中水電如東海上風電場(潮間帶)100MW示范項目靜載荷試驗異常情況分析與處理

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(揚州市揚子工程質量檢測有限公司，江蘇 揚州 225004)

中水電如東海上風電場(潮間帶)100MW示范項目靜載荷試驗異常情況分析與處理

李紅建，王鵬，金晶

(揚州市揚子工程質量檢測有限公司，江蘇 揚州 225004)

本文介紹了中水電如東海上風電場(潮間帶)100MW示范項目升壓站綜合樓靜載荷試驗異常情況分析與處理情況，提出了施工中應進行實時監(jiān)測等需注意的問題。

靜載荷試驗；承載力；檢測休止期

PHC管樁具有承載力高、造價低、適應性強、管樁工業(yè)化生產(chǎn)等特點，在沿海軟土地區(qū)得到廣泛應用。但由于地質條件、擠土效應、施工控制不當?shù)热菀桩a(chǎn)生一些問題，其中打樁結束后發(fā)生浮樁為一種比較常見的現(xiàn)象。樁身在上浮過程中，由于樁頭抬空，造成樁頭端承載力損失，根據(jù)當?shù)馗邞儗崪y經(jīng)驗，管樁端阻力占全部承載力的20%～30%左右，直接影響到單樁承載力確定，使工程樁的極限承載力與同場地條件下的試樁出入較大。同時由于樁身在上浮時受較大的拉應力作用，易造成焊接部位拉裂，直接對樁身完整性造成損害，應引起各方的注意。現(xiàn)在將筆者遇到的中水電如東海上風電場(潮間帶)100MW示范項目升壓站綜合樓、設備控制樓PHC管樁靜載荷試驗異常情況分析與處理情況介紹如下。

1 工程概況

中水電如東海上風電場(潮間帶)100MW示范項目工程位于江蘇省如東縣洋口漁港凌洋外灘，處于黃海海域潮間帶，場址沿海岸線方向直線長度約7km，垂直海岸線方向(離岸)寬度約3.7km，場址范圍總面積約16.1km2。場區(qū)地勢平坦，地面高程在-0.5～4m之間。總裝機容量為100MW，建設10臺單機容量為2.0MW的風電機組。配套建設一座220kV升壓站。地基基礎采用PHC管樁，布樁系數(shù)為5.2%。單樁豎向抗壓承載力特征值為1300kN,在樁基施工過程中，根據(jù)施工記錄，終壓值普遍較低，最低值為2200kN，約為設計承載力極限值的84.6%?，F(xiàn)場巖土工程勘察報告提供的地質情況見表1。

表1 巖土層物理力學指標

2 豎向靜載荷試驗異常沉降情況

由于施工工期較緊迫，該工程未進行工程試樁，在工程樁全部施工結束后，根據(jù)檢測規(guī)范要求選取3根樁進行了靜載荷試驗，發(fā)現(xiàn)試驗結果與設計有較大出入。靜載荷試驗結果見表2及下圖。

表2 升壓站綜合樓工程樁靜載荷試驗結果

試驗樁Q-S曲線圖

a. 1號樁Q-S曲線為陡降型。在加載至第8級時，發(fā)生沉降量陡降，該級沉降量超過前一級的5倍，且超過40mm。根據(jù)建筑地基樁基檢測技術規(guī)范取前一級對應的荷載為該樁極限承載力試驗值，為2080kN。

b. 12號樁Q-S曲線也為陡降型。加載至第9級時，發(fā)生沉降量陡降，本級沉降量未超過前一級的5倍，但總沉降量已超過40mm。根據(jù)建筑地基樁基檢測技術規(guī)范，取沉降40mm對應的荷載為該樁極限承載力試驗值，為2459kN。

c. 36號樁Q-S曲線為緩變型。加載過程中，每級沉降量均較大，加載至2600kN時沉降量為42.65mm。 根據(jù)建筑地基樁基檢測技術規(guī)范取沉降40mm對應的荷載為該樁極限承載力試驗值，為2516kN。

3 原因分析及處理

根據(jù)靜載荷試驗規(guī)范要求，對于該場地休止時間不得少于25天，但由于受工期影響，進行試驗的3根樁都未能滿足休止時間要求，1號、12號樁Q-S曲線均為陡降型。分別加載至第8、第9級時沉降量急劇增大，相較試樁說明樁側摩阻力已完全發(fā)揮，但樁端阻力損失程度較大。樁端持力層土體發(fā)生了破壞，樁端承載力喪失。36號樁Q-S曲線為緩變型，樁側摩阻力與樁端阻力均得到一定程度的發(fā)揮，加載至2600kN時，沉降量雖然增大，但隨著樁端土體被壓密，承載力有一定程度的提高。

