一種淺海風電場嵌巖單樁基礎施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種淺海風電場嵌巖單樁基礎施工方法，其包括如下步驟：a)自升式起重平臺和運輸船定位；b)單管樁錘擊沉樁；c)鉆孔作業(yè)；d)繼續(xù)錘擊沉樁；e)安裝附屬件。本發(fā)明的優(yōu)點是：在參照軟土地基的淺海風電場風機基礎單樁施工方法的前提下，結(jié)合應用基巖專用鉆機5000在基巖上鉆孔，解決了單樁基礎在巖石地基環(huán)境中應用的顧慮。基礎施工不需要進行灌漿處理，減少了不少復雜工藝程序，節(jié)約了大量的人力、物力和施工成本(約為700萬元/臺)，提高了施工效率(5天/臺)，推進了巖石地基環(huán)境的淺海海域風電場單樁基礎規(guī)模化建設的進程，大大降低了近海風電場的建設成本。
【專利說明】一種淺海風電場嵌巖單粧基礎施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及近海風電行業(yè)的施工工程，具體涉及近海風電場基礎施工工藝設計?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著海上風電行業(yè)的快速發(fā)展，海上風力發(fā)電基礎也出現(xiàn)了高樁承臺、單樁和多樁導管架等多種基礎結(jié)構(gòu)形式。其中，單樁基礎成本最低、施工效率最高。但是，單樁基礎在國內(nèi)目前普遍應用于浙江以北的軟土地基海上風電場，在福建、廣東等南部沿海地區(qū)的巖石地基環(huán)境中應用極少，從而限制了單樁式基礎在海上風電場的全面使用，增加了巖石地基環(huán)境的海上風電場的建設成本。
[0003]巖石地基風電場采用的傳統(tǒng)基礎形式是群樁式高樁承臺基礎，其主要施工工序為:單管樁沉樁一測量、截樁一鉆孔一樁芯清泥一吊裝樁芯鋼筋籠、澆筑樁芯砼一夾樁、安裝底模板一綁扎承臺鋼筋一安裝鋼套筒、澆筑承臺第一步砼一預埋過渡段連接鋼管一綁扎承臺第二步鋼筋、并澆筑第二步砼一拆除鋼套筒、底模一安裝防撞箱梁。該套方法存在如下缺點:
[0004]1、施工工序復雜；
[0005]2、施工周期長，每臺風機基礎施工時間約兩個半月；
[0006]3、基礎施工成本高，每風機基礎(不包括單管樁成本)約為1041萬元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在綜合保證基礎施工的高精度、低成本、短周期的前提下，如何解決巖石地基的淺海風電場風機基礎單樁順利沉入基巖內(nèi)的難題，本發(fā)明提供了一種淺海風電場嵌巖單樁基礎施工方法。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種淺海風電場嵌巖單樁基礎施工方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0010]a)自升式起重平臺和運輸船定位；
[0011]b)單管樁錘擊沉樁；
[0012]c)鉆孔作業(yè)；
[0013]d)繼續(xù)錘擊沉樁；
[0014]e)安裝附屬件。
[0015]作為優(yōu)選方案，步驟a)包括如下操作:
[0016]al)自升式起重平臺利用船載GPS將抱樁器中心坐標移至設計機位中心附近；
[0017]a2)將4個定位錨拖送拋入海底；
[0018]a3)自升式起重平臺通過絞錨將抱樁器中心坐標精確定位在設計機位上；
[0019]a4)自升式起重平臺開始壓載，完畢后將船抬離水面，當船底脫離水面后將壓載艙水適量排去，繼續(xù)抬升將船體升至離最低潮位水面上5?7米左右停止。
[0020]a5)將運輸船拖至自升式起重平臺側(cè)面，并拋4個定位錨定位。[0021]作為優(yōu)選方案，步驟b)包括如下操作:
