述海上风电基础灌浆工作驳船还包括设置在船体上的清洗池， 所述清洗池用于存放清洗设备的水。

进一步的，所述海上风电基础灌浆工作驳船还包括设置在船体上的废料池， 所述废料池用于堆放废弃的灌浆液体。

进一步的，所述海上风电基础灌浆工作驳船还包括设置在船体上的备用连 接软管、备用搅拌机及备用灌浆泵。

进一步的，所述海上风电基础灌浆工作驳船还包括遥控潜水器，所述遥控 潜水器用于监测是否有灌浆液体从灌浆通道中溢出或溢出的灌浆液体是否均 匀。

进一步的，所述海上风电基础灌浆工作驳船还包括过滤器，所述过滤器设 置在搅拌机与灌浆泵之间，所述过滤器用于过滤灌浆液体中的杂质。

下面对前述技术方案的优点或原理进行说明：

上述海上风电基础灌浆方法，在灌浆操作开始前，对灌浆外管内壁及灌浆 内管外壁进行清理工作，避免造成灌浆通道的堵塞；对灌浆管线进行清洗和预 先润洗，使灌浆管线充分润滑，提高灌浆操作的顺畅度；对灌浆材料进行合理 的稀释后，通过灌浆管线往灌浆通道灌入灌浆液体完成灌浆外管与灌浆内管之 间的连接。在灌浆操作过程中，需要监控未灌入的灌浆液体状况，避免灌浆液 体硬结，同时监测灌浆通道中溢出的灌浆液体状况，若不符合规定，则要采取 应急措施。上述海上风电基础灌浆工作驳船，电力供应室负责对船体、搅拌机 以及灌浆泵供电，存放在材料堆放区的灌浆材料，可以通过稀释水供应池中的 水进行稀释，然后通过搅拌机实现混合并形成灌浆液体，最后通过灌浆泵引入 连接软管中，通过灌浆管线进入灌浆通道，完成整个灌浆操作。本发明针对海 上风电基础灌浆的特点，提出了海上风电基础灌浆方法及设计出了海上风电基 础灌浆工作驳船，具有明确的指导作用，有望填补国内在该领域的空白，促进 我国海上风电场建设的良好发展。

附图说明

图1为本发明实施例所述的海上风电基础的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的海上风电基础灌浆工作驳船的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的海上风电基础灌浆方法的流程图；

图4为本发明实施例所述的海上风电基础(密封圈失效时)的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的海上风电基础(灌浆管线堵塞时)的结构示意 图。

附图标记说明：

10、灌浆外管，11、灌浆内管，12、灌浆通道，13、主要灌浆管线，14、 次要灌浆管线，15、密封圈，16、泥面，20、船体，21、材料堆放区，22、稀 释水供应池，23、电力供应室，24、连接软管，25、搅拌机，26、灌浆泵，27、 清洗池，28、废料池，29、船上实验室，30、漏浆孔，31、灌浆塞，40、应急 灌浆管线，41、应急孔。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1所示，本实施例以一种典型的海上风电基础结构加以说明，该海上 风电基础结构包括灌浆外管10、灌浆内管11，灌浆外管10插入泥面16下，所 述灌浆内管11的一端伸入灌浆外管10中，所述灌浆内管11的外壁与灌浆外管 10的内壁形成环状的灌浆通道12，所述灌浆内管11与灌浆外管10之间设有用 于封堵所述灌浆通道12的密封圈15，通过主要灌浆管线13及次要灌浆管线14 往灌浆通道12中灌入灌浆液体，达到连接灌浆外管10与灌浆内管11的目的。

