[發(fā)明專利]大直徑海上風電嵌巖單樁開挖方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010528960.0
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111705833B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 盧文波;陳明;李康貴;王高輝;嚴鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學
• 主分類號: E02D27/52
• 分類號: E02D27/52;E02D27/12;E02D5/34
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 艾小倩

本發(fā)明公開了一種大直徑海上風電嵌巖單樁開挖方法，包括如下步驟：沉放導井護筒；采用石油鉆機通過導井護筒開挖導井；采用地質(zhì)鉆鉆設2～3圈主爆孔和1圈輪廓爆破孔，下放套管護孔；安裝專用CO₂相變膨脹致裂管，主爆孔內(nèi)分段安裝，輪廓爆破孔內(nèi)連續(xù)安裝；連接爆破網(wǎng)路；下放嵌巖單樁鋼護筒；吸除導井護筒與嵌巖單樁鋼護筒之間的淤泥和風化砂；拔出導井護筒和鉆孔套管；水下清渣；灌注混凝土形成嵌巖單樁基礎(chǔ)。本發(fā)明將導井機械開挖和CO₂膨脹破巖擴挖相結(jié)合，突破利用2～4m直徑石油鉆機和普通地質(zhì)鉆機完成8～10m及以上直徑海上嵌巖單樁基礎(chǔ)開挖技術(shù)難題，CO₂相變產(chǎn)生的膨脹壓力可控，爆炸沖擊波和振動速度小，經(jīng)濟環(huán)保。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工程爆破技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大直徑海上風電嵌巖單樁開挖方法。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對能源尤其是清潔能源的需求越來越大。海上風力發(fā)電具有風速大、有效發(fā)電時間長、不占用陸地等優(yōu)點，非常適合大規(guī)模開發(fā)，而我國海岸線漫長、海上風能資源豐富，給海上風力發(fā)電提供了有利的先天條件。海上風電場風機基礎(chǔ)主要有大直徑嵌巖單樁基礎(chǔ)、群樁嵌巖基礎(chǔ)、吸力筒式基礎(chǔ)和重力式基礎(chǔ)等型式，其中大直徑嵌巖單樁基礎(chǔ)以其施工簡便、結(jié)構(gòu)型式簡單占據(jù)優(yōu)勢，但由于海上無風施工窗口期短、大直徑鉆機難以及時就位等問題，大直徑嵌巖單樁基礎(chǔ)的應用受到了限制。

為了使大直徑嵌巖單樁基礎(chǔ)安全可靠地在巖基海床中應用，目前出現(xiàn)的技術(shù)方案主要有以下三種，其一是“沉樁-鉆孔-沉樁”方案，即在首次沉樁后進行鉆孔施工，然后進行二次沉樁，如CN 106088140 A、CN 104032765 A公開的嵌巖單樁基礎(chǔ)施工工藝；其二是“沉樁-鉆孔-灌漿”方案，即先行沉樁到設定深度后進行鉆孔施工，然后灌注高強灌漿體或海工混凝土，加強鋼管單樁嵌固在巖基海床中的牢固度，提高水平承載力和抗傾覆能力，如CN106759449 A、CN 105862905 A、CN 110241731 A公開的嵌巖單樁基礎(chǔ)施工工藝；其三是“鉆孔-灌漿-錨固”方案，即在鋼管單樁內(nèi)鉆孔，澆筑混凝土形成灌注樁，在灌注樁中插入錨桿，錨桿嵌固于中、弱風化巖中，進一步提高嵌巖單樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，減少嵌巖施工風險，如CN 105297765 A公開的復合式嵌巖單樁基礎(chǔ)施工工藝。前兩種方案依賴于大直徑鉆機，施工成本較高；第三種方案施工程序復雜，操作不便，而且淺海海上風電場的巖基以強、中風化層為主，不必要使用錨桿插入中、弱風化巖。為了簡化水下樁基的開挖程序，提高施工效率，需要提出一種新的水下樁基開挖方法，服務于海上風電場建設。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種大直徑海上風電嵌巖單樁開挖方法，可用于海上風電場、跨海橋梁等工程的水下樁基開挖施工中，以有效解決海上風電場建設中大直徑海上嵌巖單樁基礎(chǔ)開挖技術(shù)難題，提高施工效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的大直徑海上風電嵌巖單樁開挖方法，采用石油鉆機機械開挖和CO₂膨脹破巖擴挖相結(jié)合，石油鉆機直徑為2.0～4.0m，開挖的導井直徑為1.2～3.0m，導井超深達到0.10～0.15倍樁基深度，包括如下步驟：

1)沉放導井護筒至指定深度；2)調(diào)整石油鉆機工作平臺的位置，通過導井護筒開挖導井至設計深度；3)采用地質(zhì)鉆鉆機，在導井外圍鉆設2～3圈主爆孔和1圈輪廓爆破孔，然后下放套管護孔；4)在主爆孔套管內(nèi)分段安裝專用CO₂相變膨脹致裂管并做好隔斷堵塞，在輪廓爆破孔套管內(nèi)連續(xù)安裝專用CO₂相變膨脹致裂管；5)連接爆破網(wǎng)路，主爆孔自上而下對稱起爆，輪廓爆破孔同時起爆；6)下放嵌巖單樁鋼護筒；7)吸除導井護筒與嵌巖單樁鋼護筒之間的覆蓋層淤泥和風化砂；8)拔出導井護筒和鉆孔套管；9)使用水下清渣設備抓渣；10)灌注混凝土形成嵌巖單樁基礎(chǔ)。

作為優(yōu)選方案，所述步驟3)中導井中心線、主爆孔和輪廓爆破孔中心線共線。