[0022]bl)將兩套索具分別掛于800T起重機2個鉤頭上，然后將兩套索具下端分別掛于單管樁兩個吊耳上；
[0023]b2)鋼管樁沿著運輸船甲板上滑道滑行，當鋼管樁抬起至安全高度，同時緩慢起升兩個鉤頭，直至鋼管樁豎立；
[0024]b3)旋轉(zhuǎn)800T起重機臂架，將單管樁放入抱樁器，然后抱緊以抓住鋼管樁；
[0025]b4)緩慢下降800T起重機鉤頭，自沉單管樁；
[0026]b5)單管樁自沉完畢后，拆除上端吊耳索具，并放置在甲板上。
[0027]b6)利用800T起重機將打樁錘起吊至單管樁上端，并壓錘。
[0028]b7)啟動打樁錘開始連續(xù)沉樁，直至巖石層。
[0029]作為優(yōu)選方案，步驟c)包括如下操作:
[0030]Cl)吊離打樁錘，抱樁器保持夾持單樁狀態(tài)；
[0031]c2)將鉆頭油缸收回，保證鉆頭外形尺寸小于樁上端直徑5米，吊運鉆機至樁頂使鉆頭進入樁筒內(nèi)；
[0032]c3)鉆頭進入樁內(nèi)后伸出油缸，將鉆頭直徑擴張至5.8米，進行鉆孔作業(yè)；
[0033]c4)為保證鉆孔的垂直度，需增加鉆桿穩(wěn)定器以維持鉆桿的穩(wěn)定性，防止其橫向晃動；
[0034]c5)針對鉆屑，采用高壓氣體，邊鉆邊排；
[0035]c6)鉆孔至樁底設計高程，鉆孔完畢，吊離鉆機。
[0036]作為優(yōu)選方案，步驟d)包括如下操作:
[0037]吊運打樁錘至樁頂，按照上述錘擊沉樁步驟繼續(xù)沉樁施工，直至樁底設計高程。
[0038]作為優(yōu)選方案，步驟e)包括如下操作:
[0039]以上船舶定位、錘擊沉樁、鉆孔作業(yè)、再沉樁、安裝附屬件。
[0040]作為優(yōu)選方案，抱樁器中心坐標精確定位在設計機位上的中心誤差小于200mm。
[0041]一種用于本發(fā)明所述方法中的海上大直徑鉆機，其包括:
[0042]鉆機的上部結(jié)構(gòu)；
[0043]鉆桿，連接鉆機上部結(jié)構(gòu)與鉆頭，增加鉆孔深度；
[0044]鉆桿穩(wěn)定器，設置于鉆孔恰當深度處的鉆桿，用于穩(wěn)定鉆桿，防止其橫向晃動，從而影響鉆孔垂直度；
[0045]鉆頭，處于鉆機最下方。
[0046]其中，所述鉆機上部機構(gòu)包括鉆機泵的框架和系統(tǒng)，所述鉆頭上布滿鉆刀，可旋轉(zhuǎn)，用于施鉆巖層；鉆頭可變徑，可實現(xiàn)擴孔；所述鉆機上部結(jié)構(gòu)包括鉆機泵的框架和系統(tǒng)。
[0047]本發(fā)明的優(yōu)點是:在參照軟土地基的淺海風電場風機基礎單樁施工方法的前提下，結(jié)合應用基巖專用鉆機5000在基巖上鉆孔，解決了單樁基礎在巖石地基環(huán)境中應用的顧慮?；A施工不需要進行灌漿處理，減少了不少復雜工藝程序，節(jié)約了大量的人力、物力和施工成本(約為700萬元/臺)，提高了施工效率(5天/臺)，推進了巖石地基環(huán)境的淺海海域風電場單樁基礎規(guī)?；ㄔO的進程，大大降低了近海風電場的建設成本。具體為:1、將單管樁順利沉入基巖，解決了單樁基礎在巖石地基的淺海風電場應用的難題；2、降低了施工成本，解決了巖石地基淺海風電場建設成本高的難題；3、將原本兩個半月的基礎施工周期降至五天，大大提高了海上風電施工的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1為本發(fā)明中所述海上大直徑鉆機的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0049]將自升式施工船的抱樁器坐標定位于將要施工的風機機位中心，并且將單管樁運輸船定位。首先，通過自升式施工船利用船載GPS，將抱樁器中心坐標移至機位中心附近(偏差2米左右)。然后，利用3艘錨艇將4個定位錨拖送拋入海底，自升式施工船通過對定位錨絞錨，將抱樁器中心坐標精確定位在設計機位上(中心誤差小于200mm)。