渤海湾海上风电场大规模超长钢管桩沉桩技术与控制

随着海上风电的蓬勃发展,如何提高沉桩质量与施工工效是需要研究的问题。唐山乐亭菩提岛海上风电场300MW 示范工程作为渤海湾第一个海上风电场,施工前期通过对渤海湾水文、地质分析,对沉桩相关设备、施工流程、施工质量控制点等的分析,克服了水深、涌浪大、地质条件差、钢管桩长等难点,确保了15个承台共120根钢管桩的沉桩进度与质量,得到了业主的好评。文章总结优化了渤海湾海上风电场沉桩相关技术与控制难点,为后续渤海湾海上风电场沉桩施工提供了重要施工经验与保障。     

方桩H型桩尖在湛江地区老粘土中的应用

湛江地区老粘土分布广泛,呈硬塑-坚硬状,粘聚力大,力学强度高,对沉桩有一定影响。针对湛江地区较多工程高桩码头方桩沉桩施工中出现裂损或入土过浅的现象,结合湛江奥里油电厂油改煤项目码头工程,设计对方桩锥形桩尖优化为H型桩尖,施工中没有出现桩破损现象,最终贯入度、桩尖标高达到设计要求;施工完成后经检测,桩身质量和承载力满足设计要求,效果良好,可供湛江地区类似工程借鉴参考。     

论桩基施工中的几个问题

本文讨论了锤击沉柱时的四个问题:关于重锤轻打的问题;关于锤垫和桩垫的作用问题;如何确定作为控制沉桩标准的贯入度;关于如何估计锤击压应力的大小以保证桩体完好的问题。 我局每年施打的预应力混凝土桩约2万根。碰到的打桩问题很多,如何认识这些问题并作出正确的处理,对保证基桩的质量、降低工程成本具有重要的现实意义。为此,1988年4月28日在第三航务工程局科研所召开了“桩基技术研讨会”,对桩基施工中的问题进行了研讨。     

潮间带钢管斜桩吊打导向装置与沉桩参数研究

钢管斜桩是潮间带风电的常用基础形式,常采用吊打沉桩的方式。文章针对潮间带吊打沉桩方式的难点开发吊打导向装置,并总结沉桩参数的确定方法。该导向装置包括定位桩、定位架和调向限位架,总体平面布局为六边形,可一次定位并完成整个风电基础的基桩施工,既能可靠保证桩的施工精度,又能极大地提高施工效率和降低安全风险;在应用该施工关键装备时,采用GRLWEAP打桩分析功能确定桩顶动荷载,采用有限元软件建立导向装置有限元模型,对导向装置和沉桩参数进行分析,从而实现斜桩顺利沉桩的目的。该装置和方法已成功应用于越南朔庄一期海上风电场项目,为潮间带风电钢管斜桩吊打施工提供沉桩装备和方法经验。     

水上振动沉管碎石桩施工关键技术应用

针对振动沉管碎石桩水上施工应用少、合适船机设备少、桩身质量控制难等问题,通过改造施工船机设备,优化关键技术参数和施工工艺,依托具体工程开展现场研究。采用三管式碎石桩船,研发了大开度活瓣钢桩靴,配置沉桩定位及视频监控系统实现施工过程的可视化;碎石添加采用干法填料、管身开孔润料、提升过程不留振的工艺,可顺利拔管成桩;采用皮带机供料、计量斗计量、提升斗运输的一体化加料工艺,碎石填料可精确控制。结果表明:通过将桩间距2.3 m 分别调整为桩间距2.4 m、排间距2.18 m 和桩间距2.1 m、排间距2.5 m,整个桩身分为三段,并控制平均拔管速度为1.5 m/min,充盈系数采用1.38,合理分批次加料、干法填料,两次留振时间分别控制在20 s和60 s等措施,经重型动力触探法检测,表层2 m 锤击数平均值为8.3,2 m 以下锤击数平均值为11.2,满足表层2 m 的碎石桩重型动力触探锤击数达到7击以上,2 m 以下贯入10 cm 锤击数不小于10击的设计要求。     

海洋桩基平台钢管桩自由站立深度分析与问题探讨

钢管桩基础是海洋导管架平台比较常用的一种基础形式,对钢管桩自由站立深度的准确预测是导管架平台安装项目中的一项重要工作。如果自由入泥深度评估不准确,现场施工时可能会导致钢管桩发生变形损坏,进而可能影响到整个油气田的生产运营。基于实际生产项目,讨论了钢管桩自由站立深度实际结果与预测值之间的关系,分析了造成实际结果的原因,论证了除自身结构性质外,钢管桩自由站立深度的影响因素主要包括海底地层性质和沉桩速度。海底浅部地层性质直接决定土对桩的承载力;沉桩速度决定土对桩的应力类型。实践表明,应用多种方法对钢管桩自由站立深度进行综合分析评价,能够考虑到多种影响因素,从而使评估工作更加全面,大大提高预测的准确度。     

