海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)防沖刷拋石施工技術(shù)

1、海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)防沖刷拋石施工技術(shù)摘要：對(duì)于單樁式海上風(fēng)機(jī)，部分機(jī)位單樁防沖刷保護(hù)采用拋填級(jí)配塊石及碎 石的方式，拋石的最終目的為沖刷保護(hù)完成后，樁周土體不被水流掏空，沖刷坑 的范圍、深度不再增加，鋼管樁不會(huì)因樁周土體流失或其他非運(yùn)行載荷而導(dǎo)致傾 斜。本文以廣東某海上風(fēng)電項(xiàng)目為例，較全面地闡述了海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)防沖刷 的拋石施工方案，對(duì)類似工程具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；單樁式基礎(chǔ)；拋石施工技術(shù)一、工程概況廣東某海上風(fēng)電項(xiàng)目場址，位于湛江市徐聞縣新寮島及外羅以東的近海區(qū)域。 項(xiàng)目規(guī)劃面積約29km2,場址距離西側(cè)徐聞縣陸域的最近距離10km，最遠(yuǎn)距離 約17.5km。場址位置見圖1，

2、共布置36臺(tái)容量為5.5MW抗臺(tái)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，裝 機(jī)容量為198MW，基礎(chǔ)形式均為無過渡段單樁結(jié)構(gòu)；風(fēng)電場配套建設(shè)一個(gè)陸上 集控中心，1座220kV海上升壓站，8組35kV場內(nèi)集電海纜進(jìn)入升壓站，升壓后 通過220kV海底電纜登陸接入陸上集控中心，然后以220kV架空線路接入聞濤變 電站，線路長度約30km。二、自然條件風(fēng)電場所處海域潮汐現(xiàn)象主要是太平洋潮波經(jīng)巴士海峽和巴林塘海峽進(jìn)入南 海后形成的。以湛江港潮位站和硇洲島潮位站以往資料，以及本次全潮觀測所設(shè) 臨時(shí)潮位站資料，工程附近海域潮性系數(shù)在0.881.04之間，屬于不正規(guī)半日潮， 其特征是一太陰日有兩次高潮和兩次低潮。由于受地形的影響，外

3、海潮波從灣口 進(jìn)入灣內(nèi)后發(fā)生變形，高潮位逐漸增高，低潮位逐漸降低，潮差也逐漸增大。本 項(xiàng)目工程區(qū)理論最低潮面在1985年國家高程基準(zhǔn)下1.488m。風(fēng)電場所處海域全年的波浪以風(fēng)浪為主，年風(fēng)浪頻率達(dá)90%，受季風(fēng)的影響， 最多風(fēng)浪向?yàn)镋NE和E，頻率分別為22%和17%。5月和8月為偏SE向，10月至 次年3月為ENE向，4月和9月則為E向，受熱帶風(fēng)暴的影響，往往出現(xiàn)巨大的 波浪。風(fēng)電場區(qū)域無長期測波資料，硇洲島海洋站位于硇洲島東部約-10m水深處， 該站所處位置相對(duì)較為開敞，對(duì)工程海域具有較好的代表性。根據(jù)硇州島海洋站 19601979年實(shí)測波浪資料統(tǒng)計(jì)，年平均波高H1/10=0.9m，平均波

4、高的年變化 受季風(fēng)影響，5月和8月的平均波高較小，為0.7m0.8m，10月至次年3月的平 均波高較大，為1.0m1.2m，平均波高11月最大為1.2m。年最大波高一般出現(xiàn) 于熱帶氣旋影響較多的月份，以10月居多，占30%，7月至9月次之，占15% 20%。波浪玫瑰圖如圖1所示。圖1硇洲島海洋站波浪玫瑰圖（20022004年）通過全潮水文測驗(yàn)和數(shù)值模型計(jì)算分析，工程海域潮位和潮流之間存在著一 定的相位差，工程海域潮波屬以前進(jìn)波為主的混合潮波。工程區(qū)全潮平均流速在 0.60.8m/s之間，最大流速大多在0.81.5m/s之間，個(gè)別位置最大流速可達(dá) 2.1m/s。工程附近海域潮流，深槽內(nèi)潮流具有明

5、顯的往復(fù)性，淺灘上潮流具有明 顯逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)流特性。漲潮時(shí)間要略大于落潮時(shí)間，且漲潮流速要大于落潮。場址距離西側(cè)徐聞縣陸域的最近距離約6.8km，最遠(yuǎn)距離約17.5km，海底地 貌屬于水下淺灘、水下岸坡地貌單元，有部分沙洲，水下地形較平坦，海底泥面 標(biāo)高一般為-1m-10m，范圍變化較廣。鋼管樁拋石施工技術(shù)迄今為止，國內(nèi)外關(guān)于自然水流對(duì)橋墩、防波堤、護(hù)岸、大壩等結(jié)構(gòu)的沖刷 研究開展較多，并取得了一定的研究成果1-4。根據(jù)項(xiàng)目施工要求，部分機(jī)位單樁防沖刷保護(hù)采用拋填級(jí)配塊石及碎石的方 式進(jìn)行，拋石的最終目的為沖刷保護(hù)完成后，樁周土體不被水流掏空，沖刷坑的 范圍、深度不再增加，鋼管樁不會(huì)因樁周土體流

