李明濤，曹 鵬，侯一甲，何永興

中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

海底PLEM，吸力樁，氣舉法

1.引言

吸力樁既可以用作淺基礎，又可以用作吸力錨。近年來，吸水樁越來越多地應用于海上工程。相對于傳統(tǒng)的打樁技術而言，吸力樁的安裝不需要打樁錘和浮吊，只需要泵等比較小巧的設備，是依靠負壓靜力安裝，沒有打樁施工的振動噪聲等，因此吸力樁的安裝比較精確、方便，越來越受到工程建設者的青睞。但是，吸力樁是一種剛性短樁，施工海底土壤不能太硬，太硬后吸力樁貫入難度增大。此外，吸力樁可承受各種各樣的荷載條件，具有很好的水平承載力、抗壓承載力和抗拔承載力。經進一步的研究和開發(fā)，吸力樁已經在海上浮式生產裝置的系泊應用中廣泛使用[1]。以安哥拉漁港油庫擴建項目CBM (多點系泊)工程為例，介紹海底PLEM吸力樁式基礎施工技術。

2.海底吸力樁沉樁原理

吸力樁是一種利用水壓力將樁體壓入土中的剛性短樁，其基本結構型式是一種上端封閉、下端開口的圓筒，因此吸力樁也稱吸力錨、筒型基礎或桶形基礎。吸力樁的沉樁原理是利用樁的內壓和外部氣壓或水壓的壓力差將吸力樁沉入海底(圖1)。沉樁步驟主要分2步。

1)由水上起重機使吊掛在吸力樁上端的繩索下降，吸力樁沉入水中，利用其自重產生一定貫入深度，并形成一個封閉的腔體。

Figure 1.The installation principle of a suction pile 圖1.吸力樁沉樁原理

2)吸力樁頂部設有連接泵系統(tǒng)的水孔，利用水泵系統(tǒng)抽吸樁內的海水，使樁內壓力低于樁外的水壓，利用負壓差將樁筒壓入海床。

3.海底PLEM吸力樁式基礎施工實例

2015年，海底PLEM吸力樁式基礎施工技術在安哥拉漁港油庫擴建項目CBM工程海底管道設施安裝中得到了成功應用，以該工程為例介紹海底PLEM吸力樁式基礎施工技術。

3.1.PLEM總體結構

PLEM撬座主要由H型鋼和鋼板焊接而成，規(guī)格為6800 mm × 7800 mm，主結構采用H型鋼，型號為：HEA650、HEA400、HEA300，鎖板鋼板厚度為30 mm，撬座底板鋼板厚度為12 mm。為了減小拖動時海床淤泥產生的阻力，撬座前后設置擋泥板。為了便于海底管匯基礎樁在水下的定位安裝，設計了導向口結構，待樁基礎安裝完成后，采用定位銷將樁與導向口鎖緊。

3.2.PLEM吸力樁式基礎

經勘查PLEM下方海床主要為松軟的淤泥、黏土，由于PLEM與撬座的總重量高達32 t，必將會發(fā)生PLEM下沉的現象，然而海底管線的下沉量比較小，遠低于PLEM，因此容易導致S形彎管因不均勻沉降而被撕裂(圖2)。并且PLEM放置于海底，在洋流的作用下會產生位移，因此PLEM必須做特定的處理來抵御不均勻沉降等因素帶來的風險[2]。

Figure 2.The problems caused by differential settlement 圖2.不均勻沉降引發(fā)的問題

PLEM的處理通常采用3種方式：壓載塊的重力式基礎、樁基礎、吸力樁基礎[3]。壓載塊的安裝需要船載吊車，安裝效率低，且造價高；樁基礎施工由于需要動遷打樁船和打樁錘，整體造價較高。該項目所處海底土壤較為松軟，因此選用吸力樁作為管匯基礎。在PLEM的兩側各設置3個吸力樁(直徑508 mm，長度6450 mm)來固定(圖3)，采用與海底管道相同的鋼管加工而成，定位樁的底部削成鋒利狀，便于沉樁。

Figure 3.PLEM foundation 圖3.PLEM基礎

3.3.PLEM吸力樁式基礎施工

PLEM吸力樁在沉樁排除樁體內部海水的過程中并未采用水泵，而是巧妙地運用虹吸原理，利用空壓機在樁頂部向樁外排氣，從而排出樁體內部的海水及部分泥沙，也可稱為“氣舉法”。吸力樁頂部設有20 in平焊法蘭，將1條4 in排水管及2條1 in排氣管安裝到配對的20 in盲板法蘭上(圖4(a))，2片法蘭通過螺栓連接，并做好密封。在潛水員的配合下，工作船上的吊車緩慢下放吸力樁進入導向孔內(圖4(b))，潛水員開啟樁頂上方的1 in進氣閥門，啟動空壓機，樁內海水及部分泥沙被排出，在內外壓差的作用下，吸力樁被打入海床。吸力樁被打入指定深度后，停止排水，潛水員拆除樁頂部的排水裝置，并將20 in永久盲板法蘭安裝于吸力樁頂部，并將吸力樁與導向筒用銷子鎖死，吸力樁安裝完成，依照該方法完成剩余吸力樁的施工。

Figure 4.The drainage equipment for the suction pile installation 圖4.吸力樁安裝時所用的排水裝置

4.結語

安哥拉漁港油庫擴建項目中運用了PLEM吸力樁式基礎施工技術，其運輸方便、施工簡單、費用低，在提高施工效率的同時有效地節(jié)約了施工成本。