黃橋興 黃博堅 中交第三航務工程局有限公司廈門分公司

1.應用背景

在能源低碳轉(zhuǎn)型的背景下，海上風電迅速發(fā)展，海上可開發(fā)和利用的風能儲量為7.5億千瓦。我國海岸線長度超過1.8×104km，在如此長距離規(guī)模近海外延數(shù)十公里范圍內(nèi)，部署海上風電海上風電總量巨大。目前，從技術(shù)和經(jīng)濟考慮，以開發(fā)近海海上風電資源為主，隨著浮式海上風電技術(shù)的進步和發(fā)展，海上風電也可以向深海和遠海挺進。而在近海施工海上風電會遇到地質(zhì)覆蓋層較薄區(qū)域，該類型地質(zhì)適應于植入型風機基礎(chǔ)形式，該類地質(zhì)需要投入穩(wěn)樁平臺配合嵌巖施工，要求穩(wěn)樁平臺要有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性。

本文結(jié)合莆田平海灣海上風電場項目植入式單樁和植入式高樁的施工，簡要介紹一種新型適宜植入式單樁和植入式高樁的穩(wěn)樁嵌巖平臺的應用。

2.工程概況

2.1 基礎(chǔ)概況

莆田平海灣海上風電項目位于莆田市秀嶼區(qū)平海灣內(nèi)，西鄰埭頭半島，北鄰南日島，西南鄰湄洲島，涵蓋莆田平海灣海上風電場B區(qū)和C區(qū)部分區(qū)域，中心距離平海鎮(zhèn)約6海里，平均水深-13～-20m，屬于近海淺水施工區(qū)域。該工程總共有85臺6MW基礎(chǔ)形式，其中4臺植入式單樁、8臺植入式高樁。表1為基礎(chǔ)形式匯總表。

表1 基礎(chǔ)形式

莆田平海灣海上風電場是國內(nèi)施工技術(shù)難度最大的風電場項目之一，本項目風同基礎(chǔ)形式有Ⅰ型單樁基礎(chǔ)（需要大型嵌巖鉆機鉆孔）、Ⅱ型單樁基礎(chǔ)（需要大型嵌巖鉆機擴孔）、植入式單樁基礎(chǔ)（需要大型嵌巖鉆機鉆孔），嵌巖高樁承臺基礎(chǔ)、摩擦高樁承臺基礎(chǔ)、植入式高樁承臺基礎(chǔ)等基礎(chǔ)形式。

其中植入式單樁與植入式高樁承臺基礎(chǔ)均需要通過嵌巖平臺進行鉆孔及植入施工，為保證在淺覆蓋層搭設平臺的整體穩(wěn)定性，且嵌巖平臺適用于植入式單樁及植入式高樁承臺基礎(chǔ)擬投入座底式嵌巖共用平臺。

2.2 植入式平臺概況

該平臺尺寸為30m長×26m寬×27m高，可以通過法蘭連接套管加長平臺高，平臺中心為直徑7.8m，擬利用于植入式單樁，平臺中心以直徑11.8m平均布設6個直徑3.0m的導向孔，擬用于植入式高樁承臺基礎(chǔ)施工。該平臺重約750t，分成三層，頂平臺作施工操作平臺，中、下平臺作為限位平臺，每層平臺均設置導向裝置，有利于保證護筒的垂直度。該平臺底部設置6個防沉樁、6個直徑6.0m防沉板，防沉板與套管之間采用法蘭連接（針對不同水深可調(diào)節(jié)套管）。平臺通過起重船可直接吊裝于機位處，通過防沉板可保證平臺不下沉，且水平度滿足施工要求。該座底式平臺整體穩(wěn)性較好，基本不受水平力影響，平臺座底后再插設6根輔助樁，輔助樁采用直徑φ2.0m、壁厚22mm的鋼管樁，長度50米/根，便于嵌巖施工時平臺整體穩(wěn)性。采用植入式座底共用平臺便于植入式高樁及植入式單樁施工，提高施工效率，平臺共用可減少資源投入。

2.3 適用條件

（1）海上座底平臺對海況的適用范圍與作業(yè)條件：該座底平臺可根據(jù)不同水深增加或減少底層套管長度，保證上層作業(yè)平臺不受海浪影響，由于平臺自重及平臺采用正6邊型結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較好，6個套管內(nèi)振設輔助樁，可確保平臺座落于海底整體處于較穩(wěn)定狀態(tài)。該平臺采用座底及輔助樁措施座落于海床，不受風力及浪高影響。

（2）海上座底平臺對河床的要求：地質(zhì)“地基承載特征參數(shù)”要大于座底平臺防沉板所受壓力，該風場大部分為粉細砂，表層地基承載特征參數(shù)達到80kPa，座底平臺防沉板所受壓力q=51kPa，滿足座底要求；座底平臺安裝對海床面要求不高，對于海床面起伏較大的，后續(xù)通過振設輔助樁后，通過吊起座底平臺采用筋板焊接調(diào)整座底平臺平整度。

