一种海上风电植入式单桩、高桩共用座底稳桩平台的应用

黄桥兴 黄博坚 中交第三航务工程局有限公司厦门分公司

1.应用背景

在能源低碳转型的背景下，海上风电迅速发展，海上可开发和利用的风能储量为7.5亿千瓦。我国海岸线长度超过1.8×104km，在如此长距离规模近海外延数十公里范围内，部署海上风电海上风电总量巨大。目前，从技术和经济考虑，以开发近海海上风电资源为主，随着浮式海上风电技术的进步和发展，海上风电也可以向深海和远海挺进。而在近海施工海上风电会遇到地质覆盖层较薄区域，该类型地质适应于植入型风机基础形式，该类地质需要投入稳桩平台配合嵌岩施工，要求稳桩平台要有足够的强度、刚度及稳定性。

本文结合莆田平海湾海上风电场项目植入式单桩和植入式高桩的施工，简要介绍一种新型适宜植入式单桩和植入式高桩的稳桩嵌岩平台的应用。

2.工程概况

2.1 基础概况

莆田平海湾海上风电项目位于莆田市秀屿区平海湾内，西邻埭头半岛，北邻南日岛，西南邻湄洲岛，涵盖莆田平海湾海上风电场B区和C区部分区域，中心距离平海镇约6海里，平均水深-13～-20m，属于近海浅水施工区域。该工程总共有85台6MW基础形式，其中4台植入式单桩、8台植入式高桩。表1为基础形式汇总表。

表1 基础形式

莆田平海湾海上风电场是国内施工技术难度最大的风电场项目之一，本项目风同基础形式有Ⅰ型单桩基础（需要大型嵌岩钻机钻孔）、Ⅱ型单桩基础（需要大型嵌岩钻机扩孔）、植入式单桩基础（需要大型嵌岩钻机钻孔），嵌岩高桩承台基础、摩擦高桩承台基础、植入式高桩承台基础等基础形式。

其中植入式单桩与植入式高桩承台基础均需要通过嵌岩平台进行钻孔及植入施工，为保证在浅覆盖层搭设平台的整体稳定性，且嵌岩平台适用于植入式单桩及植入式高桩承台基础拟投入座底式嵌岩共用平台。

2.2 植入式平台概况

该平台尺寸为30m长×26m宽×27m高，可以通过法兰连接套管加长平台高，平台中心为直径7.8m，拟利用于植入式单桩，平台中心以直径11.8m平均布设6个直径3.0m的导向孔，拟用于植入式高桩承台基础施工。该平台重约750t，分成三层，顶平台作施工操作平台，中、下平台作为限位平台，每层平台均设置导向装置，有利于保证护筒的垂直度。该平台底部设置6个防沉桩、6个直径6.0m防沉板，防沉板与套管之间采用法兰连接（针对不同水深可调节套管）。平台通过起重船可直接吊装于机位处，通过防沉板可保证平台不下沉，且水平度满足施工要求。该座底式平台整体稳性较好，基本不受水平力影响，平台座底后再插设6根辅助桩，辅助桩采用直径φ2.0m、壁厚22mm的钢管桩，长度50米/根，便于嵌岩施工时平台整体稳性。采用植入式座底共用平台便于植入式高桩及植入式单桩施工，提高施工效率，平台共用可减少资源投入。

2.3 适用条件

（1）海上座底平台对海况的适用范围与作业条件：该座底平台可根据不同水深增加或减少底层套管长度，保证上层作业平台不受海浪影响，由于平台自重及平台采用正6边型结构整体稳定性较好，6个套管内振设辅助桩，可确保平台座落于海底整体处于较稳定状态。该平台采用座底及辅助桩措施座落于海床，不受风力及浪高影响。

