福建海域巖基海上風(fēng)電大直徑嵌巖單樁施工防塌孔技術(shù)研究

凌衛(wèi)軍

摘要：近年來，隨著國內(nèi)海上風(fēng)電事業(yè)的快速發(fā)展，福建省海域因得天獨(dú)厚的風(fēng)資源優(yōu)勢(shì)而備受海上風(fēng)電開發(fā)商的青睞，但受制于該片海域?yàn)閹r基海床，大直徑單樁基礎(chǔ)嵌巖成孔施工過程中遇到了諸多困難與挑戰(zhàn)，其中，巖基成孔過程中塌孔、滲漏等問題一直是制約嵌巖施工的重癥之一，本文就嵌巖過程中塌孔的產(chǎn)生原因及解決措施進(jìn)行了研究簡(jiǎn)述。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;巖基海域;大直徑;單樁基礎(chǔ);防塌孔

一、項(xiàng)目概況

福建省東部海域位于臺(tái)灣海峽，該海域常年風(fēng)速較大，是國內(nèi)海上風(fēng)電開發(fā)最理想的海域之一，但該片海域受制于巖基海床，且海底地形地質(zhì)復(fù)雜，海域巖石硬度很高，飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)80～120MPa，需進(jìn)行巖基鉆孔施工，為國內(nèi)海上風(fēng)電領(lǐng)域最難施工的海域。自2014年開始至今，海域附近諸如平海灣、興化灣、平潭及南日島北側(cè)海域等已有多家電力企業(yè)參與海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)，但受制于巖基海床開發(fā)難度及裝備投入限制，國內(nèi)巖基大直徑嵌巖單樁基礎(chǔ)施工一直處于技術(shù)攻關(guān)及摸索階段。

福建莆田南日島海上風(fēng)電項(xiàng)目位于南日島北側(cè)海域，該項(xiàng)目于2014年開工建設(shè)，為國內(nèi)首個(gè)海上風(fēng)電大直徑嵌巖單樁基礎(chǔ)施工項(xiàng)目，單樁直徑5.5～5.8m，單樁樁長(zhǎng)50～60m，樁身需嵌入中風(fēng)化巖層以下10～15m，在此之前，國內(nèi)還未有海上風(fēng)電大直徑單樁基礎(chǔ)嵌巖施工的施工經(jīng)驗(yàn)，缺乏相應(yīng)的大直徑單樁嵌巖沉樁技術(shù)及施工裝備，該項(xiàng)目的具有很大的難度和挑戰(zhàn)性。

二、施工工藝

為確保項(xiàng)目的順利實(shí)施，施工單位投入先進(jìn)的大型嵌巖鉆機(jī)設(shè)備、穩(wěn)樁平臺(tái)等關(guān)鍵設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)施，并采用國內(nèi)先進(jìn)的“大直徑無過渡段嵌巖單樁基礎(chǔ)施工方案”，主要施工工序?yàn)椋菏┕ご岸ㄎ弧练欧€(wěn)樁平臺(tái)→液壓錘錘擊內(nèi)護(hù)筒→于內(nèi)護(hù)筒頂部安裝大型鉆機(jī)設(shè)備鉆孔→清孔→大直徑單樁基礎(chǔ)翻身、入內(nèi)護(hù)筒→調(diào)樁并檢測(cè)垂直度→灌注灌漿料（3次）→拔出內(nèi)護(hù)筒及穩(wěn)樁平臺(tái)重復(fù)利用。經(jīng)過海上施工實(shí)踐，施工工藝已可滿足嵌巖單樁施工，但由于巖基海床地質(zhì)條件復(fù)雜，各層地質(zhì)軟硬不一，大型鉆機(jī)設(shè)備在嵌巖鉆孔過程中經(jīng)常出現(xiàn)穩(wěn)樁平臺(tái)護(hù)筒底部滲漏、塌孔等現(xiàn)象，護(hù)筒底部一旦塌孔或者滲漏，隨著海流的沖刷、塌陷區(qū)域會(huì)不斷擴(kuò)大，護(hù)筒內(nèi)外水位聯(lián)通，更甚者，隨著塌孔區(qū)域的擴(kuò)大，可能出現(xiàn)護(hù)筒及穩(wěn)樁平臺(tái)傾覆，造成重大安全事故，因此，鉆機(jī)鉆進(jìn)工作只能中止并采取海下堵漏措施。在水深25m的海域進(jìn)行水下堵漏施工，堵漏后還存在二次穿孔的風(fēng)險(xiǎn)，施工難度可想而知。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塌孔后單次堵漏施工就需要15～30天，嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)施工效率，大大增加施工及船機(jī)成本。

