李愛美，項(xiàng)建強(qiáng)，周興政

（福清海峽發(fā)電有限公司，福建 福州 350322）

1 工程概況

福清興化灣海上風(fēng)電場二期項(xiàng)目，位于福建省福清市江陰半島東南側(cè)和牛頭尾西北側(cè)，場區(qū)位于福清市南部興化灣海域內(nèi)，場址泥面高程-28～-3m，中心離岸距離約4.7km，面積約18.5km2。該工程基礎(chǔ)形式主要為斜樁（6∶1）高樁承臺；承臺直徑15.6～18m，鋼管樁樁徑1.9～2.1m，樁厚28mm[1]。規(guī)劃裝機(jī)容量280MW，安裝10臺5MW，32臺6.XMW，2臺8MW，1臺10MW。

2 興化灣地質(zhì)情況分析

福建海域廣泛有花崗巖分布，花崗巖屬于特殊性巖土，地層巖性復(fù)雜多變[2]。興化灣海上風(fēng)電場場區(qū)海底地形起伏、局部有深槽、暗礁，覆蓋層厚度以及巖面、變化起伏大，局部有孤石分布，尤其是花崗巖的球狀風(fēng)化具有不均勻性、離散性、差異性、突變性，給工程建設(shè)增加了一定的難度[3]。風(fēng)機(jī)位自海床面以下最大鉆探深度60.00m，根據(jù)巖土層按其成因類型、地質(zhì)時(shí)代及巖土性質(zhì)差異共分成7個(gè)大層，部分土層因土性特征差異又細(xì)分若干個(gè)亞層[4]。主要地層情況如下：

（1）第四系全新統(tǒng)地層（Q4）。①1層淤泥：灰色，飽和，土質(zhì)不均勻，場址區(qū)分布較廣泛，大致分布在-9.99～-26.10m，標(biāo)貫擊數(shù)N=1.7；①2層淤泥混砂：灰色，飽和，土質(zhì)不均勻，高等壓縮性，場址區(qū)普遍分布，大致分布在-6.79～-29.65m，標(biāo)貫擊數(shù)N=2.0～6.1；②2層中砂：灰～灰黃色，飽和，稍密～中密狀，土質(zhì)不均勻，高等壓縮性，層薄且只存在個(gè)別機(jī)位附近；③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色，飽和，土質(zhì)不均勻，高等壓縮性，層薄且只存在個(gè)別機(jī)位附近；④1層粉質(zhì)黏土：局部為黏土，灰黃～黃褐色，飽和，局部土質(zhì)不均勻，中等壓縮性，分布不均，大致分布在-11.24～-31.72m,標(biāo)貫技術(shù)13.2-23.9；⑤層黏土或淤泥質(zhì)黏土：灰色，飽和，土體整體較均勻，高等壓縮性，層薄且只存在個(gè)別機(jī)位附近。

（2）第四系上更新統(tǒng)地層（Q3）。⑦1層中砂：局部為含礫中粗砂，灰～淺灰色，飽和，以中密狀為主，分布不均，大致分布在-11.06～-36.12m，標(biāo)貫擊數(shù)N=6.2～40.8；⑦2層中粗砂：灰～灰黃色，飽和，中密～密實(shí)狀，分布不均，大致分布在-13.90～-39.45m,標(biāo)貫擊數(shù)N=21.0-50.1；⑦3層礫砂：灰黃～棕黃色，飽和，密實(shí)狀，分布不均，地層較單薄。在-37.05～-40.36mm，標(biāo)貫擊數(shù)N=48～61；⑦4層粉質(zhì)黏土：灰～淺灰色，飽和，分布不均，大致分布在-11.24～-31.72m，標(biāo)貫擊數(shù)N=13.2～23.9。

