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海上風(fēng)電勘察

在全球?qū)η鍧嵞茉葱枨笕找嬖鲩L的大背景下，海上風(fēng)電作為一種極具潛力的可再生能源，正蓬勃發(fā)展。海上風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)，涉及到復(fù)雜的海洋地質(zhì)條件和嚴(yán)格的工程技術(shù)要求，而海上風(fēng)電勘察則是整個項(xiàng)目成功實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在海上風(fēng)電勘察中，靜力觸探技術(shù)一直備受關(guān)注，發(fā)揮著重要作用，然而，我們絕不能忽視 PS 波速測試，實(shí)際上，PS 波速測試與靜力觸探同等重要。

海上風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其所處的海洋環(huán)境與陸地有著極大的差異。海洋環(huán)境中存在著海浪、潮汐、海流以及復(fù)雜的地質(zhì)條件等諸多因素，這些都給海上風(fēng)電項(xiàng)目帶來了諸多挑戰(zhàn)。

從地質(zhì)條件來看，海底地層的巖性、結(jié)構(gòu)、土體性質(zhì)等變化多樣，不同區(qū)域的地質(zhì)條件可能截然不同。

例如，有些海域可能存在深厚的軟土層，而有些區(qū)域則可能是堅(jiān)硬的巖石地層。在這樣復(fù)雜的地質(zhì)條件下建設(shè)海上風(fēng)電場，需要準(zhǔn)確了解海底地質(zhì)情況，才能確保風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性。

若對地質(zhì)條件了解不足，可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理，在長期運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)可能會因基礎(chǔ)不穩(wěn)而出現(xiàn)傾斜、倒塌等嚴(yán)重事故，不僅會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會對海洋環(huán)境造成破壞。

靜力觸探技術(shù)（CPT）是一種巖土工程原位測試技術(shù)，它是將圓錐形的探頭以勻速壓入土中，通過測量探頭所受到的阻力，來確定地基土的工程性質(zhì)。

荷蘭Geomil公司MANTA-200海床靜力觸探系統(tǒng)

該技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，它能夠在海底實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行測試，獲得最為真實(shí)的土體性質(zhì)。由于測試數(shù)據(jù)精度高，再現(xiàn)性好，具備勘探與測試雙重功能。通過靜力觸探，可以獲取比貫入阻力值等參數(shù)，這些參數(shù)可以用于進(jìn)行土層分類、確定地基土的承載力、確定土的變形性質(zhì)指標(biāo)、估算土的物理力學(xué)指標(biāo)、估算單樁承載力以及進(jìn)行飽和砂土液化判別等。

荷蘭Geomil公司Orca-90井下式靜力觸探系統(tǒng)

在許多海上風(fēng)電項(xiàng)目中，靜力觸探技術(shù)都發(fā)揮了重要作用。在海上風(fēng)電項(xiàng)目中，通過靜力觸探測試，準(zhǔn)確劃分了土層，確定了不同土層的承載力，為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。根據(jù)靜力觸探測試結(jié)果，設(shè)計(jì)人員選擇了合適的基礎(chǔ)類型和尺寸，使得風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在建成后能夠穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)受住了海洋環(huán)境的考驗(yàn)。

靜力觸探技術(shù)還可以幫助工程師及時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件的異常變化，提前預(yù)警施工風(fēng)險，保障施工安全。

PS 波速測試主要是通過測量地層中壓縮波（P 波）和剪切波（S 波）的傳播速度，來獲取地層的巖土力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)在地面或鉆孔中激發(fā)地震波時，P 波和 S 波會在不同的介質(zhì)中以不同的速度傳播，通過接收和分析這些波的傳播時間和波形，可以計(jì)算出 P 波和 S 波的速度。

不同的巖土體具有不同的 PS 波速，因此通過 PS 波速測試可以準(zhǔn)確地了解地層的巖性、結(jié)構(gòu)以及土體的力學(xué)性質(zhì)等。

英國RG公司PS Logger

A、評估地層穩(wěn)定性

PS 波速可以反映地層的剛度和強(qiáng)度特性。在海上風(fēng)電項(xiàng)目中，了解地層的穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過 PS 波速測試，可以判斷地層是否存在潛在的滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。

如果某一地層的 S 波速較低，說明該地層的土體較為軟弱，可能在風(fēng)機(jī)荷載作用下發(fā)生變形或失穩(wěn)，從而提醒工程師在設(shè)計(jì)和施工中采取相應(yīng)的加固措施。

PS Logger數(shù)據(jù)成果圖

B、確定巖土力學(xué)參數(shù)