對比以上1號、12號、36號典型Q-S曲線可以發(fā)現(xiàn)，對于PHC管樁，承載力主要由樁側摩阻力提供，但樁端阻力也有較大的影響。樁側摩阻力降低的影響因素主要有下幾點：

a.管樁施工時不可避免地對土體有大程度的擾動，造成土體承載力降低，雖經(jīng)過休止期的恢復，但仍有一定程度的降低。Poulos[1]對預制混凝土群樁施工場地前后觀測結果進行的統(tǒng)計分析表明：打入式施工后，現(xiàn)場地基土十字板剪切強度下降了15%。

b.樁側摩阻力與樁端阻力是聯(lián)合作用的，樁身上浮不但造成樁側摩阻力降低，也會造成樁端阻力喪失。

c.樁身上浮時相對土體為向上運動，在上浮過程中土體會對樁產(chǎn)生負摩擦力，造成樁側摩阻力降低，同時產(chǎn)生的作用于樁身的拉應力也會對樁身完整性有很大程度的損害。

靜壓法PHC管樁屬于擠土樁，雖然會有部分土體從樁開口端進入樁體，但由于土塞效應的存在，在樁打入土體時，使樁周土體結構發(fā)生變化，改變了土體的應力狀態(tài)，產(chǎn)生了較強的擠土效應，特別是在形成群樁效應時尤為明顯。當樁頭部位土體所承受的壓應力超過其抗剪強度時，土體因發(fā)生剪切破壞而失去承載力。土體產(chǎn)生塑性流動(黏性土)或擠密側移和下拖(砂土)，在地表處，黏性土體會向上隆起，砂性土則會被拖帶下沉。在地面以下較深處，由于上覆土層的壓力，土體主要沿樁周水平方向擠開，使貼近樁周處土體結構完全破壞[2]。

同時由于樁機施工過程中焊接時間過長，樁的接頭較多而且焊接質量不好或樁端停歇在硬夾層，施工方法與施工順序不當，每天成樁數(shù)量太多、壓樁速率太快、布樁過多過密，加劇了擠土效應。對于飽和土，孔隙中充滿水，當土體受到外力擠壓時，土中原有水壓力也會上升，上升的這部分壓力就是超孔隙水壓力了。一般來說，超孔隙水壓力都有消散的趨勢，隨著時間的推移會消散掉。施工前在地下不同深度埋設測點，利用測點在施工前后和施工過程中進行測設而得到超孔隙水壓力相關數(shù)據(jù)。

超孔隙水壓力對樁基有較大的危害，可在樁基施工前插入塑料排水板減壓[3]。

打樁速率對土體變形的影響主要是由超孔隙水壓力引起的，在施工過程中超孔隙水壓力的增長速度遠快于消散速度。根據(jù)現(xiàn)場打樁時的監(jiān)測資料，土體位移在經(jīng)過了一夜施工間隙后，其回彈值相當可觀，土體的變形，實際上是鋸齒狀變化上升的，如果不控制打樁速率而連續(xù)打樁，土體變形則呈線性上升。實際施工過程中，大多數(shù)情況下應注意安排合理施工時間，預留足夠休止期。

打樁順序的影響。由于先打入的樁對后打樁引起的位移有阻擋作用，故不同打樁順序引起的土體位移也不同。樁的抗傾水平力對土體位移能起到約束作用。因此，通過打樁順序的合理安排來控制局部土體的位移，并且可以計算出打樁引起的土體位移量。

4 結 語

本文針對中水電如東海上風電場(潮間帶)100MW示范項目升壓站綜合樓靜載荷試驗異常情況，分析了有關地質條件、樁身因素、施工方面對單樁豎向抗壓承載力的影響，旨在為PHC管樁在水利項目軟土地基中應用及水工建筑物基礎型式確定方面提供幫助。

[1] POULOS H G. Effect of pile driving on adjacent pile in clay[J].CaGeotechJ，1994,31(6):856-867.

[2] 張忠苗,辛公鋒,俞洪良,熊文. 軟土地基管樁擠土浮樁與處理方法研究[J].巖土工程學報,2006,28(5):549-552.

[3] 汪耀武,宋建學,王輝.靜壓管樁施工過程中的孔隙水壓力監(jiān)測[J]. 巖土工程界,2009(6).

CWERudonghaiOffshoreWindFarm(Intertidal)100MWDemonstrationProjectStaticLoadTestAbnormalConditionAnalysisandHandlingCondition

LI Hong-jian, WANG Peng, JIN Jing

(YangzhouYangziEngineeringQualityInspectionCo.,Ltd.,Yangzhou225004,China)

Static load test abnormal condition analysis and handling condition in booster station comprehensive building in CWE Rudonghai Offshore Wind Farm (Intertidal) 100MW Demonstration Project are analyzed in the paper. Precautions during construction such as real-time monitoring, etc. are proposed.

static load test; bearing capacity; detection resting stage

O348.2

A

1673-8241(2014)05-0051-03