海底PLEM吸力樁式基礎(chǔ)施工技術(shù)
——以安哥拉漁港油庫(kù)擴(kuò)建項(xiàng)目CBM (多點(diǎn)系泊)工程為例

李明濤，曹 鵬，侯一甲，何永興

中國(guó)石油管道局工程有限公司國(guó)際事業(yè)部，河北 廊坊

海底PLEM，吸力樁，氣舉法

1.引言

吸力樁既可以用作淺基礎(chǔ)，又可以用作吸力錨。近年來(lái)，吸水樁越來(lái)越多地應(yīng)用于海上工程。相對(duì)于傳統(tǒng)的打樁技術(shù)而言，吸力樁的安裝不需要打樁錘和浮吊，只需要泵等比較小巧的設(shè)備，是依靠負(fù)壓靜力安裝，沒有打樁施工的振動(dòng)噪聲等，因此吸力樁的安裝比較精確、方便，越來(lái)越受到工程建設(shè)者的青睞。但是，吸力樁是一種剛性短樁，施工海底土壤不能太硬，太硬后吸力樁貫入難度增大。此外，吸力樁可承受各種各樣的荷載條件，具有很好的水平承載力、抗壓承載力和抗拔承載力。經(jīng)進(jìn)一步的研究和開發(fā)，吸力樁已經(jīng)在海上浮式生產(chǎn)裝置的系泊應(yīng)用中廣泛使用[1]。以安哥拉漁港油庫(kù)擴(kuò)建項(xiàng)目CBM (多點(diǎn)系泊)工程為例，介紹海底PLEM吸力樁式基礎(chǔ)施工技術(shù)。

2.海底吸力樁沉樁原理

吸力樁是一種利用水壓力將樁體壓入土中的剛性短樁，其基本結(jié)構(gòu)型式是一種上端封閉、下端開口的圓筒，因此吸力樁也稱吸力錨、筒型基礎(chǔ)或桶形基礎(chǔ)。吸力樁的沉樁原理是利用樁的內(nèi)壓和外部氣壓或水壓的壓力差將吸力樁沉入海底(圖1)。沉樁步驟主要分2步。

1)由水上起重機(jī)使吊掛在吸力樁上端的繩索下降，吸力樁沉入水中，利用其自重產(chǎn)生一定貫入深度，并形成一個(gè)封閉的腔體。

Figure 1.The installation principle of a suction pile 圖1.吸力樁沉樁原理

2)吸力樁頂部設(shè)有連接泵系統(tǒng)的水孔，利用水泵系統(tǒng)抽吸樁內(nèi)的海水，使樁內(nèi)壓力低于樁外的水壓，利用負(fù)壓差將樁筒壓入海床。

3.海底PLEM吸力樁式基礎(chǔ)施工實(shí)例

2015年，海底PLEM吸力樁式基礎(chǔ)施工技術(shù)在安哥拉漁港油庫(kù)擴(kuò)建項(xiàng)目CBM工程海底管道設(shè)施安裝中得到了成功應(yīng)用，以該工程為例介紹海底PLEM吸力樁式基礎(chǔ)施工技術(shù)。

3.1.PLEM總體結(jié)構(gòu)

PLEM撬座主要由H型鋼和鋼板焊接而成，規(guī)格為6800 mm × 7800 mm，主結(jié)構(gòu)采用H型鋼，型號(hào)為：HEA650、HEA400、HEA300，鎖板鋼板厚度為30 mm，撬座底板鋼板厚度為12 mm。為了減小拖動(dòng)時(shí)海床淤泥產(chǎn)生的阻力，撬座前后設(shè)置擋泥板。為了便于海底管匯基礎(chǔ)樁在水下的定位安裝，設(shè)計(jì)了導(dǎo)向口結(jié)構(gòu)，待樁基礎(chǔ)安裝完成后，采用定位銷將樁與導(dǎo)向口鎖緊。

3.2.PLEM吸力樁式基礎(chǔ)

經(jīng)勘查PLEM下方海床主要為松軟的淤泥、黏土，由于PLEM與撬座的總重量高達(dá)32 t，必將會(huì)發(fā)生PLEM下沉的現(xiàn)象，然而海底管線的下沉量比較小，遠(yuǎn)低于PLEM，因此容易導(dǎo)致S形彎管因不均勻沉降而被撕裂(圖2)。并且PLEM放置于海底，在洋流的作用下會(huì)產(chǎn)生位移，因此PLEM必須做特定的處理來(lái)抵御不均勻沉降等因素帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

Figure 2.The problems caused by differential settlement 圖2.不均勻沉降引發(fā)的問題

PLEM的處理通常采用3種方式：壓載塊的重力式基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、吸力樁基礎(chǔ)[3]。壓載塊的安裝需要船載吊車，安裝效率低，且造價(jià)高；樁基礎(chǔ)施工由于需要?jiǎng)舆w打樁船和打樁錘，整體造價(jià)較高。該項(xiàng)目所處海底土壤較為松軟，因此選用吸力樁作為管匯基礎(chǔ)。在PLEM的兩側(cè)各設(shè)置3個(gè)吸力樁(直徑508 mm，長(zhǎng)度6450 mm)來(lái)固定(圖3)，采用與海底管道相同的鋼管加工而成，定位樁的底部削成鋒利狀，便于沉樁。

Figure 3.PLEM foundation 圖3.PLEM基礎(chǔ)

3.3.PLEM吸力樁式基礎(chǔ)施工

PLEM吸力樁在沉樁排除樁體內(nèi)部海水的過(guò)程中并未采用水泵，而是巧妙地運(yùn)用虹吸原理，利用空壓機(jī)在樁頂部向樁外排氣，從而排出樁體內(nèi)部的海水及部分泥沙，也可稱為“氣舉法”。吸力樁頂部設(shè)有20 in平焊法蘭，將1條4 in排水管及2條1 in排氣管安裝到配對(duì)的20 in盲板法蘭上(圖4(a))，2片法蘭通過(guò)螺栓連接，并做好密封。在潛水員的配合下，工作船上的吊車緩慢下放吸力樁進(jìn)入導(dǎo)向孔內(nèi)(圖4(b))，潛水員開啟樁頂上方的1 in進(jìn)氣閥門，啟動(dòng)空壓機(jī)，樁內(nèi)海水及部分泥沙被排出，在內(nèi)外壓差的作用下，吸力樁被打入海床。吸力樁被打入指定深度后，停止排水，潛水員拆除樁頂部的排水裝置，并將20 in永久盲板法蘭安裝于吸力樁頂部，并將吸力樁與導(dǎo)向筒用銷子鎖死，吸力樁安裝完成，依照該方法完成剩余吸力樁的施工。

Figure 4.The drainage equipment for the suction pile installation 圖4.吸力樁安裝時(shí)所用的排水裝置

4.結(jié)語(yǔ)

安哥拉漁港油庫(kù)擴(kuò)建項(xiàng)目中運(yùn)用了PLEM吸力樁式基礎(chǔ)施工技術(shù)，其運(yùn)輸方便、施工簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，在提高施工效率的同時(shí)有效地節(jié)約了施工成本。