一种浅海风电场嵌岩单桩基础施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种浅海风电场嵌岩单桩基础施工方法，其包括如下步骤：a)自升式起重平台和运输船定位；b)单管桩锤击沉桩；c)钻孔作业；d)继续锤击沉桩；e)安装附属件。本发明的优点是：在参照软土地基的浅海风电场风机基础单桩施工方法的前提下，结合应用基岩专用钻机5000在基岩上钻孔，解决了单桩基础在岩石地基环境中应用的顾虑。基础施工不需要进行灌浆处理，减少了不少复杂工艺程序，节约了大量的人力、物力和施工成本(约为700万元/台)，提高了施工效率(5天/台)，推进了岩石地基环境的浅海海域风电场单桩基础规模化建设的进程，大大降低了近海风电场的建设成本。
【专利说明】一种浅海风电场嵌岩单粧基础施工方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及近海风电行业的施工工程，具体涉及近海风电场基础施工工艺设计。【背景技术】
[0002]随着海上风电行业的快速发展，海上风力发电基础也出现了高桩承台、单桩和多桩导管架等多种基础结构形式。其中，单桩基础成本最低、施工效率最高。但是，单桩基础在国内目前普遍应用于浙江以北的软土地基海上风电场，在福建、广东等南部沿海地区的岩石地基环境中应用极少，从而限制了单桩式基础在海上风电场的全面使用，增加了岩石地基环境的海上风电场的建设成本。
[0003]岩石地基风电场采用的传统基础形式是群桩式高桩承台基础，其主要施工工序为:单管桩沉桩一测量、截桩一钻孔一桩芯清泥一吊装桩芯钢筋笼、浇筑桩芯砼一夹桩、安装底模板一绑扎承台钢筋一安装钢套筒、浇筑承台第一步砼一预埋过渡段连接钢管一绑扎承台第二步钢筋、并浇筑第二步砼一拆除钢套筒、底模一安装防撞箱梁。该套方法存在如下缺点:
[0004]1、施工工序复杂；
[0005]2、施工周期长，每台风机基础施工时间约两个半月；
[0006]3、基础施工成本高，每风机基础(不包括单管桩成本)约为1041万元。
【发明内容】
[0007]根据现有技术，在综合保证基础施工的高精度、低成本、短周期的前提下，如何解决岩石地基的浅海风电场风机基础单桩顺利沉入基岩内的难题，本发明提供了一种浅海风电场嵌岩单桩基础施工方法。
[0008]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0009]一种浅海风电场嵌岩单桩基础施工方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0010]a)自升式起重平台和运输船定位；
[0011]b)单管桩锤击沉桩；
[0012]c)钻孔作业；
[0013]d)继续锤击沉桩；
[0014]e)安装附属件。
[0015]作为优选方案，步骤a)包括如下操作:
[0016]al)自升式起重平台利用船载GPS将抱桩器中心坐标移至设计机位中心附近；
[0017]a2)将4个定位锚拖送抛入海底；
[0018]a3)自升式起重平台通过绞锚将抱桩器中心坐标精确定位在设计机位上；
[0019]a4)自升式起重平台开始压载，完毕后将船抬离水面，当船底脱离水面后将压载舱水适量排去，继续抬升将船体升至离最低潮位水面上5?7米左右停止。
[0020]a5)将运输船拖至自升式起重平台侧面，并抛4个定位锚定位。[0021]作为优选方案，步骤b)包括如下操作:
[0022]bl)将两套索具分别挂于800T起重机2个钩头上，然后将两套索具下端分别挂于单管桩两个吊耳上；
[0023]b2)钢管桩沿着运输船甲板上滑道滑行，当钢管桩抬起至安全高度，同时缓慢起升两个钩头，直至钢管桩竖立；
[0024]b3)旋转800T起重机臂架，将单管桩放入抱桩器，然后抱紧以抓住钢管桩；
[0025]b4)缓慢下降800T起重机钩头，自沉单管桩；
[0026]b5)单管桩自沉完毕后，拆除上端吊耳索具，并放置在甲板上。
[0027]b6)利用800T起重机将打桩锤起吊至单管桩上端，并压锤。
[0028]b7)启动打桩锤开始连续沉桩，直至岩石层。
[0029]作为优选方案，步骤c)包括如下操作:
[0030]Cl)吊离打桩锤，抱桩器保持夹持单桩状态；
[0031]c2)将钻头油缸收回，保证钻头外形尺寸小于桩上端直径5米，吊运钻机至桩顶使钻头进入桩筒内；
[0032]c3)钻头进入桩内后伸出油缸，将钻头直径扩张至5.8米，进行钻孔作业；
[0033]c4)为保证钻孔的垂直度，需增加钻杆稳定器以维持钻杆的稳定性，防止其横向晃动；
[0034]c5)针对钻屑，采用高压气体，边钻边排；
