中能突破海上风电大直径嵌岩施工技术难关

      近日，由龙源中能公司提供技术支持的福建龙源南日海上项目顺利完成世界首根“植入式”嵌岩单桩基础施工，标志着我国海上风电“大直径”嵌岩单桩技术实现零突破，海上风电的规模化开发迈入新征程。

　　务实创新，巧解施工难题

　　“如果把这儿的海水抽干，海底剩下的就是绵延起伏的高山。”这是福建南日海上风电项目的建设者们对当地海域复杂地质条件的形象描述。南日项目共安装100台单机容量为4兆瓦的海上风电机组，是国内一次性核准单体项目容量最大的近海风电项目。该项目所在海域海底地质多为硬度高、埋藏浅的花岗岩，还存在大量沉船、水管、海缆等障碍物，这给微观选址、基础选型和工程施工带来了很大困难。因此，尽管福建海域被誉为风能资源的“天府之地”，但也一直被视作我国海上风电开发最难“啃”的一块“硬骨头”。作为南日海上风电项目的主要技术支持单位，龙源中能公司勇挑重担，承担了该项目风电机组基础施工工艺的技术攻关工作，第一时间联合龙源福建公司成立了专项课题组，抽调精干力量深入勘测地质条件，开展岩基海床风机基础施工工艺研究与实施工作。

　　自2015年起，中能公司全面分析了国内外海洋工程领域各项规范和文献资料，陆续开展了“复杂海洋地质勘探方法研究”“岩基海床风机基础选型及施工工艺研究”等课题，经过不断求证和科学筛选，制定了“地质钻孔结合中浅剖”的地勘方案，并综合采用侧扫声呐、磁力仪、管线仪等物探手段辅助进行海底地质勘测。经充分勘察发现，南日项目一期规划建设的100台风机中，近1/3的机位位于岩基裸露或覆盖层不足10米的海域，桩基沉入后难以自稳；同时项目所采用的单桩直径达5.5-6.5米、桩重超过400吨，属超大直径桩基，将如此“庞然大物”植入到抗压强度超过130MPa的花岗岩海底，施工难度在我国海上风电史上前所未有。

　　方向决定道路，创新引领突破。面对施工难题，公司海上技术团队没有闷头苦干，而是充分结合南日海域地质特点，积极学习借鉴欧洲波尼亚湾等海上风电项目成功开发经验，深入调研福建平潭海峡跨海大桥、洋山港码头、厦门港码头等海上桩基施工工艺，经过半年的不断探索和模拟论证，创新提出了“挖孔-植桩-灌浆”的“植入式”大直径单桩施工方案，即通过先钻孔、再吊放钢管桩、最后灌浆浇筑的方式，像植树一样“栽种”单桩。

　　装备先行，奠定施工基础

　　“工欲善其事，必先利其器”。当时，国内的钻机装备无法满足南日项目“大直径”钻孔施工要求，国外更是对该项技术实施封锁，桩基施工再次陷入困境。随着“中国制造2025”的大力实施，国产钻机制造工艺和施工能力显著提升，这犹如一针强心剂，中能公司和龙源福建公司看到了成功的希望。他们联合华东勘测设计研究院、龙源振华、中国船级社等单位，在深入调研国内钻机厂家生产能力和制造工艺的基础上，一致决定自主研发、制造一台大功率嵌岩钻机，以满足钻孔施工要求。中能公司海上风电团队通过详细研究国外钻机施工能力和南日海域地质情况，提供了科学合理的钻探硬度和直径等重要设计参数，并帮助优化了钻孔效率和扩孔等功能。经过2年的研发，成功打造了目前国内最先进的ZDZD-100钻机，钻孔直径可达6.5米、钻岩强度可达200MPa，填补了我国岩基地质大直径钻孔设备的空白。

　　单桩基础所在位置的强风化花岗岩覆盖层较薄，桩基无法直接打入，钻机也无法直接借助桩基稳定开展钻孔作业。为此，公司创新提出采用稳桩平台支撑钻机作业，并联合设计和施工单位设计了套筒式、四桩平台、六桩平台3种方案，通过对平台强度、刚度、稳定性的建模分析和反复论证，确定了选用稳定性最佳的六桩平台以保证钻孔垂直度。该平台配备有液压系统，支持钻孔垂直度微调，并能够承受12级台风。2017年5月，平台在龙源振华南通基地一次性通过下水安装、调平及液压控制系统模拟预演试验，至此，嵌岩钻机和支撑平台两大关键设备研制成功，彻底解决了南日海域基岩大直径钻孔难题，为项目大直径植入式单桩的成功实施奠定了坚实基础。

　　乘风破浪，铸就“定海神针”

　　2017年8月27日6时，南日海面金光四射、平静如屏，龙源振华贰号800吨施工船载着稳桩平台和嵌岩钻机，向南日项目A19号机位徐徐驶去，单桩施工正式启动。此时我国东南沿海正值台风季，台风“古超”正在向南日岛步步逼近，施工海域潮流变化巨大，天气反复无常，经常清晨还是艳阳高照，中午就突降暴雨，平均每天有效工作时间不足4个小时。为充分应对台风考验，中能公司联合龙源福建公司制定了详细的防台风策略和应急预案，对人员和船舶的撤离进行了演练；同时根据潮水变化规律和天气情况，提前安排施工作业，充分利用零星的施工窗口与时间赛跑，在保证施工安全的前提下，全力抢抓工期。10月23日，经过各方连续2个月的不懈努力，福建南日海上风电项目首根大直径“植入式”嵌岩单桩圆满完成施工，实现了世界海上风电领域“植入式”嵌岩单桩施工实现零的突破，填补了世界海上风电多项施工技术空白。

　　“这么大的桩基被牢牢植入到如此深的海底，毫不夸张的说，这就是南日海域的一根定海神针。”项目建设者小孙的骄傲来地不无道理：该单桩桩基直径5.5米、桩长44.5米、重达420吨，所处位置散体状覆盖层仅有3.2米、嵌岩深度达20米，桩身垂直度控制在千分之零点六，远远高于千分之三的设计要求，是迄今为止我国海上风电领域嵌岩最深、直径最大、垂直度最高的桩基。

　　“植入式”嵌岩单桩基础的顺利实施，不仅是我国嵌岩单桩施工装备和技术的一次重大跨越，更为我国近海风电实现规模化开发奠定了坚实基础。站在新的历史起点，公司全体员工将以此次海上风电技术突破为契机，以更加饱满的激情、更加昂扬的斗志，谱写海上风电技术创新的新篇章，为集团公司海上风电健康发展持续保驾护航。