海上風(fēng)電大直徑單樁的施工技術(shù)分析

摘 ?要：海上的風(fēng)力資源非常豐富、湍流強(qiáng)度小、與能源負(fù)荷中心近，逐漸成為我國(guó)風(fēng)電行業(yè)的新型戰(zhàn)略項(xiàng)目。大直徑單樁是海上風(fēng)電建設(shè)項(xiàng)目的重要基礎(chǔ)，其施工工藝對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量都有著決定性的影響。因此對(duì)海上風(fēng)電大直徑單樁施工工藝展開詳細(xì)全面地分析探討，能夠幫助從業(yè)人員掌握正確的施工技巧，在加快大直徑單樁施工效率的同時(shí)，還能避免相關(guān)問題的產(chǎn)生，具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;大直徑;單樁;鋼管樁;施工技術(shù)

一、大直徑單樁鋼管樁的施工技術(shù)

（一）大直徑單樁施工工藝

大直徑單樁在施工過程中往往會(huì)用到大型嵌巖鉆機(jī)設(shè)備、穩(wěn)樁平臺(tái)等設(shè)備，目前使用頻率最高的施工方案是“大直徑無過渡嵌巖單樁基礎(chǔ)施工方案，”施工順序依次是“施工船舶定位——沉放穩(wěn)樁平臺(tái)——液壓錘錘擊內(nèi)護(hù)筒——安裝大型鉆機(jī)設(shè)備——大直徑單樁基礎(chǔ)翻身——灌注灌漿料——拔出內(nèi)護(hù)筒及穩(wěn)樁平臺(tái)”，這套施工技術(shù)方案已經(jīng)得到了多次實(shí)踐，施工質(zhì)量滿足工程項(xiàng)目的要求。但是在另一方面，由于海床地質(zhì)條件錯(cuò)綜復(fù)雜，不同區(qū)域的地質(zhì)軟硬程度也存在很大差異，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、塌孔的問題，在海水沖刷的作用下，塌陷問題會(huì)越來越嚴(yán)重，甚至?xí)霈F(xiàn)護(hù)筒、穩(wěn)樁平臺(tái)側(cè)翻的嚴(yán)重事故。所以一旦出現(xiàn)穩(wěn)樁平臺(tái)護(hù)筒底部滲透的問題，必須在第一時(shí)間停止施工并開始海下堵漏工作。

（二）做好施工前的計(jì)算分析工作

海上風(fēng)電項(xiàng)目施工過程中，為了確保大直徑單樁鋼管樁順利達(dá)成沉樁要求，保證施工進(jìn)度滿足要求，在正式開工之前，需要對(duì)沉樁技術(shù)進(jìn)行全面細(xì)致地分析研究，具體包括沉樁深度、斜樁影響因素、斷樁原因、過大樁位偏差等等，還需要對(duì)單樁鋼管樁的力學(xué)性能展開驗(yàn)證分析，合理設(shè)置鉆孔位置及布局。在具體分析過程中，設(shè)計(jì)人員可以借助GRLWEAP打樁分析軟件，對(duì)鋼樁進(jìn)入土層之后可能遇到的阻力進(jìn)行模擬分析，重點(diǎn)分析的阻力有兩個(gè)：一個(gè)是對(duì)樁體端面的阻力分析;另一個(gè)是樁身承受摩擦力的模擬分析。設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)沉樁過程中所需的夯擊力進(jìn)行驗(yàn)證分析，確保沉樁施工工作的順利推進(jìn)。

（二）科學(xué)使用獨(dú)立雙層穩(wěn)樁平臺(tái)

為了保證沉樁施工過程中樁體垂直度達(dá)到要求，需要科學(xué)使用海上穩(wěn)樁平臺(tái)。海上穩(wěn)樁平臺(tái)是固定式鋼管樁平臺(tái)，具有工作效率高、操作方便簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，而且不會(huì)受到水文環(huán)境的影響，能夠有效提高海上風(fēng)電鋼管樁的施工質(zhì)量。在具體施工過程中，一般需要4根鋼管樁，鋼管樁的長(zhǎng)度、寬度以及壁厚需要根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境來確定，這些鋼管樁主要起到支撐的作用，這種可以盡量防止潮位給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來不利影響。有的施工單位會(huì)用到雙層鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，兩個(gè)平臺(tái)之間的高度差必須控制在8米以上，每一層平臺(tái)都需要參考實(shí)際工程要求，加設(shè)相應(yīng)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而保證單樁施工過程的穩(wěn)定性。

