海上风电裸岩海域钻孔平台封底技术研究

关文来

（江苏龙源振华海洋工程有限公司，江苏南通226000）

1 引言

海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，使得近海风力发电技术成为近年来研究和应用的热点。我国近海风能资源预计可达7.5×108kW，是陆上风能资源的3倍，海上风力发电场将成为未来发展的重点[1]。福建省是中国海上风电大省，年平均风速较大，风向稳定，是风能资源比较丰富的地区。但是福建海域岛屿、岛礁分布众多，海底埋藏大量基岩，地质条件复杂多变。福建南日岛某风电场部分机位为裸岩机位，覆盖层浅，本文以福建南日岛某海上风电场为例，重点研究了裸岩地质的嵌岩单桩钻孔平台封底技术，为该地质条件下的风电场建设提供了可行的技术参考。

2 施工难点

本项目位于福建莆田市南日岛东北侧海域，根据实测的海底地形图资料，风电场区海底高程在0～-30m，风电场海域内岛屿、岛礁分布较多，水深变化范围较大，海底地形较为复杂。根据地勘设计报告及对海底地质情况的分析，裸岩机位周边区域范围内海底底质多为基岩出露。覆盖层浅，最大覆盖层仅有1.3m，最小覆盖层的为0m，该风场主要施工难点有以下2点：

难点1：施工水域水下地形复杂，海床面礁石密布，高低不平，容易造成船舶触礁，施工船舶无法施工；

难点2：裸岩机位覆盖层浅，无法保证嵌岩平台内护筒打入足够的泥面深度，钻机平台不稳影响钻进效率，无法钻孔。

3 施工方法研究

对于施工水域水下地形复杂，海床面礁石密布的问题可采用如下施工工艺对暗礁进行切割处理：（1）施工船就位，在暗礁附近安装绳锯转向支架；（2）采用水下风炮机及钻机对礁石进行钻孔破壁并将钢钉打入礁石体内；（3）将绳锯设备固定在转向支架上，使用绳据将大块礁石进行切割分解，便于清理运输；（4）将分解后的小礁石通过事先打入的钢钉与钢丝绳连接固定，通过锚艇上的起锚机把分块的礁石都吊运出水，从而完成除礁任务。

针对岩石无覆盖层，钻机平台无法稳定的问题，可采用人工围堰的方法保证内护筒打入足够的深度，从而解决了覆盖层浅内护筒无法稳定封底的难题。即提前设计制作好围堰工装，然后通过浮吊将围堰工装安装至岩石面。确保钻孔过程中稳桩平台具备足够的稳定性，内护筒入泥深度能够进行钻孔。步骤如下：

1）在浮吊甲板布置好稳桩平台、内护筒。提前扫测、探摸机位海底泥面状况并计划好移船路线，浮吊根据移船路线进入机位并根据抛锚方案定点抛锚。

2）浮吊至机位进行定位，定位完成后提前安装好围堰吊索具，将围堰吊至机位中心，慢慢沉放围堰使其底部接触海床面。围堰参数如下：围堰为钢板卷圆筒体结构，圆筒体材质Q235,直径15m，高度5m，板厚25mm，自重约60～100t，如图1所示。

图1围堰示意图

针对机位中心围堰范围内泥面高低不平的状况，采取如下措施：（1）围堰结构内部增加滑块，将围堰放置泥面后，滑块自动下滑，矫正泥面的高低差；（2）灌注混凝土前，潜水员潜至底部观测，对于有空隙部位采用砂袋封堵；（3）对于高低差较大的机位，适当增加灌入砂浆的高度；（4）对于高低差过大的机位，适当进行移位处理；（5）围堰混凝土和海沙抛填前，潜水员须潜至围堰底部周围检查是否有渗漏情况，如有渗漏则用砂袋抛填在围堰周围。

围堰安装完成后，在围堰底部先用C15混凝土进行围堰封底，施工时需确保混凝土封底最薄处大于1m。砂浆封底示意图如图2所示。

围堰内混凝土凝固后，利用抛沙船在围堰上部抛填4m高度的海沙，每台机位海沙方量约800m3，海沙为普通海沙即可。

图2砂浆封底示意图

吊装稳桩平台内护筒，将内护筒安装至稳桩平台沉桩、调平，用液压冲击锤将内护筒打入围堰内部至泥面以下。注意内护筒底部需打入围堰砂浆与裸岩的过渡面，若砂浆强度过大导致第一次液压锤无法将内护筒打入砂浆底部，则需在第一次钻孔至砂浆底部后进行内护筒追打，将内护筒打入中风化分界面。沉放内护筒过程中需控制好内护筒底高程，确保内护筒底部在围堰混凝土内，内护筒底部不能压在海床面上。内护筒安装完成后即可按照常规施工方法进行嵌岩钻机安装、钻孔、种桩和灌浆施工。

4 结语

本文以福建海域某实际风场为例，简述了嵌岩单桩裸岩海域钻孔平台内护筒封底技术方案，包括海域暗礁的处理和裸岩钻孔平台内护筒封底方法，该技术方案已经得到了成功应用，施工方案简便、可靠施工效率高，为后续同类型海上风电场提供了可靠的理论依据及实际经验。