海上风电工程水下挤密砂桩复合地基

应用关键技术研究

                   主要完成单位：中交第三航务工程局有限公司、中交第三航务工程局有限公司厦门分公司、

                         中交第三航务工程局有限公司江苏分公司、中交上海港湾工程 设计研究院有限公司

1、项目基本情况

该项目提出了适用于海上重力式风电基础挤密砂桩复合地基设计计算方法；研发了一种适用于动力三轴试验中挤密砂桩桩土复合试样的制样装置与制备方法，通过试验得出了挤密砂桩复合地基在循环荷载作用下的动力特性变化规律；通过对典型的挤密砂桩船的耐波性分析，提出了一种基于Pearson相关性分析的砂桩船可作业波高条件的研究方法；设计研制了水下挤密砂桩动端阻力监测系统，达到了控制砂桩的施工质量的目的；完成了深水水下载荷板试验平台和加载系统的研制；通过室内试验和实际工程应用，验证了挤密砂桩加固技术在重力式基础和单桩基础的适用性和可靠性。

2、技术难点和特点

海上风电基础的特点是长期处于动力荷载作用，而以往的基础设计中通常未能准确考虑地基在动力荷载作用下强度和刚度的变化，并且海上风电工程通常需要面临大水深、大风浪的严苛施工条件。为此，该项目首先从机理出发研究了挤密砂桩复合地基的动力特性，开展了现场水下载荷板试验获得了水下挤密砂桩加固海上风电基础地基的加固效果，研制了水下挤密砂桩动端阻力监测系统，保证了挤密砂桩的施工质量。

3.主要成果和创新点

（1）研制了适用于动力三轴试验中挤密砂桩桩土复合试样的制样装置与制备方法，揭示了循环荷载作用下复合试样的变形和强度特性，提出了动荷载作用下挤密砂桩复合地基的主要设计参数和设计方法。

（2）研制了成桩动端阻力监测系统，首次建立了水下挤密砂桩动端阻力值与标贯值之间的经验关系，实现了恶劣海况下水下挤密砂桩桩体质量的实时监控。

（3）研制了恶劣海况下水下载荷板试验平台和加载系统，首次在海上风电领域完成了水下挤密砂桩复合地基载荷试验，得到了水下挤密砂桩复合地基承载力特征值与沉降曲线。

4、成果应用

2018年7月至2018年11月，三峡广东汕头市南澳洋东海上风电项目试桩工程，地基采用水下挤密砂桩进行加固，桩径1.6m，桩间距1.8m，正方形布置，设计桩长为11.6m，置换率为62%，总计100根挤密砂桩。

2019年4月至2019年6月，三峡新能源大连市庄河Ⅲ（300MW）海上风电项目的12#和20#风机单桩基础周边20m范围采用水下挤密砂桩加固。加固区域平均水深20m左右，砂桩成正方形布置，间距1.8m，桩径1.6m，置换率62%。

5、经济和社会效益

（1）对南澳洋东海上风电试桩工程中的水下挤密砂桩进行了动端阻力实时测试，并且对已完成打设状态的水下挤密砂桩开展了标贯试验。提出了南澳洋东地区水下挤密砂桩动端阻力值与成桩后标贯值之间的经验关系公式，为挤密砂桩打设后的桩体强度评估提供了依据。该项研究成果应用于三峡广东汕头市南澳洋东海上风电项目试桩工程，工程产值约1612万元，取得了良好的社会经济效益。

（2）在三峡新能源辽宁省大连市庄河Ⅲ（300MW）海上风电项目中，采用挤密砂桩对单桩基础桩侧土体进行加固，以提高桩外侧阻力，保证桩基能够符合使用期承载力的要求。其中置换用砂方量约5650方，产生经济效益约476万元。工程质量检测结果表明，挤密砂桩施工质量好，工效高，完全满足地基加固要求。目前，水下挤密砂桩已被南澳洋东海上风电、大连庄河海上风电等项目采用，为海上风电建设提供了新的思路，降低了施工成本，提高了施工功效，取得了良好的社会效益。