一種海上風電植入式單樁、高樁共用座底穩樁平臺的應用

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

在能源低碳轉型的背景下，海上風電迅速發展，海上可開發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，在如此長距離規模近海外延數十公里范圍內，部署海上風電海上風電總量巨大。目前，從技術和經濟考慮，以開發近海海上風電資源為主，隨著浮式海上風電技術的進步和發展，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覆蓋層較薄區域，該類型地質適應于植入型風機基礎形式，該類地質需要投入穩樁平臺配合嵌巖施工，要求穩樁平臺要有足夠的強度、剛度及穩定性。

本文結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樁嵌巖平臺的應用。

2.工程概況

2.1 基礎概況

莆田平海灣海上風電項目位于莆田市秀嶼區平海灣內，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區和C區部分區域，中心距離平海鎮約6海里，平均水深-13～-20m，屬于近海淺水施工區域。該工程總共有85臺6MW基礎形式，其中4臺植入式單樁、8臺植入式高樁。表1為基礎形式匯總表。

表1 基礎形式

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

其中植入式單樁與植入式高樁承臺基礎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（針對不同水深可調節套管）。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條件：該座底平臺可根據不同水深增加或減少底層套管長度，保證上層作業平臺不受海浪影響，由于平臺自重及平臺采用正6邊型結構整體穩定性較好，6個套管內振設輔助樁，可確保平臺座落于海底整體處于較穩定狀態。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“地基承載特征參數”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，后續通過振設輔助樁后，通過吊起座底平臺采用筋板焊接調整座底平臺平整度。

（3）海上座底平臺拆除周轉時如何克服吸附力：在地質較差區域若該平臺在搭設過程有發生沉陷較多，則后續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性；解決了護筒垂直度處于可控狀態；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整位置后緩慢座底→插設輔助樁→調整平臺焊接筋板→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，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類型其主要作業方式如下：（1）植入式高樁施工作業：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；（2）植入式單樁施工作業：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。

2.6 創新點

（1）在覆蓋層地質條件下，保證結構安全的前提下優化了平臺結構使之座底可增加平臺穩性，增加了導向層使護筒振設時可保證護筒垂直度，該平臺結構簡單，減少了支撐體系用鋼量。

（2）實現了平臺共用問題，減少資源投入，同時提高了施工效率，規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，搭拆作業過程需要起重船吊著平臺進行筋板焊接及割除作業，施工安全風險高。采用座底式平臺實現了在平臺上進行筋板焊接及割除，避免了人機交叉作業，降低了施工安全事故發生率，具有良好的安全控制效果。

施工質量方面。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，能夠極大的加快施工進度，降低成本，確保施工質量。

經濟效益方面。傳統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%，經測算傳統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作業，按分別投入平臺進行類比。

4.結束語

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