海上風(fēng)電試樁工程靜動(dòng)對比分析

王小渭

（上海港灣工程質(zhì)量檢測有限公司，上海 201315）

華能灌云海上風(fēng)電場工程場址位于江蘇省連云港市灌云縣灌河口海域，場址南北寬約7.3km，東西長約8.5km，場址中心距離岸線約14km，場址東側(cè)距離燕尾港出港航道約2.5km，整個(gè)場址面積約為62km2，場址距離連云港港約30km，距離灌云燕尾港約14km。

本風(fēng)電場規(guī)劃總裝機(jī)容量為400MW，一期安裝71臺(tái)單機(jī)容量為4.2MW風(fēng)電機(jī)組，容量300MW，二期100MW布置于一期北側(cè)海域。風(fēng)電場配套建設(shè)一座220kV海上升壓站，海上升壓站位于風(fēng)場南側(cè)海域，升壓站規(guī)模按400MW設(shè)計(jì)，以兩回220kV海纜送至登陸點(diǎn)，并最終接入500kV南翼變電站。

為驗(yàn)證風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的基樁承載力和地質(zhì)資料，為后續(xù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化和施工提供更豐富的數(shù)據(jù)或信息，根據(jù)工程場區(qū)建設(shè)條件和風(fēng)機(jī)平面布置，選擇2臺(tái)機(jī)位開展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的試樁工作。2臺(tái)試樁機(jī)位選在2臺(tái)高樁承臺(tái)基礎(chǔ)位置（ZK6和ZK8）處。

1 工程概況

根據(jù)上?？睖y設(shè)計(jì)研究院有限公司《華能灌云300MW海上風(fēng)電場工程工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，ZK6機(jī)位鉆孔資料表明，地層上部為Ⅲ1淤泥質(zhì)粘土、Ⅲ2粉砂、Ⅲ3t砂質(zhì)粉土、Ⅲ3粉質(zhì)粘土、Ⅳ粉細(xì)砂、Ⅳt粉質(zhì)粘土、Ⅳ粉細(xì)砂、Ⅴ粉質(zhì)粘土、Ⅴt粉細(xì)砂、Ⅴ粉質(zhì)粘土、Ⅵ粘土、Ⅶ粉細(xì)砂，持力層選在Ⅶ粉細(xì)砂層。

ZK6機(jī)位鉆孔資料表明，地層上部為Ⅲ1淤泥質(zhì)粘土、Ⅲ2t粘質(zhì)粉土、Ⅲ2粉砂、Ⅲ3粉質(zhì)粘土、Ⅳ粉細(xì)砂、Ⅴ粉質(zhì)粘土、Ⅶ粉細(xì)砂、Ⅶt粉質(zhì)粘土。持力層選在Ⅶt粉質(zhì)粘土。

2 試驗(yàn)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)任務(wù)書要求，ZK6和ZK8兩根試樁在軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)前，應(yīng)先進(jìn)行高應(yīng)變復(fù)打。單樁軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)在保證錨樁（工程樁）安全的前提下，抗壓承載力要求盡量加載至破壞。試樁要求抗壓極限承載力預(yù)估值為不小于24000kN，最大試驗(yàn)荷載36000kN。每組試樁由1根試驗(yàn)樁（直樁）、4根錨樁（5:1斜樁）及2根基準(zhǔn)樁（直樁）組成。試驗(yàn)樁、錨樁使用Φ2000mm開口鋼管樁，基準(zhǔn)樁為Φ1200mm開口鋼管樁。單樁軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)采用快速維持荷載法。

軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)反力系統(tǒng)采用50000kN級反力梁系統(tǒng)，由四根錨樁提供試驗(yàn)反力，加載系統(tǒng)由10只5000kN級油壓千斤頂、70MPa超高壓油路和油泵組成，數(shù)據(jù)采集由RS-JYC基樁靜載荷測試系統(tǒng)自動(dòng)完成。加卸載時(shí)荷載由經(jīng)標(biāo)定合格的精密油壓表控制。

高應(yīng)變動(dòng)力測試采用美國PDI公司生產(chǎn)的PAX型打樁分析儀，錘擊裝置為IHCS-800液壓錘。

3 試驗(yàn)成果與分析

3.1 軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)