[0035]c6)钻孔至桩底设计高程，钻孔完毕，吊离钻机。
[0036]作为优选方案，步骤d)包括如下操作:
[0037]吊运打桩锤至桩顶，按照上述锤击沉桩步骤继续沉桩施工，直至桩底设计高程。
[0038]作为优选方案，步骤e)包括如下操作:
[0039]以上船舶定位、锤击沉桩、钻孔作业、再沉桩、安装附属件。
[0040]作为优选方案，抱桩器中心坐标精确定位在设计机位上的中心误差小于200mm。
[0041]一种用于本发明所述方法中的海上大直径钻机，其包括:
[0042]钻机的上部结构；
[0043]钻杆，连接钻机上部结构与钻头，增加钻孔深度；
[0044]钻杆稳定器，设置于钻孔恰当深度处的钻杆，用于稳定钻杆，防止其横向晃动，从而影响钻孔垂直度；
[0045]钻头，处于钻机最下方。
[0046]其中，所述钻机上部机构包括钻机泵的框架和系统，所述钻头上布满钻刀，可旋转，用于施钻岩层；钻头可变径，可实现扩孔；所述钻机上部结构包括钻机泵的框架和系统。
[0047]本发明的优点是:在参照软土地基的浅海风电场风机基础单桩施工方法的前提下，结合应用基岩专用钻机5000在基岩上钻孔，解决了单桩基础在岩石地基环境中应用的顾虑。基础施工不需要进行灌浆处理，减少了不少复杂工艺程序，节约了大量的人力、物力和施工成本(约为700万元/台)，提高了施工效率(5天/台)，推进了岩石地基环境的浅海海域风电场单桩基础规模化建设的进程，大大降低了近海风电场的建设成本。具体为:1、将单管桩顺利沉入基岩，解决了单桩基础在岩石地基的浅海风电场应用的难题；2、降低了施工成本，解决了岩石地基浅海风电场建设成本高的难题；3、将原本两个半月的基础施工周期降至五天，大大提高了海上风电施工的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1为本发明中所述海上大直径钻机的结构示意图。
【具体实施方式】
[0049]将自升式施工船的抱桩器坐标定位于将要施工的风机机位中心，并且将单管桩运输船定位。首先，通过自升式施工船利用船载GPS，将抱桩器中心坐标移至机位中心附近(偏差2米左右)。然后，利用3艘锚艇将4个定位锚拖送抛入海底，自升式施工船通过对定位锚绞锚，将抱桩器中心坐标精确定位在设计机位上(中心误差小于200mm)。接下来，自升式施工船开始压载，压载完毕后抬升施工船(通过4根支腿将施工船抬离水面)。当施工船的船底脱离水面后将压载舱水适量排去，继续抬升，将船体升至离最低潮位水面上6米左右时停止。通过锚艇将运输船拖至自升式施工船船艉，并抛4个定位锚定位，保证起吊单管桩的纵向中心与自升式施工船纵向中心在同一直线内。将运输船与自升式施工船船艉距离控制在22米左右，以满足起吊钢管桩要求的同时避免船舶间的碰撞。以上自升式施工船定位、稳船和运输船定位用时约2天。
[0050]然后，将钢管桩固定于抱桩器上进行沉桩。将两套索具上端分别挂于施工船上起重机的两个钩头上，每套锁具都包括I个200T吊梁、4个100T卸扣、2个100T-32米钢丝绳和2个100T-16米钢丝绳，起重机为800T浮吊。然后将每套索具下端分别挂于钢管桩的两个吊耳上。接着，起升起重机的吊钩，钢管桩沿着运输船甲板上滑道滑行，当钢管桩抬起至安全高度，同时缓慢起升两个钩头，直至钢管桩竖立。然后，旋转起重机的臂架，将钢管桩放置于抱桩器上，抱紧以抓住钢管桩。下降钢管桩，进行自沉。利用起重机将打桩锤起吊至钢管桩的上端并压锤，启动打桩锤对钢管桩进行连续沉桩。
[0051]当钢管桩沉至岩石层时，吊离打桩锤，抱桩器保持夹持单桩状态。
[0052]先将基岩专用钻机5000的钻头油缸收回，保证钻头外形尺寸小于桩上端直径5米，吊运钻机至桩顶使钻头进入桩筒内。钻头进入桩内后伸出油缸，将钻头直径扩张至5.8米(桩下端直径6米，预留0.2米不钻，其目的在于沉桩施工不破坏土层结构，不影响单桩侧摩阻力)，进行钻孔作业。随钻孔深度增加钻杆，直至设计标高。因深度增加影响钻头稳定性，需通过钻杆稳定器(钻杆稳定器可以通过油缸调整其外形直径，使其与钻孔壁紧贴)固定钻杆，防止其横向摆动，以保证钻孔的垂直度。钻孔过程中，采用高压气体将钻屑排出，实现边钻边排。钻孔完毕后吊离钻机，重新吊装打桩锤继续进行打桩作业，至设计标高。
[0053]然后，安装防撞管、爬梯、牺牲阳极等附属件。最后对施工过程中造成的桩体表面油漆损坏处进行修补，至此，整个基础施工完毕。
