[发明专利]大直径海上风电嵌岩单桩开挖方法

说明书

本发明公开了一种大直径海上风电嵌岩单桩开挖方法，包括如下步骤：沉放导井护筒；采用石油钻机通过导井护筒开挖导井；采用地质钻钻设2～3圈主爆孔和1圈轮廓爆破孔，下放套管护孔；安装专用CO₂相变膨胀致裂管，主爆孔内分段安装，轮廓爆破孔内连续安装；连接爆破网路；下放嵌岩单桩钢护筒；吸除导井护筒与嵌岩单桩钢护筒之间的淤泥和风化砂；拔出导井护筒和钻孔套管；水下清渣；灌注混凝土形成嵌岩单桩基础。本发明将导井机械开挖和CO₂膨胀破岩扩挖相结合，突破利用2～4m直径石油钻机和普通地质钻机完成8～10m及以上直径海上嵌岩单桩基础开挖技术难题，CO₂相变产生的膨胀压力可控，爆炸冲击波和振动速度小，经济环保。

技术领域

本发明属于工程爆破技术领域，具体涉及一种大直径海上风电嵌岩单桩开挖方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，人们对能源尤其是清洁能源的需求越来越大。海上风力发电具有风速大、有效发电时间长、不占用陆地等优点，非常适合大规模开发，而我国海岸线漫长、海上风能资源丰富，给海上风力发电提供了有利的先天条件。海上风电场风机基础主要有大直径嵌岩单桩基础、群桩嵌岩基础、吸力筒式基础和重力式基础等型式，其中大直径嵌岩单桩基础以其施工简便、结构型式简单占据优势，但由于海上无风施工窗口期短、大直径钻机难以及时就位等问题，大直径嵌岩单桩基础的应用受到了限制。

为了使大直径嵌岩单桩基础安全可靠地在岩基海床中应用，目前出现的技术方案主要有以下三种，其一是“沉桩-钻孔-沉桩”方案，即在首次沉桩后进行钻孔施工，然后进行二次沉桩，如CN 106088140 A、CN 104032765 A公开的嵌岩单桩基础施工工艺；其二是“沉桩-钻孔-灌浆”方案，即先行沉桩到设定深度后进行钻孔施工，然后灌注高强灌浆体或海工混凝土，加强钢管单桩嵌固在岩基海床中的牢固度，提高水平承载力和抗倾覆能力，如CN106759449 A、CN 105862905 A、CN 110241731 A公开的嵌岩单桩基础施工工艺；其三是“钻孔-灌浆-锚固”方案，即在钢管单桩内钻孔，浇筑混凝土形成灌注桩，在灌注桩中插入锚杆，锚杆嵌固于中、弱风化岩中，进一步提高嵌岩单桩基础的施工质量，减少嵌岩施工风险，如CN 105297765 A公开的复合式嵌岩单桩基础施工工艺。前两种方案依赖于大直径钻机，施工成本较高；第三种方案施工程序复杂，操作不便，而且浅海海上风电场的岩基以强、中风化层为主，不必要使用锚杆插入中、弱风化岩。为了简化水下桩基的开挖程序，提高施工效率，需要提出一种新的水下桩基开挖方法，服务于海上风电场建设。

发明内容

本发明的目的是提供一种大直径海上风电嵌岩单桩开挖方法，可用于海上风电场、跨海桥梁等工程的水下桩基开挖施工中，以有效解决海上风电场建设中大直径海上嵌岩单桩基础开挖技术难题，提高施工效率。

为实现上述目的，本发明提供的大直径海上风电嵌岩单桩开挖方法，采用石油钻机机械开挖和CO₂膨胀破岩扩挖相结合，石油钻机直径为2.0～4.0m，开挖的导井直径为1.2～3.0m，导井超深达到0.10～0.15倍桩基深度，包括如下步骤：

1)沉放导井护筒至指定深度；2)调整石油钻机工作平台的位置，通过导井护筒开挖导井至设计深度；3)采用地质钻钻机，在导井外围钻设2～3圈主爆孔和1圈轮廓爆破孔，然后下放套管护孔；4)在主爆孔套管内分段安装专用CO₂相变膨胀致裂管并做好隔断堵塞，在轮廓爆破孔套管内连续安装专用CO₂相变膨胀致裂管；5)连接爆破网路，主爆孔自上而下对称起爆，轮廓爆破孔同时起爆；6)下放嵌岩单桩钢护筒；7)吸除导井护筒与嵌岩单桩钢护筒之间的覆盖层淤泥和风化砂；8)拔出导井护筒和钻孔套管；9)使用水下清渣设备抓渣；10)灌注混凝土形成嵌岩单桩基础。

作为优选方案，所述步骤3)中导井中心线、主爆孔和轮廓爆破孔中心线共线。