復雜地質條件下外海風電場高樁承臺基礎植入式嵌巖樁施工技術

房超珺 嚴 昇 房霆宸 姚文娟

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2. 中交三航局工程有限公司 上海 200032；3. 上海超高層建筑智能建造工程技術研究中心 上海 200080；4. 上海大學 上海 200444

在外海風電場項目中，基礎施工普遍選用高樁承臺結構形式，該結構雖施工技術成熟、施工資源豐富，易于組織多工作面作業，但在復雜地質條件下的嵌巖樁施工時存在施工程序多、施工周期長、質量檢查困難等不利因素[1]，因此要選擇良好的施工工藝和設備，并采取針對性措施，保持孔壁穩定，預防卡鉆、埋鉆等異常狀況的出現。

1 工程概況

某外海風電場工程45臺風機基礎均采用現澆高樁承臺基礎形式，包含30個高樁嵌巖基礎、5個摩擦樁基礎，因存在部分機位覆蓋層較薄、水深較淺或存在孤石、風機機型荷載較大等原因，故項目采用若干個六直樁高樁承臺及四直四斜高樁承臺基礎形式的特殊機位。

2 植入式嵌巖樁施工工藝流程

嵌巖植入樁基礎是通過輔助護筒進行嵌巖成孔再植入鋼管樁的高樁基礎，針對覆蓋層較淺、無法穩樁施工的難題，設計植入式嵌巖樁基施工方案[2]，采用“氣舉反循環鉆機就位→鉆孔→清孔→植入鋼管樁→澆筑封底混凝土→灌漿施工→拔除鋼護筒→灌注填芯混凝土”的順序進行施工作業。

3 鋼護筒沉樁

本工程機位為超淺覆蓋層機位，根據計算，護筒需進入散體狀強風化層1 m才能具有足夠的穩定性。根據以往施工經驗，一般振動錘不具備令其進入散體狀強風化層的性能，故選用YC-50液壓錘進行護筒沉樁。鋼護筒選用Q345B鋼板，厚度28 mm，確保其具有足夠的強度和剛度以防發生變形，因護筒在直樁灌漿后需拔除，所以每個機位計劃投入2個鋼護筒，護筒直徑3.4 m。護筒沉樁時，輔以千斤頂控制其垂直度（設計說明中要求樁頂平面位置允許偏差≤250 mm，軸線傾斜度偏差不宜大于1%）。

鋼護筒沉樁具體施工方法為：

1）在平臺上下兩層的孔口間隔90°設置4個方向的千斤頂，以便在沉護筒時控制垂直度。

2）護筒通過起重船起吊到樁位后緩慢落入，當護筒入泥后立即停止下沉，采用2臺水平尺測量樁的垂直度，符合要求后，在平臺底層通過液壓千斤頂抱緊，再緩慢下沉。

3）未穩樁前，每下沉1 m測量復核護筒的垂直度，符合要求后再繼續下沉至穩定，待鋼護筒自重入土不再下沉時，套YC-50液壓沖擊錘使用小能量點動錘擊，鋼護筒進入散體狀強風化層1 m，每根套管均應沉樁至相應風化層頂面[3]，達到沉樁標準時停錘復核護筒垂直度，滿足設計要求后再加固護筒與平臺的連接[4]。

4 氣舉反循環鉆機嵌巖施工

結合鉆機性能及工程實際情況，本工程采用SPD250全液壓鉆機氣舉反循環鉆進成孔工藝，鉆機特點為：全液壓驅動，大扭矩，大提升力配置，懸掛式動力頭；可傾斜式動力頭以及機架；加減壓鉆進確保鉆孔成孔速度和孔徑、斜度精度；最大破巖強度200 MPa；鉆機按設計要求制作傾斜固定導向裝置，確保傾斜率，鉆頭以及鉆桿部分每20 m左右安裝導向裝置，確保質量；由于需要巖石破碎，且嵌入弱風化層，本工程采用“凱式刀盤”布置球齒牙輪鉆頭，采用減壓鉆進及雙導向導正。

鉆機進場后在臨時碼頭實施安裝調試，使用吊裝設備落舶到駁船后運送到項目現場，隨后起吊至平臺，再經80 t履帶吊移至樁位。鉆機就位時，機架必須平整、垂直、牢固，保證在作業過程中不發生側傾、偏移。鉆桿安裝時，確保鉆桿和機架的傾斜度與鋼管樁斜度（5∶1）一致，調整鉆機基座，居中后即滿足開鉆實施要求。鉆機就位后驗收就位情況，驗收合格后固定鉆機基座、實施限位，確保鉆入作業不產生偏移，并多次檢查核實傾斜度，確保鉆孔傾斜度偏差值控制在1%以內。開孔鉆進時要減壓低速鉆進，保證開孔傾斜角度滿足設計要求。

5 鋼管樁植樁施工

嵌巖樁孔清孔完畢后，運樁駁船將鋼管樁運至現場就位，起重船起吊鋼管樁植入樁孔中（圖1）。鋼管樁下放過程中時刻保持管樁在樁孔的中心，并緩慢下放，保證不刮到孔壁，以避免坍孔導致護筒溜樁。鋼管樁下放到底時，復核孔口坐標及平整度，保證植入的鋼管垂直度及樁底已達到設計標高。植樁完成后，馬上安裝混凝土灌注裝置。