[0054]本发明中的海上大直径钻机结构如图1所示，包括钻机泵的框架和系统，组成了钻机的上部机构I，钻机的上部机构I的底部固设有钻杆稳定器2,钻杆稳定器2上设有钻杆3，钻杆3上设有钻头4，钻头4上设有若干钻刀5。钻杆3增加钻孔深度；钻杆稳定器2用于稳定钻杆，防止其横向晃动，从而影响钻孔垂直度；钻头4上布满钻刀5，可旋转，用于施钻岩层；钻头4可变径，可实现扩孔。[0055]本发明的优点是:在参照软土地基的浅海风电场风机基础单桩施工方法的前提下，结合应用岩石基础专用钻机5000在基岩上钻孔，解决了单桩基础在岩石地基环境中应用的顾虑。基础施工不需要进行灌浆处理，减少了不少复杂工艺程序，节约了大量的人力、物力和施工成本(约为700万元/台)，提高了施工效率(5天/台)，推进了岩石地基环境的浅海海域风电场单桩基础规模化建设的进程，大大降低了近海风电场的建设成本。具体为:1、将单管桩顺利沉入基岩，解决了单桩基础在岩石地基的浅海风电场应用的难题；2、降低了施工成本，改善了岩石地基浅海风电场建设成本高的现状；3、将原本两个半月的基础施工周期降至五天，大大提高了海上风电施工的效率。
[0056]综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
【权利要求】
1.一种浅海风电场嵌岩单桩基础施工方法，其特征在于，包括如下步骤: a)自升式起重平台和运输船定位； b)单管桩锤击沉桩； c)钻孔作业； d)继续锤击沉桩； e)安装附属件。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤a)包括如下操作: al)自升式起重平台利用船载GPS将抱桩器中心坐标移至设计机位中心附近； a2)将4个定位锚拖送抛入海底； a3)自升式起重平台通过绞锚将抱桩器中心坐标精确定位在设计机位上；a4)自升式起重平台开始压载，完毕后将船抬离水面，当船底脱离水面后将压载舱水适量排去，继续抬升将船体升至离最低潮位水面上5~7米左右停止。a5)将运输船拖至自升式起重平台侧面，并抛4个定位锚定位。
3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤b)包括如下操作: bl)将两套索具分别挂于800T起重机2个钩头上，然后将两套索具下端分别挂于单管桩两个吊耳上； b2)钢管桩沿着运输船甲板上滑道滑行，当钢管桩抬起至安全高度，同时缓慢起升两个钩头，直至钢管桩竖立； b3)旋转800T起重机臂架，将单管桩放入抱桩器，然后抱紧以抓住钢管桩； b4)缓慢下降800T起重机钩头，自沉单管桩； b5)单管桩自沉完毕后，拆除上端吊耳索具，并放置在甲板上。 b6)利用800T起重机将打桩锤起吊至单管桩上端，并压锤。 b7)启动打桩锤开始连续沉桩，直至岩石层。
4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤c)包括如下操作: Cl)吊离打桩锤，抱桩器保持夹持单桩状态； c2)将钻头油缸收回，保证钻头外形尺寸小于桩上端直径5米，吊运钻机至桩顶使钻头进入桩筒内； c3)钻头进入桩内后伸出油缸，将钻头直径扩张至5.8米，进行钻孔作业； c4)为保证钻孔的垂直度，需增加钻杆稳定器以维持钻杆的稳定性，防止其横向晃动； c5)针对钻屑，采用高压气体，边钻边排； c6)钻孔至桩底设计高程，钻孔完毕，吊离钻机。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤d)包括如下操作:吊运打桩锤至桩顶，按照上述锤击沉桩步骤继续沉桩施工，直至桩底设计高程。
6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤e)包括如下操作:以上船舶定位、锤击沉桩、钻孔作业、再沉桩、安装附属件。
7.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于:抱桩器中心坐标精确定位在设计机位上的中心误差小于200mm。
8.一种用于权利要求1所述方法中的海上大直径钻机，其特征在于，包括: 钻机的上部结构；钻杆，连接钻机上部结构与钻头，增加钻孔深度； 钻杆稳定器，设置于钻孔恰当深度处的钻杆，用于稳定钻杆，防止其横向晃动，从而影响钻孔垂直度； 钻头，处于钻机最下方。 其中，所述钻头上布满钻刀，可旋转，用于施钻岩层；钻头可变径，可实现扩孔；所述钻机上部结构包括钻机泵的框架和系统。
【文档编号】E21B3/00GK104032765SQ201410311277
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】李泽, 张海生, 张乐平, 王徽华, 曹春潼 申请人:江苏龙源振华海洋工程有限公司