如图2所示，本实施例提供了一种海上风电基础灌浆工作驳船，包括船体 20以及设置在船体20上的材料堆放区21、稀释水供应池22、电力供应室23、 连接软管24、搅拌机25、灌浆泵26及监控装置；所述材料堆放区21，用于存 放灌浆材料；所述稀释水供应池22，用于存放稀释灌浆材料的水；所述电力供 应室23，用于提供船体20、搅拌机25及灌浆泵26的电力；所述连接软管24， 用于与灌浆管线连通，连接软管24要预留足够的长度以达到灌浆管线的管口处； 所述搅拌机25，用于将水和灌浆材料混合形成灌浆液体；所述灌浆泵26，用于 将灌浆液体送入连接软管24中；所述监控装置，用于监控灌浆液体的状况以及 灌浆外管10与灌浆内管11间溢出的灌浆液体状况。上述海上风电基础灌浆工 作驳船，电力供应室23负责对船体20、搅拌机25以及灌浆泵26供电，存放在 材料堆放区21的灌浆材料，可以通过稀释水供应池22中的水进行稀释，然后 通过搅拌机25实现混合并形成灌浆液体，最后通过灌浆泵26引入连接软管24 中，通过灌浆管线进入灌浆通道12，完成整个灌浆操作。

其中，所述电力供应室23中设有发电机，所述搅拌机25及灌浆泵26分别 与发电机电性连接，所述搅拌机25及连接软管24分别与灌浆泵26连通。所述 海上风电基础灌浆工作驳船还包括设置在船体20上的清洗池27，所述清洗池 27用于存放清洗设备的水，清洗池27供应的水要足以在灌浆操作后清洗设备使 用。进一步的，所述海上风电基础灌浆工作驳船还包括设置在船体20上的废料 池28，所述废料池28用于堆放废弃的灌浆液体，在灌浆操作过程中产生的废料， 随意丢弃会造成环境污染，因此将废弃的灌浆液体存放在废料池28中，可以避 免污染环境。

本实施例所述的海上风电基础灌浆工作驳船还包括设置在船体20上的备用 连接软管24、备用搅拌机25及备用灌浆泵26。备用设备要能够在突发事件发 生后30分钟内继续工作，若超过30分钟，搅拌机25及灌浆泵26内的灌浆液 体应当废弃至废料池28中，并注入新鲜的灌浆液体后再继续灌浆。所述海上风 电基础灌浆工作驳船还包括遥控潜水器，所述遥控潜水器用于监测是否有灌浆 液体从灌浆通道12中溢出或溢出的灌浆液体是否均匀，如果出现不溢浆或者溢 浆不均匀的情况，则需要检查问题所在。优选的，所述海上风电基础灌浆工作 驳船还包括过滤器，所述过滤器设置在搅拌机25与灌浆泵26之间，所述过滤 器用于过滤灌浆液体中的杂质，保证灌浆质量。所述海上风电基础灌浆工作驳 船上还设有船上实验室29，船上实验室29内具备足够的养护容器与立方体模具 等。

优选的，所述搅拌机25与备用搅拌机25并排设置，所述灌浆泵26与备用 灌浆泵26并排设置，可快速切换备用设备并进入工作状态。

参见图3所示，本实施例还提供一种海上风电基础灌浆方法，包括以下步 骤：

(1)进行灌浆外管10内壁及灌浆内管11外壁的清理工作，具体包括对灌 浆外管10内壁及灌浆内管11外壁进行油脂、油漆及海生物清理，防止油脂、 油漆及海生物等因素影响灌浆质量；

(2)用海水清洗主要灌浆管线13和次要灌浆管线14，采用浓度低于所述 灌浆液体的润管剂对主要灌浆管线13和次要灌浆管线14预先润洗，提高灌浆 操作的顺畅度；

(3)将灌浆材料稀释为灌浆液体，优选的，采用达到中国生活饮用水水质 标准的水(饮用水)对灌浆材料进行稀释，灌浆效果较佳，且要详细记录灌浆 材料的重量，根据灌浆材料的重量及施工现场温度加入计算出水的体积并进行 混合，再判断灌浆液体的流动性是否符合规格；