二、大直徑單樁施工的問題分析及解決對(duì)策

（一）大直徑單樁施工的問題分析

海上風(fēng)電大直徑單樁施工過程中會(huì)出現(xiàn)護(hù)筒塌陷、滲漏等問題，產(chǎn)生原因主要有以下幾個(gè)方面：

1.海底土質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。海底的土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的難度非常大，導(dǎo)致液壓錘錘擊深度沒有達(dá)到要求，常規(guī)深度在3米到五米之間，在海水沖刷的作用下，護(hù)筒深入海底的深度就非常有限了，在這種情況下很容易出現(xiàn)護(hù)筒滲漏的問題。

2.海底巖層出現(xiàn)松動(dòng)。在實(shí)際施工過程中，大型嵌巖鉆機(jī)設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象，這些振動(dòng)的能量傳導(dǎo)到護(hù)筒底部會(huì)導(dǎo)致海底巖層出現(xiàn)松動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)護(hù)筒根基不穩(wěn)，最終引發(fā)護(hù)筒滲漏的問題，嚴(yán)重的話會(huì)出現(xiàn)塌孔的風(fēng)險(xiǎn)。

3.海底巖層不均勻。海底的巖層構(gòu)造非常復(fù)雜，可能會(huì)出現(xiàn)斜巖的問題，護(hù)筒底部錘擊之后一側(cè)處于巖層上，而另一側(cè)處于松軟的土層之上，很容易引發(fā)塌孔、貫穿的問題。

（二）大直徑單樁施工相關(guān)問題的解決對(duì)策

為了防止護(hù)筒出現(xiàn)滲漏、塌孔的問題，在大直徑單樁施工過程中通常會(huì)采用以下施工工藝

1.使用內(nèi)護(hù)筒“打——鉆——打”的施工工藝，加大護(hù)筒深入海底巖層的深度。具體作法是在護(hù)筒施工工藝的基礎(chǔ)上，使用大型嵌巖鉆機(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），鉆孔達(dá)到預(yù)定深度時(shí)，參考鉆進(jìn)出渣狀況，利用吊裝液壓錘對(duì)內(nèi)護(hù)筒實(shí)施二次打孔，再次加大護(hù)筒深入海底巖層的深度。在具體施工過程中，相關(guān)人員要控制好內(nèi)護(hù)筒入泥貫入度以及錘擊能量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)，避免護(hù)筒底部發(fā)生變形或者卷邊的問題。

2.如果護(hù)筒進(jìn)入海底土層的深度未達(dá)到要求，可以在鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中添加膨潤(rùn)土，提高孔中的泥漿比率，起到泥漿護(hù)壁的效果。除此之外，泥漿在泥漿分離器的作用下可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，有效防止泥漿的流失。施工人員還需要控制好護(hù)筒中泥漿的比例，防止孔內(nèi)外發(fā)生滲水問題，從而避免塌孔問題的發(fā)生。

3.合理控制鉆機(jī)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)。海上風(fēng)電大直徑單樁施工過程中，面對(duì)不同結(jié)構(gòu)的海底土壤巖層，施工人員要合理控制鉆進(jìn)速率、鉆頭轉(zhuǎn)速、鉆頭壓力等各項(xiàng)參數(shù)，避免鉆頭出現(xiàn)振動(dòng)問題，同時(shí)可以避免海底土壤巖層被破壞，從根本上避免護(hù)筒塌孔問題的發(fā)生。

總結(jié)

在傳統(tǒng)的海上風(fēng)電大直徑單樁施工過程中，由于施工環(huán)境復(fù)雜、施工人員素質(zhì)低下、施工工藝不到位，導(dǎo)致護(hù)筒塌孔問題時(shí)有發(fā)生。要想改變這一現(xiàn)狀，施工人員需要做好施工前的計(jì)算分析工作、科學(xué)使用雙層穩(wěn)樁平臺(tái)、不但優(yōu)化施工工藝，提高大直徑單樁施工工作的質(zhì)量，推動(dòng)海上風(fēng)險(xiǎn)建設(shè)項(xiàng)目的順利發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：張琦（1993-10）男，民族：漢，籍貫：浙江省紹興市，當(dāng)前職務(wù)：技術(shù)員，當(dāng)前職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：風(fēng)電單樁、套籠等鋼結(jié)構(gòu)制作。