（3）海上座底平臺拆除周轉(zhuǎn)時如何克服吸附力：在地質(zhì)較差區(qū)域若該平臺在搭設過程有發(fā)生沉陷較多，則后續(xù)振設完輔助樁后需要將平臺吊反吊至輔助樁；不考慮座底平臺長時間置于地質(zhì)較差地層。

2.4 主要解決的問題

解決了大淺覆蓋層施工平臺整體穩(wěn)性；解決了護筒垂直度處于可控狀態(tài)；提高了嵌巖平臺搭拆施工效率；減少了投入的運輸駁，該平臺可直接放置于海中；便于資源共用，一種平臺可共用。

2.5 工作方法

座底式嵌巖平臺吊裝于機位中心調(diào)整位置后緩慢座底→插設輔助樁→調(diào)整平臺焊接筋板→振設護筒→上嵌巖設備→嵌巖→植入工程樁→樁內(nèi)封底混凝土施工→樁外壁注漿→拔除護筒。

座底式嵌巖平臺安拆簡便，搭設到位后將履帶吊及嵌巖設備吊至平臺方可進行嵌巖作業(yè)，過程無需其它船舶配合。針對植入式高樁和植入式單樁兩種基礎(chǔ)類型其主要作業(yè)方式如下：（1）植入式高樁施工作業(yè)：座底式嵌巖平臺安裝到位后將6根輔助護筒沉設到位，后續(xù)通過上履帶吊吊至嵌巖平臺配合小嵌巖鉆機，嵌巖及澆筑作業(yè)；（2）植入式單樁施工作業(yè)：座底式嵌巖平臺安裝到位后將大直徑護筒沉設到位，在嵌巖平臺上通過過渡工裝配合大直徑嵌巖鉆孔作業(yè)。

2.6 創(chuàng)新點

（1）在覆蓋層地質(zhì)條件下，保證結(jié)構(gòu)安全的前提下優(yōu)化了平臺結(jié)構(gòu)使之座底可增加平臺穩(wěn)性，增加了導向?qū)邮棺o筒振設時可保證護筒垂直度，該平臺結(jié)構(gòu)簡單，減少了支撐體系用鋼量。

（2）實現(xiàn)了平臺共用問題，減少資源投入，同時提高了施工效率，規(guī)避了施工平臺在嵌巖過程平臺晃動，對護筒及平臺上施工人員的安全風險。

（3）實現(xiàn)了平臺整體吊裝，機位嵌巖施工完成后，可將平臺臨時寄存于旁邊作為施工平臺，減少船機投入。

3.應用效果及推廣應用前景

施工安全方面。常規(guī)嵌巖平臺搭拆需要投入大量人工與船機設備配合完成，搭拆作業(yè)過程需要起重船吊著平臺進行筋板焊接及割除作業(yè)，施工安全風險高。采用座底式平臺實現(xiàn)了在平臺上進行筋板焊接及割除，避免了人機交叉作業(yè)，降低了施工安全事故發(fā)生率，具有良好的安全控制效果。

施工質(zhì)量方面。植入式座底平臺采用三層導向定位，可于護筒沉設過程保證垂直度。護筒垂直可滿足不同類型鉆機快速成孔作業(yè)，能夠極大的加快施工進度，降低成本，確保施工質(zhì)量。

經(jīng)濟效益方面。傳統(tǒng)嵌巖平臺搭設及拆除需要起重船及定位平板駁配合才能完成，且搭設及拆除均需要2d左右完成；使用植入式底座共用平臺采用1艘起重船就可安裝及拆除均需要0.5d左右完成，采用植入式座底平臺安裝及拆除工效提高了75%，經(jīng)測算傳統(tǒng)嵌巖平臺安拆成本約為100萬元，而植入式座底平臺安拆成本約為36萬左右；考慮植入式座底平臺可同時兼顧植入式單樁及植入式高樁承臺基礎(chǔ)作業(yè)，按分別投入平臺進行類比。

4.結(jié)束語

座底式植入共用嵌巖平臺這一創(chuàng)新舉措是整個項目能夠滿足業(yè)主嚴苛的進度要求的根本保證，同時節(jié)約了施工成本，為作業(yè)人員提供了安全的作業(yè)環(huán)境。另外該創(chuàng)新點應用也得到了上級單位的認可，打造了企業(yè)的品牌效應，體現(xiàn)出企業(yè)在海上風電施工這一新興領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。該項成果效果顯著，提高了施工進度，保證了作業(yè)安全，并且有效節(jié)約了成本，應用前景廣闊。