圖1 鋼管植樁示意

6 水下封底混凝土灌注

6.1 導管水密閉性試驗

1）所有導管制作應力求牢固，內壁應平整、光潔和無凹陷不平。各節導管內徑數值應保持一致，偏差控制在±2 mm內。

2）導管在使用前和使用一定期限內，除應對其整體外部構造和拼接構造進行核驗檢查外，還需做拼接試驗及水密性試驗。

3）先將導管頂端及尾端用密閉扣件連接。導管可先行在鉆孔周圍分段拼裝，再在吊放作業時逐段拼裝。分段拼裝時仔細篩查，因受力產生變形和磨損嚴重的不得使用。

4）將拼裝完畢的導管先注入70%的水，兩頭密閉，一端焊輸風管接頭，輸入預先計算的風壓力，導管在滾動若干次后，15 min不發生漏水現象即為合格。

6.2 安放導管及二次清孔

鋼管樁植樁完成后，馬上安裝混凝土灌注導管。灌注封底水下混凝土采用內直徑為26 cm（或30 cm）的螺栓卡式（便于拆裝管）導管（每節長度一般為2.65 m，另配有1 m和0.5 m節段）；導管在使用前和使用過程中應對其進行質量檢查（規格、拼接、過球、水壓等）；導管連接時，中間夾有密封圈，連接盤必須上緊，防止漏氣；吊放時，應使位置居中、軸線順直、穩步沉放；導管安裝完畢后進行第二次清孔，直至泥漿指標和沉渣滿足設計和規范要求，即裝上漏斗和球塞。

6.3 封底水下混凝土灌注

直樁封底擴孔段混凝土厚度1.0 m，直徑2.1 m，C40混凝土3.5 m3。為保證混凝土的流動性，采用C40水下不分散混凝土，從而確保施工需求（水下不分散混凝土為普通混凝土摻加TW-NA復合型水下不分散混凝土外加劑拌和而成）。封底混凝土采用攪拌船直接泵送入斗。

7 孔壁灌漿施工

本工程植入式嵌巖樁樁體外壁與巖土之間須進行回填灌漿施工。植入式嵌巖樁的灌漿對灌漿高度要求比較高，水下灌漿施工難度較大，對材料水下灌注的抗水分散性、可泵性、流動性和可工作時間等提出極其苛刻的要求[5]。對灌漿設備的工效、穩定性和船機配合也提出較高的要求，鋼管樁與嵌巖段的永久固結，對樁的水平承載能力起決定性作用，因此灌漿連接在本工程中是最為重要的施工環節之一，直接影響基礎穩定和結構安全。

因平臺空間有限，且為了便于多個灌漿施工作業面的前后銜接，在多功能駁船上擺放相應的灌漿設備、灌漿材料。灌漿時，多功能駁船靠近平臺施工，通過注漿管泵送灌漿料至嵌巖平臺上，通過樁內注漿管完成注漿。

灌漿料堆放完成后，在灌漿料表面覆蓋重載油布。多功能駁船上需要配置小型履帶吊，且至少需要覆蓋灌漿平臺及灌漿料堆放區域，灌漿時需要將灌漿料躉包袋吊至平臺頂標高的灌漿平臺上，協助灌漿施工的進行。根據以往工作經驗，預制灌漿口應設置2個，一個為主灌漿口，另一個為備用灌漿口，主灌漿口設置在灌漿段的下端，備用灌漿口設置在灌漿連接段的中部位置。溢漿口設置在嵌巖段灌漿連接段頂標高位置。2個灌漿口分別由2根預制灌漿管線連接并引出至水面以上。灌漿施工作業的灌漿設備放在坐底3 000 t運輸駁船上，漿料通過延伸至平臺的灌漿管供應至穩樁平臺上，完成植入預制鋼樁、灌注封底混凝土后，進行樁外壁和巖土間回填灌漿。封底混凝土硬化后從設計樁底灌漿至護筒底下500 mm，二次注漿為從護筒底至沖刷海床面標高（圖2）。

圖2 灌漿部位示意

8 拔除護筒

單根植入樁灌漿完成后，立即采用YZ-400液壓振動錘配合坐底甲板駁船上的1 250 t履帶吊將護筒拔除。樁體拔除時，采取使樁身振搗1～2 min的手段，待周邊土層土壤液化后，再進行提升振動錘拔除樁身，拔樁力成比例逐漸提升，謹防突然增加。拔樁的各項技術參數需經項目現場試拔樁確認、調整。

9 嵌巖鋼平臺拆除

1）平臺拆除。平臺重350 t（不含輔助樁），采用600 t起重船拎著平臺，將平臺與輔助樁加勁板割除，起吊平臺至運輸駁船上（圖3）。

圖3 平臺拆除示意

2）輔助樁拔除。平臺吊至運輸駁船后，采用振動錘配合600 t起重船將輔助樁逐根拔除（圖4）。

圖4 輔助樁拔除示意

拔樁時，由于樁身已在土層中有一定的時間，必須讓樁身振動1～2 min，使周圍土壤液化后，再開始提升振動錘拔樁，拔樁力必須逐漸增加，防止突然增加。拔樁的各項技術參數需經現場試拔樁確認、調整。

10 結語

植入式嵌巖樁關鍵技術在該工程中的成功應用，使得外海風電場高樁承臺基礎施工達到以下預期的效果。

1）解決了復雜地質條件下覆蓋層較淺、無法穩樁施工的難題。

2）從氣舉反循環鉆機就位、鉆孔、清孔、植入鋼管樁、澆筑封底混凝土、灌漿施工、拔除鋼護筒，到灌注填芯混凝土，在惡劣的水文地質環境下，確保了各施工環節質量受控。