PS 波速與巖土體的彈性模量、剪切模量等力學(xué)參數(shù)密切相關(guān)。

通過 PS 波速測試結(jié)果，可以準(zhǔn)確計(jì)算出這些力學(xué)參數(shù)，為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提供更精確的數(shù)據(jù)支持。在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)時，需要準(zhǔn)確知道地基土的承載能力和變形特性，PS 波速測試提供的力學(xué)參數(shù)能夠幫助工程師優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，確?；A(chǔ)在長期運(yùn)行過程中能夠承受風(fēng)電機(jī)組的巨大荷載，保證風(fēng)電場的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

C、輔助地質(zhì)構(gòu)造分析

PS 波速的變化還可以用于識別地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶皺等。在海上風(fēng)電勘察中，了解地質(zhì)構(gòu)造對于確定風(fēng)機(jī)的布局和基礎(chǔ)位置非常重要。如果在某一區(qū)域發(fā)現(xiàn) PS 波速異常變化，可能意味著存在斷層等地質(zhì)構(gòu)造，此時需要避開這些區(qū)域布置風(fēng)機(jī)，或者采取特殊的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來應(yīng)對復(fù)雜的地質(zhì)條件。

將靜力觸探技術(shù)與 PS 波速測試相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對海底地質(zhì)信息的全面、準(zhǔn)確獲取。

靜力觸探能夠提供土體的力學(xué)性質(zhì)、土層分布等信息，而 PS 波速測試則可以補(bǔ)充地層的剛度、強(qiáng)度以及地質(zhì)構(gòu)造等方面的信息。

兩者相互印證，相互補(bǔ)充，能夠?yàn)楣こ處熖峁└暾⒏鼫?zhǔn)確的地質(zhì)資料，從而更好地進(jìn)行風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工。

在風(fēng)電場設(shè)計(jì)階段，全面準(zhǔn)確的地質(zhì)信息有助于工程師選擇更合適的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)類型和布局方案。根據(jù)靜力觸探和 PS 波速測試結(jié)果，可以確定不同區(qū)域的地質(zhì)條件，從而選擇最適合的基礎(chǔ)類型，如在軟土層較厚的區(qū)域采用吸力桶基礎(chǔ)或?qū)Ч芗芑A(chǔ)，在巖石地基上采用單樁基礎(chǔ)或重力式基礎(chǔ)。在施工過程中，通過實(shí)時監(jiān)測兩種測試數(shù)據(jù)，可以及時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件的變化，調(diào)整施工參數(shù)，保障施工安全與質(zhì)量。

在大西洋海岸離岸風(fēng)電項(xiàng)目中，Robertson Geo（RG）的地質(zhì)工程師采用 P - S 懸掛測井和 SCPT（地震靜力觸探測試）對 16 個項(xiàng)目做了測試對比。

通過對比發(fā)現(xiàn)，在淺層土壤和深層土壤的調(diào)查中，兩種方法都有各自的優(yōu)勢和適用條件。在松散沉積物中進(jìn)行測試時，靜力觸探能夠更準(zhǔn)確地獲取土體的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，而 PS 波速測試則在確定地層的剛度和評估地層穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色。

在致密 / 堅(jiān)硬土壤中進(jìn)行試驗(yàn)時，PS 波速測試對于識別地質(zhì)構(gòu)造和確定巖土力學(xué)參數(shù)具有重要作用，靜力觸探也能提供關(guān)于土體密實(shí)度等方面的信息。通過兩者的結(jié)合，為該項(xiàng)目的地質(zhì)勘察提供了全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，確保了項(xiàng)目的順利推進(jìn)。

在國內(nèi)某海上風(fēng)電項(xiàng)目中，前期僅采用了靜力觸探技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘察，在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)時，對于地層的穩(wěn)定性和巖土力學(xué)參數(shù)的評估存在一定的不確定性。

后來，引入了 PS 波速測試，通過對 PS 波速測試結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)了一些靜力觸探未能檢測到的潛在地質(zhì)問題，如局部地層存在軟弱夾層，可能影響風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

根據(jù)新的測試結(jié)果，設(shè)計(jì)人員對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，增加了基礎(chǔ)的加固措施，從而保障了項(xiàng)目的安全實(shí)施。

在海上風(fēng)電勘察中，靜力觸探技術(shù)和 PS 波速測試都具有不可替代的重要作用，它們同等重要，缺一不可。只有將兩者有機(jī)結(jié)合，才能全面準(zhǔn)確地獲取海底地質(zhì)信息，為海上風(fēng)電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營提供可靠的依據(jù)。

隨著海上風(fēng)電技術(shù)的不斷發(fā)展，我們相信，靜力觸探技術(shù)和 PS 波速測試技術(shù)也將不斷完善和創(chuàng)新，為海上風(fēng)電事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

未來，我們應(yīng)更加重視這兩種技術(shù)的研究和應(yīng)用，不斷探索它們在海上風(fēng)電勘察中的最佳組合方式，以推動海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。