海上风电大直径单桩的施工技术分析

摘  要：海上的风力资源非常丰富、湍流强度小、与能源负荷中心近，逐渐成为我国风电行业的新型战略项目。大直径单桩是海上风电建设项目的重要基础，其施工工艺对整个项目的质量都有着决定性的影响。因此对海上风电大直径单桩施工工艺展开详细全面地分析探讨，能够帮助从业人员掌握正确的施工技巧，在加快大直径单桩施工效率的同时，还能避免相关问题的产生，具有重要的实践价值。

关键词：海上风电;大直径;单桩;钢管桩;施工技术

一、大直径单桩钢管桩的施工技术

（一）大直径单桩施工工艺

大直径单桩在施工过程中往往会用到大型嵌岩钻机设备、稳桩平台等设备，目前使用频率最高的施工方案是“大直径无过渡嵌岩单桩基础施工方案，”施工顺序依次是“施工船舶定位——沉放稳桩平台——液压锤锤击内护筒——安装大型钻机设备——大直径单桩基础翻身——灌注灌浆料——拔出内护筒及稳桩平台”，这套施工技术方案已经得到了多次实践，施工质量满足工程项目的要求。但是在另一方面，由于海床地质条件错综复杂，不同区域的地质软硬程度也存在很大差异，大型钻机设备在嵌岩钻孔过程中经常出现稳桩平台护筒底部渗漏、塌孔的问题，在海水冲刷的作用下，塌陷问题会越来越严重，甚至会出现护筒、稳桩平台侧翻的严重事故。所以一旦出现稳桩平台护筒底部渗透的问题，必须在第一时间停止施工并开始海下堵漏工作。

（二）做好施工前的计算分析工作

海上风电项目施工过程中，为了确保大直径单桩钢管桩顺利达成沉桩要求，保证施工进度满足要求，在正式开工之前，需要对沉桩技术进行全面细致地分析研究，具体包括沉桩深度、斜桩影响因素、断桩原因、过大桩位偏差等等，还需要对单桩钢管桩的力学性能展开验证分析，合理设置钻孔位置及布局。在具体分析过程中，设计人员可以借助GRLWEAP打桩分析软件，对钢桩进入土层之后可能遇到的阻力进行模拟分析，重点分析的阻力有两个：一个是对桩体端面的阻力分析;另一个是桩身承受摩擦力的模拟分析。设计人员还需要对沉桩过程中所需的夯击力进行验证分析，确保沉桩施工工作的顺利推进。

（二）科学使用独立双层稳桩平台

为了保证沉桩施工过程中桩体垂直度达到要求，需要科学使用海上稳桩平台。海上稳桩平台是固定式钢管桩平台，具有工作效率高、操作方便简单的优势特点，而且不会受到水文环境的影响，能够有效提高海上风电钢管桩的施工质量。在具体施工过程中，一般需要4根钢管桩，钢管桩的长度、宽度以及壁厚需要根据实际施工环境来确定，这些钢管桩主要起到支撑的作用，这种可以尽量防止潮位给现场施工带来不利影响。有的施工单位会用到双层钢结构平台，两个平台之间的高度差必须控制在8米以上，每一层平台都需要参考实际工程要求，加设相应的稳定结构，从而保证单桩施工过程的稳定性。

二、大直径单桩施工的问题分析及解决对策

（一）大直径单桩施工的问题分析

海上风电大直径单桩施工过程中会出现护筒塌陷、渗漏等问题，产生原因主要有以下几个方面：

1.海底土质结构复杂。海底的土层结构复杂多变，现场勘测的难度非常大，导致液压锤锤击深度没有达到要求，常规深度在3米到五米之间，在海水冲刷的作用下，护筒深入海底的深度就非常有限了，在这种情况下很容易出现护筒渗漏的问题。

2.海底岩层出现松动。在实际施工过程中，大型嵌岩钻机设备可能会出现振动的现象，这些振动的能量传导到护筒底部会导致海底岩层出现松动，进而引发护筒根基不稳，最终引发护筒渗漏的问题，严重的话会出现塌孔的风险。

3.海底岩层不均匀。海底的岩层构造非常复杂，可能会出现斜岩的问题，护筒底部锤击之后一侧处于岩层上，而另一侧处于松软的土层之上，很容易引发塌孔、贯穿的问题。

（二）大直径单桩施工相关问题的解决对策

为了防止护筒出现渗漏、塌孔的问题，在大直径单桩施工过程中通常会采用以下施工工艺

1.使用内护筒“打——钻——打”的施工工艺，加大护筒深入海底岩层的深度。具体作法是在护筒施工工艺的基础上，使用大型嵌岩钻机对内护筒底部进行钻孔（钻孔直径小于筒径60-70cm），钻孔达到预定深度时，参考钻进出渣状况，利用吊装液压锤对内护筒实施二次打孔，再次加大护筒深入海底岩层的深度。在具体施工过程中，相关人员要控制好内护筒入泥贯入度以及锤击能量两个指标，避免护筒底部发生变形或者卷边的问题。

2.如果护筒进入海底土层的深度未达到要求，可以在钻机钻进过程中添加膨润土，提高孔中的泥浆比率，起到泥浆护壁的效果。除此之外，泥浆在泥浆分离器的作用下可以实现循环利用，有效防止泥浆的流失。施工人员还需要控制好护筒中泥浆的比例，防止孔内外发生渗水问题，从而避免塌孔问题的发生。

3.合理控制钻机设备的相关参数。海上风电大直径单桩施工过程中，面对不同结构的海底土壤岩层，施工人员要合理控制钻进速率、钻头转速、钻头压力等各项参数，避免钻头出现振动问题，同时可以避免海底土壤岩层被破坏，从根本上避免护筒塌孔问题的发生。

总结

在传统的海上风电大直径单桩施工过程中，由于施工环境复杂、施工人员素质低下、施工工艺不到位，导致护筒塌孔问题时有发生。要想改变这一现状，施工人員需要做好施工前的计算分析工作、科学使用双层稳桩平台、不但优化施工工艺，提高大直径单桩施工工作的质量，推动海上风险建设项目的顺利发展。

参考文献

[1]毛以雷， 田博宇. 海上风电大直径嵌岩单桩双护筒钻孔施工技术[J]. 中国港湾建设， 2021 （10）： 25.

[2]林志航. 海上风电大直径单桩I型基础嵌岩施工技术[J]. 现代物业， 2020 （02）： 15.

[3]赵黎明， 黄艳红. 大直径桩身开孔单桩在海上风电中的应用[J]. 港共技术， 2021 （12）： 15.

作者简介：张琦（1993-10）男，民族：汉，籍贯：浙江省绍兴市，当前职务：技术员，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：风电单桩、套笼等钢结构制作。