接下來，自升式施工船開始壓載，壓載完畢后抬升施工船(通過4根支腿將施工船抬離水面)。當施工船的船底脫離水面后將壓載艙水適量排去，繼續(xù)抬升，將船體升至離最低潮位水面上6米左右時停止。通過錨艇將運輸船拖至自升式施工船船艉，并拋4個定位錨定位，保證起吊單管樁的縱向中心與自升式施工船縱向中心在同一直線內(nèi)。將運輸船與自升式施工船船艉距離控制在22米左右，以滿足起吊鋼管樁要求的同時避免船舶間的碰撞。以上自升式施工船定位、穩(wěn)船和運輸船定位用時約2天。
[0050]然后，將鋼管樁固定于抱樁器上進行沉樁。將兩套索具上端分別掛于施工船上起重機的兩個鉤頭上，每套鎖具都包括I個200T吊梁、4個100T卸扣、2個100T-32米鋼絲繩和2個100T-16米鋼絲繩，起重機為800T浮吊。然后將每套索具下端分別掛于鋼管樁的兩個吊耳上。接著，起升起重機的吊鉤，鋼管樁沿著運輸船甲板上滑道滑行，當鋼管樁抬起至安全高度，同時緩慢起升兩個鉤頭，直至鋼管樁豎立。然后，旋轉(zhuǎn)起重機的臂架，將鋼管樁放置于抱樁器上，抱緊以抓住鋼管樁。下降鋼管樁，進行自沉。利用起重機將打樁錘起吊至鋼管樁的上端并壓錘，啟動打樁錘對鋼管樁進行連續(xù)沉樁。
[0051]當鋼管樁沉至巖石層時，吊離打樁錘，抱樁器保持夾持單樁狀態(tài)。
[0052]先將基巖專用鉆機5000的鉆頭油缸收回，保證鉆頭外形尺寸小于樁上端直徑5米，吊運鉆機至樁頂使鉆頭進入樁筒內(nèi)。鉆頭進入樁內(nèi)后伸出油缸，將鉆頭直徑擴張至5.8米(樁下端直徑6米，預留0.2米不鉆，其目的在于沉樁施工不破壞土層結(jié)構(gòu)，不影響單樁側(cè)摩阻力)，進行鉆孔作業(yè)。隨鉆孔深度增加鉆桿，直至設計標高。因深度增加影響鉆頭穩(wěn)定性，需通過鉆桿穩(wěn)定器(鉆桿穩(wěn)定器可以通過油缸調(diào)整其外形直徑，使其與鉆孔壁緊貼)固定鉆桿，防止其橫向擺動，以保證鉆孔的垂直度。鉆孔過程中，采用高壓氣體將鉆屑排出，實現(xiàn)邊鉆邊排。鉆孔完畢后吊離鉆機，重新吊裝打樁錘繼續(xù)進行打樁作業(yè)，至設計標高。
[0053]然后，安裝防撞管、爬梯、犧牲陽極等附屬件。最后對施工過程中造成的樁體表面油漆損壞處進行修補，至此，整個基礎施工完畢。
[0054]本發(fā)明中的海上大直徑鉆機結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括鉆機泵的框架和系統(tǒng)，組成了鉆機的上部機構(gòu)I，鉆機的上部機構(gòu)I的底部固設有鉆桿穩(wěn)定器2,鉆桿穩(wěn)定器2上設有鉆桿3，鉆桿3上設有鉆頭4，鉆頭4上設有若干鉆刀5。鉆桿3增加鉆孔深度；鉆桿穩(wěn)定器2用于穩(wěn)定鉆桿，防止其橫向晃動，從而影響鉆孔垂直度；鉆頭4上布滿鉆刀5，可旋轉(zhuǎn)，用于施鉆巖層；鉆頭4可變徑，可實現(xiàn)擴孔。[0055]本發(fā)明的優(yōu)點是:在參照軟土地基的淺海風電場風機基礎單樁施工方法的前提下，結(jié)合應用巖石基礎專用鉆機5000在基巖上鉆孔，解決了單樁基礎在巖石地基環(huán)境中應用的顧慮?；A施工不需要進行灌漿處理，減少了不少復雜工藝程序，節(jié)約了大量的人力、物力和施工成本(約為700萬元/臺)，提高了施工效率(5天/臺)，推進了巖石地基環(huán)境的淺海海域風電場單樁基礎規(guī)?；ㄔO的進程，大大降低了近海風電場的建設成本。具體為:1、將單管樁順利沉入基巖，解決了單樁基礎在巖石地基的淺海風電場應用的難題；2、降低了施工成本，改善了巖石地基淺海風電場建設成本高的現(xiàn)狀；3、將原本兩個半月的基礎施工周期降至五天，大大提高了海上風電施工的效率。
