11个海上风电工程会涉及到的岩土问题

风机整体结构的安全运行往往依赖于地基基础的可靠稳定，其岩土问题是ZD之一：

1. 岩土地质分层及土性分类的问题

2. 岩土参数指标优化选取问题

3. 桩土相互作用问题

4. “环境-海床-基础-支撑-机组”一体化设计计算问题

5. 地震液化及软土震陷问题

6. 软弱土长期循环荷载作用下强度、刚度弱化问题

7. 欠固结、超固结及结构性土基础相关问题

8. 钢管桩土塞问题

9. 施工时溜桩或拒锤问题

10. 浅层冲刷防护问题

11. 不良地质作用及对应的选址、沉桩、嵌岩桩成孔、成桩设计施工问题……

• 海床有区域性，依赖经验及钻探技术，对设计施工影响大；

• 取不到样及关键样缺失：砂、夹层薄层互层；

• 分层较粗人为因素大：工程师，关键层位、层厚。

• 试样封装、运输、制备扰动：含水率及孔隙比等基本物理指标不符；

• 即时试验问题：常规、特种试验；

• 参数指标试验问题及应用问题：各类参数优化选取；CU；CD；UU；淤泥质；夹层互层？

• py/tz/qz曲线未修正（小桩径），结论是偏危险；

• m法更不适用，参数敏感、范围宽泛、主观性大；

• 接触问题、群桩效应问题。

整体而言复杂问题数值模拟方法适宜。

• 优化结构，消除冗余的主要设计、校核手段；

• 设计指标优化和标准匹配；地震波输入；

• 荷载组合优化；前置化条件与目标输出的匹配统一。

• 时程过程的超孔隙水压力上升有效应力降低分析，浅表层砂层厚的高烈度区，本构；

• 地震液化判定方法及评价；

• 软土震陷问题指标反应。

• 小频率大波长长期循环荷载；

• 影响深度、弱化规律；

• 土性指标、软化系数。

• 先期固结应力，现固结应力关系：判定进一步可能产生的附加压缩或卸荷松弛；

• 预固结的UU或CU强度试验；

• 接触问题、群桩效应问题。结构性土问题：结构性破坏是否强于抗剪破坏。

• 对桩承载力、刚度影响；

• 沉桩影响分析；

• 深厚砂层问题、入土深度问题、间歇时间问题等沉桩影响分析及预测；

• 软弱土及惯性溜桩启动、停止超前评判预测问题；

• 设备选型问题。

• 浅表层土性及冲刷问题判定：深度、流速、土质；

• 防护问题。

• 各类不良地质作用，地灾情况：浅层气、滑坡、障碍物等；

• 嵌岩桩设计施工、沉桩、成孔、沉渣、下钢筋笼、海上环境的水下灌注、成桩、花岗岩球状风化等各类问题。

为了优化海上风电场设计方案，风机的位置可能会进行多次修改。

首先需要对整个区域进行基本的地球物理探测，并根据地球物理探测的结果确定CPT（静力触探）网络；然后根据CPT和地球物理测试结果，选定一些位置进行土体钻孔取样，建立地质模型用于CPT数据解释-包括建立局部相关性；再使用地质模型预测新风机位置的土体剖面；确定ZZ的风机位置后，在选定的增加位置和钻孔处再次进行CPT，有时可能会要求保证贯入到海床以下40m。这个过程可能需要历经数年时间。

而ZZ的基础设计主要是依据CPTU数据。

孔压静力触探相对于常规静力触探而言主要优势在于：

• CPTU量测孔压灵敏度很高，能够分辨2cm薄层土性变化，使有可能进行有效应力分析；

• 估算土的渗透性、固结系数等甚至是动力参数，这是常规不具备的优势；

• 评价各类土层工程性质和岩土设计参数的获取，结合试验，直接作为数值模型的输入条件；

• 区分排水、部分排水、不排水状态，满足各类需要；

• 连续的，提高分层可靠性和精度，各类土层时；

• 根据测试指标判断土塞情况；

• 贯入机理类似打桩，精确指导施工。

目前在海上开展静力触探试验主要有四种方式：平台式静力触探、近岸式静力触探、海床式静力触探、钻孔式静力触探。而这其中，又以海床式静力触探最为便捷、GX，受欢迎。

MANTA的贯入力分为100kN和200kN两种型号。

MANTA-200是一款可以贯入套管的海床CPT系统，套管可以支持在软土中进行CPT试验，以防止过早终止试验。

MANTA-100是同级别中最紧凑的一款系统，可以应用于水深4000m，可以仅通过一根脐带缆实现供电、通讯、提升。

连续贯入驱动系统是MANTA的心脏，可以确保设备的贯入力完全传递到钻杆上，不会发生像常规驱动系统那样容易出现的打滑现象。这样使得探头的贯入深度可以达到85m以上。

自2012年以来的一些数据：

• 仅一套设备12个月内完成了3500m的CPT测试

• 生产记录：在60个小时内完成了36个20m的CPT测试

• 一次性贯入的ZD贯入深度为86m（就我们所知道的）

MANTA的用户

ZG香港：

• Bachy Soletanche - Sambo JV

• Gammon Construction

• Lam Geotechnics

• Geotechnics and Concrete and Engineering (GCE)

• China Harbour Engineering Company (CHEC)

其他地区：

• Dredging International Asia Pacific (DIAP)(新加坡)

• Marine Sampling Holland (MSH)(荷兰)

• G-tec（比利时）

• Jan de Nul（比利时）

• STFA-SGTM Nador（摩洛哥）

• STFA（土耳其）

参考文献：

[1] 狄圣杰，ZG电建集团西北勘测设计研究院有限公司，海上风电基础设计施工的岩土问题思考及解决方案，海上风电机组基础设计施工ZT研讨会

[2] Tom Lunne，NGI，CPT在海上风电开发中的重要性，2019海洋静力触探及岩土工程测试技术研讨会

更多静力触探相关产品信息，请联系欧美大地。

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