海上風電裸巖海域鉆孔平臺封底技術研究

關文來

（江蘇龍源振華海洋工程有限公司，江蘇南通226000）

1 引言

海上有豐富的風能資源和廣闊平坦的區域，使得近海風力發電技術成為近年來研究和應用的熱點。我國近海風能資源預計可達7.5×108kW，是陸上風能資源的3倍，海上風力發電場將成為未來發展的重點[1]。福建省是中國海上風電大省，年平均風速較大，風向穩定，是風能資源比較豐富的地區。但是福建海域島嶼、島礁分布眾多，海底埋藏大量基巖，地質條件復雜多變。福建南日島某風電場部分機位為裸巖機位，覆蓋層淺，本文以福建南日島某海上風電場為例，重點研究了裸巖地質的嵌巖單樁鉆孔平臺封底技術，為該地質條件下的風電場建設提供了可行的技術參考。

2 施工難點

本項目位于福建莆田市南日島東北側海域，根據實測的海底地形圖資料，風電場區海底高程在0～-30m，風電場海域內島嶼、島礁分布較多，水深變化范圍較大，海底地形較為復雜。根據地勘設計報告及對海底地質情況的分析，裸巖機位周邊區域范圍內海底底質多為基巖出露。覆蓋層淺，最大覆蓋層僅有1.3m，最小覆蓋層的為0m，該風場主要施工難點有以下2點：

難點1：施工水域水下地形復雜，海床面礁石密布，高低不平，容易造成船舶觸礁，施工船舶無法施工；

難點2：裸巖機位覆蓋層淺，無法保證嵌巖平臺內護筒打入足夠的泥面深度，鉆機平臺不穩影響鉆進效率，無法鉆孔。

3 施工方法研究

對于施工水域水下地形復雜，海床面礁石密布的問題可采用如下施工工藝對暗礁進行切割處理：（1）施工船就位，在暗礁附近安裝繩鋸轉向支架；（2）采用水下風炮機及鉆機對礁石進行鉆孔破壁并將鋼釘打入礁石體內；（3）將繩鋸設備固定在轉向支架上，使用繩據將大塊礁石進行切割分解，便于清理運輸；（4）將分解后的小礁石通過事先打入的鋼釘與鋼絲繩連接固定，通過錨艇上的起錨機把分塊的礁石都吊運出水，從而完成除礁任務。

針對巖石無覆蓋層，鉆機平臺無法穩定的問題，可采用人工圍堰的方法保證內護筒打入足夠的深度，從而解決了覆蓋層淺內護筒無法穩定封底的難題。即提前設計制作好圍堰工裝，然后通過浮吊將圍堰工裝安裝至巖石面。確保鉆孔過程中穩樁平臺具備足夠的穩定性，內護筒入泥深度能夠進行鉆孔。步驟如下：

1）在浮吊甲板布置好穩樁平臺、內護筒。提前掃測、探摸機位海底泥面狀況并計劃好移船路線，浮吊根據移船路線進入機位并根據拋錨方案定點拋錨。

2）浮吊至機位進行定位，定位完成后提前安裝好圍堰吊索具，將圍堰吊至機位中心，慢慢沉放圍堰使其底部接觸海床面。圍堰參數如下：圍堰為鋼板卷圓筒體結構，圓筒體材質Q235,直徑15m，高度5m，板厚25mm，自重約60～100t，如圖1所示。

圖1圍堰示意圖

針對機位中心圍堰范圍內泥面高低不平的狀況，采取如下措施：（1）圍堰結構內部增加滑塊，將圍堰放置泥面后，滑塊自動下滑，矯正泥面的高低差；（2）灌注混凝土前，潛水員潛至底部觀測，對于有空隙部位采用砂袋封堵；（3）對于高低差較大的機位，適當增加灌入砂漿的高度；（4）對于高低差過大的機位，適當進行移位處理；（5）圍堰混凝土和海沙拋填前，潛水員須潛至圍堰底部周圍檢查是否有滲漏情況，如有滲漏則用砂袋拋填在圍堰周圍。

圍堰安裝完成后，在圍堰底部先用C15混凝土進行圍堰封底，施工時需確保混凝土封底最薄處大于1m。砂漿封底示意圖如圖2所示。

圍堰內混凝土凝固后，利用拋沙船在圍堰上部拋填4m高度的海沙，每臺機位海沙方量約800m3，海沙為普通海沙即可。

圖2砂漿封底示意圖

吊裝穩樁平臺內護筒，將內護筒安裝至穩樁平臺沉樁、調平，用液壓沖擊錘將內護筒打入圍堰內部至泥面以下。注意內護筒底部需打入圍堰砂漿與裸巖的過渡面，若砂漿強度過大導致第一次液壓錘無法將內護筒打入砂漿底部，則需在第一次鉆孔至砂漿底部后進行內護筒追打，將內護筒打入中風化分界面。沉放內護筒過程中需控制好內護筒底高程，確保內護筒底部在圍堰混凝土內，內護筒底部不能壓在海床面上。內護筒安裝完成后即可按照常規施工方法進行嵌巖鉆機安裝、鉆孔、種樁和灌漿施工。

4 結語

本文以福建海域某實際風場為例，簡述了嵌巖單樁裸巖海域鉆孔平臺內護筒封底技術方案，包括海域暗礁的處理和裸巖鉆孔平臺內護筒封底方法，該技術方案已經得到了成功應用，施工方案簡便、可靠施工效率高，為后續同類型海上風電場提供了可靠的理論依據及實際經驗。