[0056]綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種淺海風電場嵌巖單樁基礎施工方法，其特征在于，包括如下步驟: a)自升式起重平臺和運輸船定位； b)單管樁錘擊沉樁； c)鉆孔作業(yè)； d)繼續(xù)錘擊沉樁； e)安裝附屬件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于，步驟a)包括如下操作: al)自升式起重平臺利用船載GPS將抱樁器中心坐標移至設計機位中心附近； a2)將4個定位錨拖送拋入海底； a3)自升式起重平臺通過絞錨將抱樁器中心坐標精確定位在設計機位上；a4)自升式起重平臺開始壓載，完畢后將船抬離水面，當船底脫離水面后將壓載艙水適量排去，繼續(xù)抬升將船體升至離最低潮位水面上5~7米左右停止。a5)將運輸船拖至自升式起重平臺側(cè)面，并拋4個定位錨定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于，步驟b)包括如下操作: bl)將兩套索具分別掛于800T起重機2個鉤頭上，然后將兩套索具下端分別掛于單管樁兩個吊耳上； b2)鋼管樁沿著運輸船甲板上滑道滑行，當鋼管樁抬起至安全高度，同時緩慢起升兩個鉤頭，直至鋼管樁豎立； b3)旋轉(zhuǎn)800T起重機臂架，將單管樁放入抱樁器，然后抱緊以抓住鋼管樁； b4)緩慢下降800T起重機鉤頭，自沉單管樁； b5)單管樁自沉完畢后，拆除上端吊耳索具，并放置在甲板上。 b6)利用800T起重機將打樁錘起吊至單管樁上端，并壓錘。 b7)啟動打樁錘開始連續(xù)沉樁，直至巖石層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于，步驟c)包括如下操作: Cl)吊離打樁錘，抱樁器保持夾持單樁狀態(tài)； c2)將鉆頭油缸收回，保證鉆頭外形尺寸小于樁上端直徑5米，吊運鉆機至樁頂使鉆頭進入樁筒內(nèi)； c3)鉆頭進入樁內(nèi)后伸出油缸，將鉆頭直徑擴張至5.8米，進行鉆孔作業(yè)； c4)為保證鉆孔的垂直度，需增加鉆桿穩(wěn)定器以維持鉆桿的穩(wěn)定性，防止其橫向晃動； c5)針對鉆屑，采用高壓氣體，邊鉆邊排； c6)鉆孔至樁底設計高程，鉆孔完畢，吊離鉆機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于，步驟d)包括如下操作:吊運打樁錘至樁頂，按照上述錘擊沉樁步驟繼續(xù)沉樁施工，直至樁底設計高程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于，步驟e)包括如下操作:以上船舶定位、錘擊沉樁、鉆孔作業(yè)、再沉樁、安裝附屬件。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的施工方法，其特征在于:抱樁器中心坐標精確定位在設計機位上的中心誤差小于200mm。
8.一種用于權(quán)利要求1所述方法中的海上大直徑鉆機，其特征在于，包括: 鉆機的上部結(jié)構(gòu)；鉆桿，連接鉆機上部結(jié)構(gòu)與鉆頭，增加鉆孔深度； 鉆桿穩(wěn)定器，設置于鉆孔恰當深度處的鉆桿，用于穩(wěn)定鉆桿，防止其橫向晃動，從而影響鉆孔垂直度； 鉆頭，處于鉆機最下方。 其中，所述鉆頭上布滿鉆刀，可旋轉(zhuǎn)，用于施鉆巖層；鉆頭可變徑，可實現(xiàn)擴孔；所述鉆機上部結(jié)構(gòu)包括鉆機泵的框架和系統(tǒng)。
【文檔編號】E21B3/00GK104032765SQ201410311277
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】李澤, 張海生, 張樂平, 王徽華, 曹春潼 申請人:江蘇龍源振華海洋工程有限公司