三、問題原因及解決措施

針對(duì)大直徑單樁基礎(chǔ)鉆孔施工過程中護(hù)筒反復(fù)塌孔、滲漏等問題，分析產(chǎn)生的主要原因包括以下幾個(gè)方面：

1） 受復(fù)雜地質(zhì)、設(shè)計(jì)地勘準(zhǔn)確度等因素影響，導(dǎo)致護(hù)筒利用液壓錘錘擊后入泥深度不足，一般僅入泥3～5m，覆蓋層經(jīng)受海水沖刷后，護(hù)筒底部實(shí)際入泥更淺，極易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象;

2） 大型嵌巖鉆機(jī)設(shè)備的鉆頭在加壓嵌巖鉆進(jìn)過程中會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，振動(dòng)傳導(dǎo)至護(hù)筒底部會(huì)使原本密實(shí)的巖面地質(zhì)變得松散，從而增加滲漏及塌孔風(fēng)險(xiǎn);

3） 地質(zhì)復(fù)雜、巖層均一性差，泥下存在斜巖等，導(dǎo)致護(hù)筒底部錘擊入泥后一側(cè)擱置于硬巖側(cè)，另一側(cè)位于松散地質(zhì)，地質(zhì)松散側(cè)極易出現(xiàn)塌孔或貫穿等問題。

為解決鉆孔過程中巖基覆蓋層反復(fù)塌孔的難題，目前普遍采用以下幾種方法減少或避免塌孔現(xiàn)象：

1） 采用內(nèi)護(hù)筒“打-鉆-打”入泥深度控制工藝，即內(nèi)護(hù)筒在原工藝方案基礎(chǔ)上利用液壓錘擊到位后，吊裝架設(shè)大型嵌巖鉆機(jī)對(duì)內(nèi)護(hù)筒底部進(jìn)行鉆孔（鉆孔直徑小于筒徑60～70cm），鉆孔鉆至設(shè)計(jì)一定深度后，根據(jù)鉆進(jìn)出渣情況，再吊裝液壓錘對(duì)內(nèi)護(hù)筒進(jìn)行二次復(fù)打，以增加護(hù)筒入泥深度。兩次錘擊過程中均需控制好內(nèi)護(hù)筒入泥貫入度和錘擊能量?jī)蓚€(gè)核心指標(biāo)，防止護(hù)筒底發(fā)生變形或卷邊現(xiàn)象;

2） 當(dāng)護(hù)筒入泥深度不足，未達(dá)到完整基巖面時(shí)，采取在鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中添加膨潤(rùn)土的方法，并對(duì)孔內(nèi)泥漿比率進(jìn)行檢測(cè)，通過提高孔內(nèi)水中的泥漿比率，起到泥漿護(hù)壁的作用，同時(shí)，泥漿通過鉆機(jī)設(shè)備的泥漿分離器實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，泥漿分離器能很好的控制泥漿的流失，便于操作人員控制護(hù)筒內(nèi)部泥漿比例，阻斷孔內(nèi)外滲水，防止孔壁坍塌或剝落。

3） 對(duì)鉆機(jī)設(shè)備鉆孔過程中各項(xiàng)鉆進(jìn)作業(yè)參數(shù)的控制，如在鉆進(jìn)不同硬度巖層時(shí)，通過改變鉆進(jìn)速率、鉆頭轉(zhuǎn)速、鉆頭提升力、鉆壓等技術(shù)參數(shù)，以減少作業(yè)過程中鉆頭的晃動(dòng)，從而最大限度避免護(hù)筒塌孔或滲漏。

四、結(jié)束語

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年，國內(nèi)僅福建莆田南日島海上風(fēng)電項(xiàng)目完成9臺(tái)巖基大直徑嵌巖單樁施工，但大部分機(jī)位內(nèi)護(hù)筒在架設(shè)鉆機(jī)鉆孔過程中出現(xiàn)塌孔及滲漏，塌孔率高達(dá)50%，塌孔后堵漏工作量很大，施工效率很低，而國內(nèi)其他項(xiàng)目還未有成功施工的案例。直到2019年，福建南日島項(xiàng)目吸取以往塌孔處理施工經(jīng)驗(yàn)，分析塌孔產(chǎn)生的原因并積極進(jìn)行處理，不斷完善嵌巖施工方案、優(yōu)化施工裝備，在巖基大直徑嵌巖單樁施工方面率先取得了突破，該項(xiàng)目全年共計(jì)完成Ⅲ型嵌巖單樁基礎(chǔ)14臺(tái)，產(chǎn)能為18年完成總量的1.56倍，且鉆孔成功率100%，全年幾乎未出現(xiàn)一例塌孔或滲漏現(xiàn)象，無塌孔堵漏施工，已初步具備了巖基大直徑單樁基礎(chǔ)規(guī)?；⑴炕┕つ芰?，也為附近海域以及國內(nèi)其他巖基海域大直徑單樁基礎(chǔ)嵌巖施工提供了諸多寶貴的借鑒和參考經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：江蘇龍?jiān)凑袢A海洋工程有限公司）