[发明专利]一种海上风机扩底式嵌岩单桩施工方法及系统

说明书

本发明公开了一种海上风机扩底式嵌岩单桩施工方法及系统，该方法包括采用自升式支腿船对待施工基础桩进行吊桩和立桩，并将所述待施工基础桩送入双层液压抱桩器进行桩的自沉；待桩自沉完成后，利用液压打桩锤对所述待施工基础桩进行锤击沉桩，沉桩过程中实时监测并调节所述待施工基础桩的垂直度以及桩法兰水平度，确保所述待施工基础桩垂直和桩法兰水平度控制在设计范围内。本申请提供的方法，适用于II型单桩结构的施工，可确保基础桩沉桩深度到位，同时通过混凝土浇筑可以使得施工完成的基础桩具有良好的稳固性。同时施工方便易行，可以有效提供工作效率。

技术领域

本发明涉及海上风机基础结构施工技术领域，特别是涉及一种海上风机扩底式嵌岩单桩施工方法及系统。

背景技术

海上风电凭借风资源稳定、不占用陆上资源、发电效率高等诸多优势已成为我国能源结构的重要组成部分，目前我国海上风电已进入大规模发展阶段。要想将风电机组安装在海上，必须依靠各种各样的基础型式来支撑上部塔架和机组。目前世界范围内采用的海上风电基础型式包括单桩基础，多角架基础，导管架基础，重力式基础，漂浮式基础等结构型式，其中，在目前我国开发的水深范围内，单桩基础由于结构型式简单，受力明确，节点焊缝少，用钢量较少，成本较低等优势成为业内最受欢迎的基础型式。

大直径单桩基础直径一般达4m～7m，要想利用如此庞大的桩基支撑上部风电机组结构长期可靠运行(一般25年)，必须将该桩基打入海底一定深度，该过程需要依靠能量较大的打桩锤，并且受海底的地质条件影响较大，当海底岩基埋藏较浅地质较硬时桩基将很难打入。随着我国海上风电的开发进程和经验积累，目前业界通常根据地质条件(岩基埋藏深度)将单桩基础的应用分为三类，如表1所示，不同类型的单桩将会采用不同的施工工艺。

表1单桩基础应用分类

2015年以前，我国海上风电开发主要集中在江苏、上海海域，该海域海底地质较软，主要为I类桩，可采用大型打桩锤直接将桩基打入到设计要求的深度。然而像福建海域，海底花岗岩埋藏较浅且硬度可达130Mpa，对于海上风电大直径单桩基础很难直接打入，常规的嵌岩钻机亦无法满足钻孔要求，鉴于此，该海域海上风电开发一直比较缓慢。但福建海域风资源非常优越，从风资源角度来说是海上风电开发的“天府之地”。随着海上风电的大力发展，近几年，各大开发商、设计施工单位逐步开始探索该海域地质条件下海上风电的开发方案，并探索大直径单桩基础在岩基海床条件下应用的可行性。表1中的三类单桩基础的分类也是在这种条件下提出的。

目前I型单桩沉桩技术已比较成熟，II型和III型单桩在国内还属于探索阶段，针对II型单桩、III型单桩的施工工艺还属于空白。

发明内容

本发明提供了一种海上风机扩底式嵌岩单桩施工方法及系统。

本发明提供了如下方案：

一种海上风机扩底式嵌岩单桩施工方法，包括：

采用自升式支腿船对待施工基础桩进行吊桩和立桩，并将所述待施工基础桩送入双层液压抱桩器进行桩的自沉；

待桩自沉完成后，利用液压打桩锤对所述待施工基础桩进行锤击沉桩，沉桩过程中实时监测并调节所述待施工基础桩的垂直度以及桩法兰水平度，确保所述待施工基础桩垂直和桩法兰水平度控制在设计范围内；

沉桩至停锤标准后，撤下打桩锤，起吊嵌岩钻机架设在所述待施工基础桩的桩顶，进行嵌岩钻孔作业；同时计算桩侧摩阻力，判断侧摩阻力能否支撑桩基和嵌岩钻机的重量；

若能支撑，则直接钻孔出所述待施工基础桩，然后在钻头进入弱风化之前通过液压系统调整钻头直径，使得钻孔孔径大于所述待施工基础桩的直径，并以该钻孔直径钻孔至设计标高，撤掉钻机，在扩孔段浇筑混凝土，并在初凝前将所述待施工基础桩打入至标高。