（2）海上座底平台对河床的要求：地质“地基承载特征参数”要大于座底平台防沉板所受压力，该风场大部分为粉细砂，表层地基承载特征参数达到80kPa，座底平台防沉板所受压力q=51kPa，满足座底要求；座底平台安装对海床面要求不高，对于海床面起伏较大的，后续通过振设辅助桩后，通过吊起座底平台采用筋板焊接调整座底平台平整度。

（3）海上座底平台拆除周转时如何克服吸附力：在地质较差区域若该平台在搭设过程有发生沉陷较多，则后续振设完辅助桩后需要将平台吊反吊至辅助桩；不考虑座底平台长时间置于地质较差地层。

2.4 主要解决的问题

解决了大浅覆盖层施工平台整体稳性；解决了护筒垂直度处于可控状态；提高了嵌岩平台搭拆施工效率；减少了投入的运输驳，该平台可直接放置于海中；便于资源共用，一种平台可共用。

2.5 工作方法

座底式嵌岩平台吊装于机位中心调整位置后缓慢座底→插设辅助桩→调整平台焊接筋板→振设护筒→上嵌岩设备→嵌岩→植入工程桩→桩内封底混凝土施工→桩外壁注浆→拔除护筒。

座底式嵌岩平台安拆简便，搭设到位后将履带吊及嵌岩设备吊至平台方可进行嵌岩作业，过程无需其它船舶配合。针对植入式高桩和植入式单桩两种基础类型其主要作业方式如下：（1）植入式高桩施工作业：座底式嵌岩平台安装到位后将6根辅助护筒沉设到位，后续通过上履带吊吊至嵌岩平台配合小嵌岩钻机，嵌岩及浇筑作业；（2）植入式单桩施工作业：座底式嵌岩平台安装到位后将大直径护筒沉设到位，在嵌岩平台上通过过渡工装配合大直径嵌岩钻孔作业。

2.6 创新点

（1）在覆盖层地质条件下，保证结构安全的前提下优化了平台结构使之座底可增加平台稳性，增加了导向层使护筒振设时可保证护筒垂直度，该平台结构简单，减少了支撑体系用钢量。

（2）实现了平台共用问题，减少资源投入，同时提高了施工效率，规避了施工平台在嵌岩过程平台晃动，对护筒及平台上施工人员的安全风险。

（3）实现了平台整体吊装，机位嵌岩施工完成后，可将平台临时寄存于旁边作为施工平台，减少船机投入。

3.应用效果及推广应用前景

施工安全方面。常规嵌岩平台搭拆需要投入大量人工与船机设备配合完成，搭拆作业过程需要起重船吊着平台进行筋板焊接及割除作业，施工安全风险高。采用座底式平台实现了在平台上进行筋板焊接及割除，避免了人机交叉作业，降低了施工安全事故发生率，具有良好的安全控制效果。

施工质量方面。植入式座底平台采用三层导向定位，可于护筒沉设过程保证垂直度。护筒垂直可满足不同类型钻机快速成孔作业，能够极大的加快施工进度，降低成本，确保施工质量。

经济效益方面。传统嵌岩平台搭设及拆除需要起重船及定位平板驳配合才能完成，且搭设及拆除均需要2d左右完成；使用植入式底座共用平台采用1艘起重船就可安装及拆除均需要0.5d左右完成，采用植入式座底平台安装及拆除工效提高了75%，经测算传统嵌岩平台安拆成本约为100万元，而植入式座底平台安拆成本约为36万左右；考虑植入式座底平台可同时兼顾植入式单桩及植入式高桩承台基础作业，按分别投入平台进行类比。

4.结束语

座底式植入共用嵌岩平台这一创新举措是整个项目能够满足业主严苛的进度要求的根本保证，同时节约了施工成本，为作业人员提供了安全的作业环境。另外该创新点应用也得到了上级单位的认可，打造了企业的品牌效应，体现出企业在海上风电施工这一新兴领域的技术优势。该项成果效果显著，提高了施工进度，保证了作业安全，并且有效节约了成本，应用前景广阔。