(4)在开始灌浆操作前，要进行取样检测，若灌浆液体的指标满足要求， 则可以开始灌浆，若灌浆液体的密度与流动度不合格，要返回至上一步进行重 新稀释混合；

(5)通过连接软管24连通主要灌浆管线13将灌浆液体灌入灌浆外管10 内壁及灌浆内管11外壁之间的灌浆通道12中，灌浆施工要连续，应一次连续 操作完成，包括应急措施在内，整个海上风电基础应在1天内灌浆完成。当主 要灌浆管线13出现堵塞时，需将连接软管24切换连通至次要灌浆管线14继续 灌浆，完成灌浆操作；

(6)在灌浆操作过程中监控未灌入的灌浆液体状况以及从灌浆通道12中 溢出的灌浆液体状况，若不符合规定，则采取应急措施。本实施例中采用密度 计实时监控未灌入的灌浆液体密度以及采用遥控潜水器监测是否有灌浆液体从 灌浆通道12中溢出或溢出的灌浆液体是否均匀；

(7)在灌浆操作过程中，对已灌入灌浆通道12中的灌浆液体进行取样， 并对样本进行密度检测、凝结时间检测、含气量检测、流动性检测、膨胀率与 收缩率检测、短期抗压强度检测、长期抗压强度检测及长期弹性模量检测，以 了解灌浆作业的质量，特别要注重在灌浆操作的开始、中间及结束三个时刻的 取样检测。优选的，要在灌浆操作开始后的12个小时内对已灌入灌浆通道12 中的灌浆液体进行取样，检测的效果才会更准确。

(8)灌浆操作完成后，使用淡水对与灌浆液体接触过的设备进行清洗，特 别是连接软管24、搅拌机25及灌浆泵26的清洗，不能拖延。

特别的，在灌浆操作前出现以下情况，需要中止操作：

(1)在灌浆操作开始前，若监控装置没有正常运行或遥控潜水器未投入运 行，则中止灌浆操作，若缺乏有效监控盲目操作，灌浆的质量难以保证；

(2)在灌浆操作开始前，预测自灌浆操作完成后起18小时内最大浪高超 过1.5m或预测自灌浆操作完成后起24小时内最大浪高超过2.5m时，中止灌浆 操作，避免大浪影响施工质量。

进一步的，本实施例所述的应急措施如下。在灌浆操作过程中，当出现缺 乏灌浆液体返回的情况时，检查密封圈15、灌浆管线和连接软管24喷嘴。

如图1、4所示，当检查出密封圈15失效时，灌浆通道12中将会出现漏浆 孔30，此时应停止灌浆泵26送料，使灌浆通道12中的灌浆液体自动硬结形成 灌浆塞31后，重新启动灌浆操作。灌浆塞31要达到合适高度再进行后续灌浆 操作，优选的，当形成的灌浆塞31高度达到0.4m-0.8m时，重新启动灌浆操作。

如图1、5所示，当检查出主要灌浆管线13和次要灌浆管线14堵塞时，在 灌浆内管11的应急孔41处重新插入应急灌浆管线40，重新启动灌浆操作，保 证灌浆工作的顺利进行。另外，当船体20上的设备出现故障时，应采用备用设 备。

上述海上风电基础灌浆方法，在灌浆操作开始前，对灌浆外管10内壁及灌 浆内管11外壁进行清理工作，避免造成灌浆通道12的堵塞；对灌浆管线进行 清洗和预先润洗，使灌浆管线充分润滑，提高灌浆操作的顺畅度；对灌浆材料 进行合理的稀释后，通过灌浆管线往灌浆通道12灌入灌浆液体完成灌浆外管10 与灌浆内管11之间的连接。在灌浆操作过程中，需要监控未灌入的灌浆液体状 况，避免灌浆液体硬结，同时监测灌浆通道12中溢出的灌浆液体状况，若不符 合规定，则要采取应急措施。海上风机基础灌浆是海上风电建设的关键环节， 一定要对施工进行严加监督，一旦在灌浆过程中出现突发事件，必须事先准备 好应急措施，方能维持灌浆操作的正常进行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。