ZK6樁試驗(yàn)時(shí)，樁頂處于自由無約束狀態(tài)，試驗(yàn)加載過程按每級2400kN進(jìn)行加載至36000kN，滿足最大加載荷終止加載條件。試驗(yàn)從零加載至36000kN時(shí)，樁頂總沉降量為50.79mm，加載段的荷載～沉降曲線基本保持線性。分級卸載，卸載至零后的樁頂殘余沉降量為7.42mm。根據(jù)規(guī)范判定，ZK6樁單樁豎向抗壓極限承載力推薦值不小于36000kN。Q～s曲線見圖1。

ZK8樁試驗(yàn)時(shí)，樁頂處于自由無約束狀態(tài)，試驗(yàn)加載過程按每級2400kN進(jìn)行加載至33600kN時(shí)，試驗(yàn)平臺(tái)異響劇烈，考慮到試驗(yàn)安全，決定停止加載并分級卸載。試驗(yàn)從零加載至33600kN時(shí)，樁頂總沉降量為46.24mm，加載段的荷載～沉降曲線基本保持線性。卸載至零后的樁頂殘余沉降量為7.59mm。根據(jù)規(guī)范判定，ZK8樁單樁豎向抗壓極限承載力推薦值不小于33600kN。Q～s曲線見圖2。

圖1 ZK6樁抗Q～s曲線

圖2 ZK8樁抗Q～s曲線

3.2 高應(yīng)變動(dòng)力測試

高應(yīng)變復(fù)打測試主要結(jié)果見表1，CASE法分析結(jié)果，ZK6、ZK8試樁極限承載力分別為32438kN和30839kN，CAPWAPC法擬合分析結(jié)果，ZK6、ZK8試樁極限承載力分別為31143kN和30636kN。

表1 高應(yīng)變復(fù)打主要結(jié)果匯總

3.3 靜動(dòng)對比分析

高應(yīng)變與軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)對比分析結(jié)果見表2，從2根同時(shí)進(jìn)行過高應(yīng)變初、復(fù)打測試的試樁測試結(jié)果看，初、復(fù)打的承載力恢復(fù)系數(shù)在1.40～1.50之間，試樁動(dòng)、靜測試結(jié)果得到的軸向抗壓承載力的恢復(fù)系數(shù)為1.64。因初復(fù)打動(dòng)測間歇時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于動(dòng)靜測試間歇時(shí)間，且靜載試驗(yàn)結(jié)果相對準(zhǔn)確，建議取1.64。靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)較高應(yīng)變復(fù)打測試結(jié)果高10%～16%，主要原因是靜載試驗(yàn)較高應(yīng)變復(fù)打測試恢復(fù)時(shí)間較長。

表2 抗壓靜荷載試驗(yàn)與高應(yīng)變動(dòng)力測試結(jié)果對比

說明：

①恢復(fù)系數(shù)=極限承載力值/初打時(shí)的靜土阻力值；

②高應(yīng)變初打靜土阻力值取自《華能灌云海上風(fēng)電項(xiàng)目試樁工程基樁試驗(yàn)報(bào)告》。

4 結(jié)語

華能灌云海上風(fēng)電項(xiàng)目試樁工程，通過對試樁進(jìn)行軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)和高應(yīng)變動(dòng)力測試，通過對比分析，得到如下結(jié)論：

（1）在該試樁區(qū)地質(zhì)條件下，采用工作性能正常的IHCS-800液壓錘可以滿足同類型工程樁的沉樁施工要求，且沉樁以標(biāo)高控制為主，貫入度控制為輔，能夠達(dá)到很好的沉樁效果。

（2）ZK6、ZK8試樁軸向抗壓Q～S曲線均為緩變形，極限承載力分別不小于36000kN、33600kN，對應(yīng)的樁頂沉降量分別為50.79mm、46.24mm，表現(xiàn)出很好的承載能力和變形能力，滿足工程設(shè)計(jì)要求。

（3）2根試樁單樁軸向抗壓試驗(yàn)均未做到樁周土體破壞，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力未充分發(fā)揮。ZK6試樁樁端阻力為3514kN，占最大加載值得9.8%，ZK8試樁樁端阻力為1557kN，占最大加載值4.6%。

（4）綜合動(dòng)、靜測試結(jié)果，該區(qū)域單樁軸向抗壓承載力的恢復(fù)系數(shù)為1.64。

（5）為設(shè)計(jì)確定工程樁長度等樁基設(shè)計(jì)參數(shù)以及合理選擇沉樁設(shè)備和工藝提供可靠依據(jù)。