成果簡(jiǎn)介科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)
海上風(fēng)電工程水下擠密砂樁復(fù)合地基應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究（科技獎(jiǎng)2022）
海上風(fēng)電工程水下擠密砂樁復(fù)合地基
應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究
主要完成單位：中交第三航務(wù)工程局有限公司、中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門(mén)分公司、
中交第三航務(wù)工程局有限公司江蘇分公司、中交上海港灣工程 設(shè)計(jì)研究院有限公司
1、項(xiàng)目基本情況
該項(xiàng)目提出了適用于海上重力式風(fēng)電基礎(chǔ)擠密砂樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算方法；研發(fā)了一種適用于動(dòng)力三軸試驗(yàn)中擠密砂樁樁土復(fù)合試樣的制樣裝置與制備方法，通過(guò)試驗(yàn)得出了擠密砂樁復(fù)合地基在循環(huán)荷載作用下的動(dòng)力特性變化規(guī)律；通過(guò)對(duì)典型的擠密砂樁船的耐波性分析，提出了一種基于Pearson相關(guān)性分析的砂樁船可作業(yè)波高條件的研究方法；設(shè)計(jì)研制了水下擠密砂樁動(dòng)端阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到了控制砂樁的施工質(zhì)量的目的；完成了深水水下載荷板試驗(yàn)平臺(tái)和加載系統(tǒng)的研制；通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和實(shí)際工程應(yīng)用，驗(yàn)證了擠密砂樁加固技術(shù)在重力式基礎(chǔ)和單樁基礎(chǔ)的適用性和可靠性。
2、技術(shù)難點(diǎn)和特點(diǎn)
海上風(fēng)電基礎(chǔ)的特點(diǎn)是長(zhǎng)期處于動(dòng)力荷載作用，而以往的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中通常未能準(zhǔn)確考慮地基在動(dòng)力荷載作用下強(qiáng)度和剛度的變化，并且海上風(fēng)電工程通常需要面臨大水深、大風(fēng)浪的嚴(yán)苛施工條件。為此，該項(xiàng)目首先從機(jī)理出發(fā)研究了擠密砂樁復(fù)合地基的動(dòng)力特性，開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)水下載荷板試驗(yàn)獲得了水下擠密砂樁加固海上風(fēng)電基礎(chǔ)地基的加固效果，研制了水下擠密砂樁動(dòng)端阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保證了擠密砂樁的施工質(zhì)量。
3.主要成果和創(chuàng)新點(diǎn)
（1）研制了適用于動(dòng)力三軸試驗(yàn)中擠密砂樁樁土復(fù)合試樣的制樣裝置與制備方法，揭示了循環(huán)荷載作用下復(fù)合試樣的變形和強(qiáng)度特性，提出了動(dòng)荷載作用下擠密砂樁復(fù)合地基的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方法。
（2）研制了成樁動(dòng)端阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，首次建立了水下擠密砂樁動(dòng)端阻力值與標(biāo)貫值之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了惡劣海況下水下擠密砂樁樁體質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
（3）研制了惡劣海況下水下載荷板試驗(yàn)平臺(tái)和加載系統(tǒng)，首次在海上風(fēng)電領(lǐng)域完成了水下擠密砂樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，得到了水下擠密砂樁復(fù)合地基承載力特征值與沉降曲線。
4、成果應(yīng)用
2018年7月至2018年11月，三峽廣東汕頭市南澳洋東海上風(fēng)電項(xiàng)目試樁工程，地基采用水下擠密砂樁進(jìn)行加固，樁徑1.6m，樁間距1.8m，正方形布置，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為11.6m，置換率為62%，總計(jì)100根擠密砂樁。
2019年4月至2019年6月，三峽新能源大連市莊河Ⅲ（300MW）海上風(fēng)電項(xiàng)目的12#和20#風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)周邊20m范圍采用水下擠密砂樁加固。加固區(qū)域平均水深20m左右，砂樁成正方形布置，間距1.8m，樁徑1.6m，置換率62%。
5、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益
（1）對(duì)南澳洋東海上風(fēng)電試樁工程中的水下擠密砂樁進(jìn)行了動(dòng)端阻力實(shí)時(shí)測(cè)試，并且對(duì)已完成打設(shè)狀態(tài)的水下擠密砂樁開(kāi)展了標(biāo)貫試驗(yàn)。提出了南澳洋東地區(qū)水下擠密砂樁動(dòng)端阻力值與成樁后標(biāo)貫值之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式，為擠密砂樁打設(shè)后的樁體強(qiáng)度評(píng)估提供了依據(jù)。該項(xiàng)研究成果應(yīng)用于三峽廣東汕頭市南澳洋東海上風(fēng)電項(xiàng)目試樁工程，工程產(chǎn)值約1612萬(wàn)元，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
（2）在三峽新能源遼寧省大連市莊河Ⅲ（300MW）海上風(fēng)電項(xiàng)目中，采用擠密砂樁對(duì)單樁基礎(chǔ)樁側(cè)土體進(jìn)行加固，以提高樁外側(cè)阻力，保證樁基能夠符合使用期承載力的要求。其中置換用砂方量約5650方，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約476萬(wàn)元。工程質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明，擠密砂樁施工質(zhì)量好，工效高，完全滿足地基加固要求。目前，水下擠密砂樁已被南澳洋東海上風(fēng)電、大連莊河海上風(fēng)電等項(xiàng)目采用，為海上風(fēng)電建設(shè)提供了新的思路，降低了施工成本，提高了施工功效，取得了良好的社會(huì)效益。