6、失或其他非運(yùn)行載荷而導(dǎo)致傾斜。機(jī)位沉樁施工完成后，因波浪與海流作用形成的沖刷坑大小及形態(tài)各異，因 此拋石前需要對(duì)樁基周圍泥面沖刷情況進(jìn)行復(fù)測，并拋填級(jí)配塊石及碎石進(jìn)行防 沖刷保護(hù)。拋石前，要求所拋級(jí)配石級(jí)配良好，中值粒徑為150mm，單個(gè)塊石 粒徑最大不超過250mm，所拋碎石粒徑為60mm。拋石范圍初定為810m，最終 按照打樁后沖刷形成的沖刷范圍確定，且最小拋石范圍不小于8m。級(jí)配塊石材料通過運(yùn)輸船運(yùn)至風(fēng)場附近后，通過總包、監(jiān)理、業(yè)主的驗(yàn)收確 認(rèn)，并隨即發(fā)運(yùn)至海上已沉設(shè)好的機(jī)位。級(jí)配塊石運(yùn)輸船開航至預(yù)拋填機(jī)位附近100m左右時(shí)開始拋錨，并確認(rèn)前后 錨纜穩(wěn)定后趁平潮靠泊機(jī)位，在船舶與機(jī)位之間

7、帶纜固定。定位完成后，利用塊 石運(yùn)輸船甲板上的挖掘機(jī)進(jìn)行塊石的拋填，同時(shí)注意拋填時(shí)通過絞錨沿樁周圍拋， 確保樁基周圍的拋石均勻性。根據(jù)提前測量的結(jié)果初步判定塊石量滿足要求后， 第二航次進(jìn)行碎石的拋填，拋填要求與塊石相同。拋石時(shí)要確保拋石通暢，拋填 方向與潮流主向一致，拋填塊石后需檢測拋石厚度。圖2塊石量方施工時(shí)可采用GPS定位，由潛水員下水配合測掃抽查拋石鋪設(shè)質(zhì)量。施工期 應(yīng)調(diào)查施工期潮流和波浪強(qiáng)度及方向，做好相應(yīng)的施工措施及安全防護(hù)工作，保 障拋石順利鋪設(shè)到位，并盡量減少拋石的孔隙率。施工過程中控制拋石速度，盡 量降低拋石高度，避免拋石時(shí)對(duì)樁身油漆涂料及犧牲陽極系統(tǒng)造成損傷。施工時(shí) 應(yīng)注意電

8、纜J型管及海纜路徑位置，以方便拋石完成后敷設(shè)海纜。防沖刷保護(hù)拋 石完成，單樁經(jīng)歷第一次臺(tái)風(fēng)后，對(duì)海床拋石情況進(jìn)行檢測，塊石、碎石在臺(tái)風(fēng) 后有影響需拋石的地方進(jìn)行補(bǔ)拋。圖3塊石拋石拋石施工安全措施安全生產(chǎn)是一切施工的前提條件，在施工過程中，需始終貫徹安全第一， 預(yù)防為主的方針，建立安全生產(chǎn)管理體系和保證措施。設(shè)置安全機(jī)構(gòu)，配備專職安全負(fù)責(zé)人專門管理安全生產(chǎn)，按工程施工投入總 人數(shù)的一定比例，配備專職安全員，并組織崗前培訓(xùn)持證上崗。在施工期間，現(xiàn) 場科學(xué)管理要求及現(xiàn)場施工需要進(jìn)行布置。施工完工后，迅速清除運(yùn)走所有裝備 和剩余材料、垃圾和臨時(shí)設(shè)施，做到工完、料盡、場地清。根據(jù)本工程進(jìn)度計(jì)劃， 制定施工船舶調(diào)遣預(yù)案，合理組織調(diào)遣。船舶、機(jī)械操作及維修人員提前檢修、 調(diào)試施工機(jī)械設(shè)備，檢測人員檢校儀器設(shè)備，確保施工船舶、機(jī)械、儀器設(shè)備等 能隨時(shí)調(diào)用，正常運(yùn)轉(zhuǎn)。我司擬根據(jù)工程需要配備相應(yīng)施工船，可以滿足施工要 求。此外，投入多艘運(yùn)輸船舶，以及其他輔助船舶，完全滿足工程進(jìn)度需求。結(jié)語本文根據(jù)現(xiàn)場施工情況，介紹了部分機(jī)位的防沖刷保護(hù)的拋石施工方案的過 程、要求、注意事項(xiàng)和安全措施，對(duì)相關(guān)海上工程有一定的指導(dǎo)性作用。參考文獻(xiàn)王濤,劉興年，黃爾.卵石河床清水沖刷粗化層破壞臨界條件試驗(yàn)研究J.四 川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版)，2008(4).