（3）燕山早期侵入巖（γ52（3）c）。⑨1層全風(fēng)化花崗巖：灰黃～灰白色，中密～密實(shí)，分布不均，大致分布在-18.91～-47.05m，標(biāo)貫擊數(shù)N=26.6～45.8；⑨2層散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：灰黃色，原巖結(jié)構(gòu)基本可見，遇水有軟化崩解現(xiàn)象，偶夾強(qiáng)度較高、直徑1.0～5.0cm的巖塊，大致分布在-14.80～-44.51m，標(biāo)貫擊數(shù)N=68.4～109.4；⑨3層碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：灰黃色，原巖結(jié)構(gòu)可見，大致分布在-17.55～-70.70m，標(biāo)貫擊數(shù)N=179.8～295.8；⑨4層中～微風(fēng)化花崗巖：灰白色，原巖結(jié)構(gòu)清晰可見，巖體完整層頂高程-26.16～-54.53m，動力觸探N≥50.1。

根據(jù)上述工程概況和地質(zhì)情況分析可知，福清興化海上風(fēng)電鋼管樁沉樁與其他海域不同，無相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)借鑒[5]。該工程多數(shù)鋼管樁沉樁時(shí)需要穿過散體狀、碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等堅(jiān)硬地質(zhì)層，地質(zhì)條件復(fù)雜，鋼管樁沉樁過程中易遇孤石和地層突變。如何根據(jù)現(xiàn)狀減少或者避免沉樁過程中的鋼管樁卷邊和塌孔并采取控制措施，確保工程質(zhì)量是本文要研究解決的問題。

3 興化灣沉樁施工分析

3.1 沉樁施工工藝

該工程采用了穩(wěn)定性好的打樁船（船體尺寸長寬高分別為71.73m×27.0m×5.2m，樁架高95m,單鉤吊重能力120t，滿載吃水2.7m）以及最大打擊能量可達(dá)800kJ的IHC S-800型液壓打樁錘，有效保證了該工程6∶1斜樁以及樁位準(zhǔn)確率高的要求。沉樁施工工藝流程如圖1所示。

圖1 鋼管樁沉樁工藝流程

3.2 沉樁情況

目前已沉樁施工220根，40根打入摩擦樁，180根嵌巖灌注樁，基本情況如表1所示。

表1 興化灣沉樁情況統(tǒng)計(jì)

從表1設(shè)計(jì)標(biāo)高與實(shí)際沉樁標(biāo)高的差值可以分析出，興化灣海域因?yàn)榈刭|(zhì)復(fù)雜，沉樁存在達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高的。

沉樁初期，遇到4根樁發(fā)生0.2～2m的癟樁卷邊，6根出現(xiàn)輕微的卷邊，出現(xiàn)癟樁的樁基最終貫入度都在2mm/擊。以樁55-6癟樁情況分析，樁55-6位于勘察鉆孔55-2西側(cè)，參考地質(zhì)剖面，在高程-36.43m位置巖性為散體狀花崗巖，從樁尖進(jìn)入高程-36.11m開始，錘擊貫入度基本在1-2mm/擊，說明樁尖處風(fēng)化巖體密實(shí)度較高，錘擊困難造成了樁55-6樁端癟樁。對比分析可知，該風(fēng)機(jī)處樁基沉樁與地質(zhì)勘察成果地層劃分的分層界線基本吻合，局部存在碎裂狀花崗巖層面起伏。

沉樁過程遇到5根樁樁位塌孔，經(jīng)總結(jié)分析，出現(xiàn)塌孔機(jī)位地層分布規(guī)律均為散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖以下，即為中風(fēng)化花崗巖，或者散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和中風(fēng)化花崗巖之間只有非常薄的碎裂狀花崗巖。樁基嵌巖段在嵌巖成孔過程中快速穿過散體狀強(qiáng)風(fēng)化，進(jìn)入強(qiáng)度較大的中風(fēng)化，嵌巖鉆進(jìn)的速度就會大大降低，且沉渣摩擦對孔壁的影響較大，造成孔壁塌孔。

這些問題的出現(xiàn)對工程工期、質(zhì)量、效益等均會造成較大損失。

4 沉樁質(zhì)量控制方法

因地質(zhì)勘察鉆孔無法完全代表樁位地質(zhì)情況，加之地質(zhì)復(fù)雜，并不能完全反映樁位地質(zhì)變化，需根據(jù)地質(zhì)編錄、巖芯照片、標(biāo)貫擊數(shù)（或動力觸探擊數(shù)）、沉樁、鉆孔等綜合手段判斷實(shí)際地質(zhì)情況，當(dāng)與原設(shè)計(jì)存在差異時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整。沉樁停錘控制根據(jù)樁基礎(chǔ)分為兩種，打入式樁基礎(chǔ)和嵌巖樁基礎(chǔ)。停錘控制措施如下：

