海上测风塔

　　一、测风塔结构形式设计

　　常见的测风塔结构形式有自立式和拉线式两种。自立式测风塔塔体下部较宽，塔架材料用量相对较大，对基础要求也较高；拉线式测风塔受力较为合理，可靠性高，塔体截面小，塔架材料用量小，但拉线基础数量多，施工工艺复杂。

　　测风塔塔架可采用单根钢管、三角形桁架及四边形桁架等结构形式。单根钢管结构形式所需钢管直径大，迎风面积亦大，材料量大；三角形桁架结构形式较为稳定，塔架受风荷载作用较小，***为经济；四边形桁架结构形式较为稳定，一般情况下当三角形桁架不能满足受力及变形要求或不经济时，塔架可选用四边形桁架结构形式。

　　测风塔为高耸结构建筑物，一般采用桩基础或重力式基础等。适用于测风塔的桩基础有钻孔灌注桩、预制混凝土桩、钢管桩等。采用钻孔灌注桩时，需水下浇注混凝土，且施工周期长；采用预制混凝土桩时，需考虑接桩，打入较难，且承台不宜采用钢结构，施工周期长；采用钢管桩时，桩长小于50m时无需接桩，施工方便，但费用略高。钢管桩基础受力情况明确，抵抗极端工况的能力较强，尤其是海底洋流对钢管桩基础的影响较小，但其施工工艺较为复杂和海上防腐要求较高。重力式基础结构简单，施工方便且较为经济，但其体型较大，在海洋中受到的各种作用力复杂，受力情况不明确，且存在海浪、洋流等淘刷作用，容易失稳或产生倾斜。综合考虑，测风塔采用钢管桩基础。

　　二、钢结构整体防腐设计

　　海洋环境对钢结构的腐蚀很大，为确保测风塔在正常测风期内不发生严重锈蚀，保证结构安全使用，需对钢结构进行防腐设计。

　　海上测风塔根据其暴露条件可分为大气区、浪溅区、潮差区、海水全浸区和海泥区等腐蚀区带，其中浪溅区和潮差区腐蚀***严重，其次是海泥交界处下方区域。不同的环境条件和暴露条件有不同的腐蚀规律，一般情况下应采取相应的防腐、保护技术措施。常用的防腐方法有热浸锌法、 热喷铝（锌）复合涂层法、涂层法和阴极保护法。

　　防腐按塔架、承台、桩等等部分进行要求，具体措施为：（a）钢管桩、钢承台、其他基础部分受力构件及下部5.5m的钢塔架按0.5mm/a的腐蚀速度预留腐蚀余量；（b）泥面下7m以上部分钢管桩：无机富锌环氧底漆两层厚75μm，环氧中间漆两层厚75μm，聚氨酯面漆两层厚50μm，漆膜干膜总厚度不小于20μm；（c）承台、上部塔架及其他钢结构采用热镀锌防腐，其镀锌量不小于275g/m2。

　　三、测风塔施工

　　3.1 基础施工

　　（1）桩基施工

　　桩基施工所需的船舶主要有打桩船、运桩船、抛锚船等。鉴于海上施工的特点，打桩船必须配备合适的桩锤，选用合适的施工工艺，尽可能提高沉桩效率，且应具有良好的可靠性。经调研分析，打桩船采用“三航桩2#”，桩锤选用D128开口柴油锤，并配900HP拖轮负责移船就位作业；运桩船选用自航驳；抛锚船选用当地常见的渔船。

　　打桩船沉桩的施工顺序为：起桩→立桩→插桩→锤击沉桩→停锤、移位→下一根桩起桩→…搭设围囹。根据打桩船特点和施工环境，计划测风塔基础施工工期为：准备工作及抛锚1.0d，沉桩施工1.5d，桩支撑结构及托板焊接3.0d，钢平台安装及焊接2.0d，安装爬梯、护舷、护栏1d，临时设施拆除1d，参考相关海上施工经验取气候影响系数2.5，则1个测风塔基础的实际作业工期定为24d。

　　打桩船锤击沉桩约需20min/根，收锤阶段实测贯入度约为1.0cm。打桩过程贯入度变化规律与勘探地质分层较为吻合。基础施工表明，所选的施工设备和施工工艺较为合理，勘探资料准确。

　　（2）施工船舶配合及安全控制措施

　　海上施工受风、浪、流影响较大，施工期间自航驳要运桩给打桩船，且要预防船舶与打好的桩发生碰撞。因此，各种船舶施工期间的配合需制定详细的作业计划和安全控制措施。

　　打桩船由拖轮运至施工点附近，采用八字形式抛锚，每个锚上设立浮漂。自航驳停泊在打桩船附近，由于外海作业受风浪影响较大，打桩船和自航驳间距保持在500m左右，自航驳亦设4根锚缆。

　　施打***根桩时，打桩船抛锚至预定桩位，自航驳起锚，行至打桩船打桩架一侧，将打桩船上的2根缆绳固定在自航驳上，通过收紧缆绳，令两船紧紧相靠且使其中心线保持互相垂直；打桩船下放吊钩，开始起桩；钢管桩水平脱离运桩驳船并至一定高度后，松开系在自航驳上的缆绳，让自航驳回至原位，打桩船准备打桩。施打其余桩时，打桩船通过调节其4根锚绳远离已打好的钢管桩，同时起锚自航驳，按照前述方法起桩；自航驳离开后，打桩船再通过调节其4根锚绳靠近已打好的桩，重新测量定位，开始打桩。

　　施工实践表明，所选用的船舶配合方法统筹安排较为合理。

　　（3） 打桩检测

　　测风塔采用钢管桩基础，且桩较少（4根），施打过程不仅需监测桩身完整性，更要对桩基承载力进行分析判断。因此，加强基桩施工过程中的质量控制和施工后的质量检测，对确保整个工程的质量与安全具有重要意义。由于海上施工受到特殊的场地条件限制，无法也不可能像陆地的基桩那样进行各种静力载荷试验，只能通过基桩检测获得设计所需各项参数，控制施工质量。高应变法是在桩顶沿轴向施加冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，通过波动理论分析，判定单桩竖向抗压承载力及桩身完整性。高应变动力检测不仅能够有效地确定桩身结构完整性，而且能快速判定桩的承载力，省工、省时，节约费用。桩基检测采用PAK高应变桩基检测仪检测。

　　检测要求参照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），考虑到被检桩并非竖直桩，有一定的斜度，同时参考了美国的ASTM高应变动力检测标准（ASTMD4945），实际提供各桩的轴向抗压承载力。检测前的钢桩桩顶的高度自水面起约为8m，检测用的力传感器和加速度传感器距桩顶约1m，打桩锤重128KN。

　　3.2 承台吊装及塔架安装

　　待桩打完后，在桩间搭设加固平台进行围囹加固。现场焊接桩间斜支撑、平台托板及加劲板，并严格控制托板标高。焊接工作结束后起重船就位，先将钢承台吊至安装位置上方50cm～60cm左右，缓缓下降，人工辅助控制承台位置，承台套管对准桩后下放使其就位，检查调整承台水平度，满足要求后焊接承台套管与托板，安装护舷与爬梯。