桩靴贯入黏土层时邻近群桩相互作用分析

为研究钻井船插桩对邻近平台群桩相互作用的影响,采用耦合欧拉拉格朗日(CEL)方法对桩靴贯入黏土层时邻近群桩中各桩荷载分担比、桩头附加位移及两桩相互作用系数进行了分析。首先通过对缩尺模型试验的数值分析,验证了CEL方法的可行性;然后进一步分析了桩靴贯入黏土层时对邻近群桩相互作用的影响;最后探讨了净间距、桩间距对群桩相互作用的影响。结果表明,在桩靴贯入中,前桩的荷载分担比大于后桩,且桩靴贯入至一定深度后,当净间距越小或桩间距越大时,前桩的荷载分担比越大、后桩的荷载分担比越小,但各桩的荷载分担比随桩靴贯入深度增加时的变化规律不变;净间距越大,桩头附加位移及相互作用系数越小;在桩靴贯入时,由于受群桩遮拦效应的影响,桩头附加位移及相互作用系数随桩间距的变化规律同插桩前有所不同,当桩间距大于3倍桩径时,随桩间距的增加而减小,当桩间距小于3倍桩径时,随桩间距的增加而增大。     

基于能量法的大直径超长钢管桩溜桩问题分析

海洋桩平台采用大直径超长桩,由于桩、锤的重量很大,沉桩过程中经常发生溜桩现象。因此为了便于打桩控制,判断溜桩的范围是非常必要的。结合实际工程对溜桩的过程和发生机理进行了探讨;利用PCPT原位测量资料,基于能量法建立了判断溜桩范围的分析计算方法。针对南海油田典型的平台桩沉桩过程中的溜桩问题进行了分析计算,验证了所提出的方法的合理性,可供桩设计以及沉桩施工参考。     

水射流辅助动力沉桩技术研究

水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩是一种有效处理土塞问题使桩达到标准贯入深度的辅助沉桩方法,而该项技术的关键是水射流对桩内土塞的破坏。借助理论分析、数值模拟和模型实验进行水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩研究。首先进行射流破坏土塞理论分析,定性地说明水射流破坏土塞能力与水射流压力、流量等参数有关;然后对不同形状喷嘴形成的射流的破坏土塞能力进行数值模拟,得到六种喷嘴射流作用下土塞内的最大、最小应力;再通过模型实验对有无射流辅助沉桩的沉桩锤击数进行对比,结果表明水射流辅助沉桩的锤击数少于无射流辅助沉桩的锤击数,说明水射流可用于辅助动力沉桩。最后设计出水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩工艺步骤。     

海上风电大直径单桩翻身钳溜尾吊装工艺优化

文章介绍了东台海上风电项目大直径单桩采用翻身钳溜尾施工技术。通过solidworks建模进行计算和现场试验实测,翻身钳和钢管桩的应力应变满足要求。翻身钳溜尾施工提高了沉桩施工效率。     

Evaluation of Undrained Shear Strength and Consolidation Characteristics of Disturbed Marine Sedimentary Clay due to SCP Installation

The behaviors of the marine sedimentary ground improved by sand compaction pile (SCP) method are analyzed. To do this, the results of upheaval characteristics of the sea floor, undrained shear strength, and horizontal consolidation coefficient (consolidation) are investigated. Due to SCP installation on ground, as thickness of a soft clay layer increases, upheaval height increases and upheaval angle decreases. Undrained shear strength of disturbed ground due to SCP construction decreases in early stage after completion of construction, but it shows a trend of recovering as months elapse. As the result of piezocone penetration dissipation tests, consolidation delay phenomenon by the disturbance due to SCP installation clearly is identified and its degree is dependent on the replacement area ratio of SCP and the location of ground.     

桶形基础平台安装就位智能化测控装置

近年来,国内外海上平台开始采用桶形基础(几米浅基础)代替一直沿用的桩基础(几十米深基础),其安装就位采用与打桩施工完全不同的负压沉贯的施工方法.介绍了一种用于桶形基础平台在负压沉贯施工中的智能化测控装置.该装置成功地用于我国首座桶形基础平台(胜利油田CB20B平台)的安装就位施工,取得了预期的效果.为我国今后桶形基础平台负压沉贯施工中的智能化测控提供了有益的借鉴.     