打入式樁基礎(chǔ)沉樁停錘以沉樁實(shí)際樁底標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高控制為主，貫入度作為參考。最后3陣貫入度≤3mm/擊，在厚度超過10m的散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中，液壓錘錘擊能量達(dá)到550kJ后出現(xiàn)沉樁困難無法達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高時(shí)，可繼續(xù)逐級加載錘擊能量至700kJ，當(dāng)液壓錘錘擊能量逐級加載至最大能量700kJ后，貫入度如果＞5mm/擊，保持正常連續(xù)錘擊沉樁直至貫入度降低到最后3陣3mm/擊時(shí)停錘。

嵌巖樁基礎(chǔ)沉樁停錘以貫入度控制為主，一機(jī)一研判。分析各機(jī)位詳細(xì)地質(zhì)勘察資料，提前籌劃必要的處理措施。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際沉樁進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，尤其是鋼管樁在沉樁至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后，如果貫入度≥5mm/擊，需在嵌巖樁鉆孔出樁尖后采取防塌孔措施。最大錘擊能量控制在550kJ以內(nèi)，錘擊能量每級加載后，如果貫入度比較上一級錘擊能量對應(yīng)的貫入度有增大，則保持正常錘擊沉樁直至貫入度再次降低到5mm/擊時(shí)，繼續(xù)逐級加載錘擊能量進(jìn)行鋼管樁沉樁。如果貫入度比上一級錘擊能量對應(yīng)的貫入度降低，分以下兩種情況控制停錘控制標(biāo)準(zhǔn)：

（1）如果貫入度還有5～6mm/擊，繼續(xù)錘擊直至貫入度降低到最后3陣4mm/擊或3mm/擊停錘。

（2）如果貫入度只有4mm/擊或3mm/擊，則通過最后3陣錘擊驗(yàn)證貫入度；貫入度仍為4mm/擊或3mm/擊，則停錘。

5 沉樁問題處理方法

5.1 卷邊處理方法

在鋼管樁沉樁過程中，鋼管樁樁尖在散體狀花崗巖和碎裂狀花崗巖交界面處因受力不均易發(fā)生卷曲變形。當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼管樁卷邊后，首先把孔內(nèi)泥漿置換成清水，保證孔內(nèi)外水壓差一致，然后利用潛水員探明卷邊位置，采用水下切割技術(shù)對卷邊的鋼管進(jìn)行切除。

5.2 塌孔處理辦法

塌孔主要有三種處理方式：

（1）泥漿固壁。在松散砂層中鉆進(jìn)時(shí)要嚴(yán)格控制進(jìn)尺，投入黏土膏，卵石等擠入孔壁起護(hù)壁作用；發(fā)生孔口坍塌時(shí)，拔出護(hù)筒用黏土回填，重新埋設(shè)再鉆；發(fā)生孔內(nèi)坍塌時(shí)，判明其位置，用砂和黏土回填到孔處以上1～2m，待沉積物密實(shí)后再鉆。

（2）加快清渣。嵌巖鉆進(jìn)的過程中，孔內(nèi)沉渣不斷的摩擦擾動對孔壁的穩(wěn)固性有影響，加快清渣可減少擾動，對孔壁起到保護(hù)作用。

（3）再次沉樁。可采取復(fù)打沉樁，尤其是未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁位，二次沉樁可有效加固孔壁并防止塌孔。

6 結(jié)束語

海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)為高聳構(gòu)筑物，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)重心高，需要承受較大的水平荷載和抗傾覆力矩，對基礎(chǔ)要求高。本文研究了如何在地質(zhì)復(fù)雜的興化灣海域?qū)⒋笾睆戒摴軜冻翗兜轿?，使之符合設(shè)計(jì)要求，仔細(xì)分析了每個(gè)機(jī)位的地質(zhì)情況以及沉樁到不同地層采取不同的工藝和設(shè)備，提出了如何預(yù)防復(fù)雜地質(zhì)可能會帶來的問題以及可采取的措施，確保風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)沉樁質(zhì)量。