A new look at the phenomenon of offshore pile plugging

Abstract

Open‐pipe piles are widely used for offshore structures. During the initial stage of installation, soil enters the pile at a rate equal to the pile penetration. As penetration continues, the inner soil cylinder may develop sufficient frictional resistance to prevent further soil intrusion, causing the pile to become plugged. The open‐ended pile then assumes the penetration characteristics of a closed‐ended pile. The mode of pile penetration significantly alters the soil‐pile interaction during and after installation. This affects the ultimate static bearing capacity (mainly in granular materials), the time‐dependent pile capacity (in clays), and the dynamic behavior and analysis of the piles.

Following a summary demonstrating the effects of pile plugging, a review of the common view of offshore pile plugging is undertaken. The interpretation of plugging by referring to the average plug length has led to the erroneous conclusion that in most piles significant plugging action does not occur.

Establishment of an analogy between soil samplers and open‐ended piles enabled correct identification of plugging by referring to the incremental changes in plug length. Examination of case histories of plugging of offshore piles revealed that beyond a certain penetration depth‐to‐diameter ratio, most piles are plugged.     

Case study on pile running during the driving process of large-diameter pipe piles

The super-long and large-diameter steel pipe piles are often adopted for the construction of offshore oil platforms in deep sea. One constructability issue related to driving heavy pipe piles is the pile running. The term pile running refers to the quick penetration of a pile into the seabed as a result of its high self-weight and low resistance from the seabed. The unexpected pile running can cause the steel wire of the hammer to break or even the loss of the hammer. A case study of pile running at an oil platform is introduced in this paper. A simplified theoretical method is proposed to explain the mechanisms of the pile running in this case. A factor of friction degradation is proposed to calculate the dynamic skin friction from the static ultimate skin friction of surrounding soil. The comparisons between the predictions to the case history show that the proposed simplified method can be used to predict the pile running condition.     

海上风电打桩水下噪声测量及其对大黄鱼的影响

海上风电场建设期风机打桩会产生高强度的水下噪声,研究水下冲击打桩噪声的监测方法、特性分析及对海洋生物的影响是非常重要的。采用自容式水下声音记录仪,多点同步测量了福建省兴化湾海上风电场二期工程建设期单次完整的水下冲击打桩噪声,从时频域特性进行了分析,并利用最小二乘法拟合得到了打桩声源级和声暴露级。结果表明：水下冲击打桩噪声是典型的低频、高强度的脉冲信号,单个脉冲持续时间约90~100 ms,峰值声源级约209.4±2 dB,声暴露级约197.7±2 dB;主要能量分布在50 Hz~1 kHz频段,750 m测量点的该频段声压级相比海洋环境背景噪声,提高了约40~50 dB。水下冲击打桩噪声频域能量分布与大黄鱼的听觉敏感频段相重叠,对大黄鱼影响程度和范围较大,实际工程应用中宜采用声暴露级作为评价指标。     

钻井船插桩对导管架平台群桩影响的CEL有限元分析

采用CEL大变形非线性有限元方法并结合非线性地基梁模型对海洋石油941钻井船在番禺10-2平台钻井插桩时对邻近导管架平台群桩的影响进行了分析,并得到以下结论:1)钻井船插桩过程中,桩身最大位移及出现的位置随钻井船插桩深度增加而下移且钻井船插桩位置与群桩距离越近,对桩的影响越大;2)在插桩过程中,桩身最大弯矩出现的位置与桩身最大位移出现的位置一致,而桩身最大剪力出现的位置较桩身最大弯矩出现的位置偏下;3)与没有插桩影响的群桩相比,桩身最大弯矩与桩身最大剪力明显增加。     

大直径钢管桩土塞效应的判断和沉桩过程分析

港口工程和海洋工程中出现了越来越多的大直径超长钢管桩。由于这种桩直径较大,土塞的形成对桩的可打入性和承载力有较大的影响。鉴于此,根据大直径和超大直径钢管桩土塞性状的特殊性,考虑了桩直径对侧壁摩阻力、端阻力的影响,引入了尺寸效应系数,重新建立了土塞微分体的静力平衡方程,提出了采用改进的静力平衡法进行土塞效应判断,同时采用波动方程法近似模拟土塞与桩管内壁的相互作用,建立了简化的土塞与桩壁相互作用模型,并用该方法进行实际工程的打桩分析,分析结果表明该方法对土塞效应的判断、打桩过程的预测等与工程实测数据吻合较好。