中水电如东海上风电场(潮间带)100MW示范项目静载荷试验异常情况分析与处理

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(扬州市扬子工程质量检测有限公司，江苏 扬州 225004)

中水电如东海上风电场(潮间带)100MW示范项目静载荷试验异常情况分析与处理

李红建，王鹏，金晶

(扬州市扬子工程质量检测有限公司，江苏 扬州 225004)

本文介绍了中水电如东海上风电场(潮间带)100MW示范项目升压站综合楼静载荷试验异常情况分析与处理情况，提出了施工中应进行实时监测等需注意的问题。

静载荷试验；承载力；检测休止期

PHC管桩具有承载力高、造价低、适应性强、管桩工业化生产等特点，在沿海软土地区得到广泛应用。但由于地质条件、挤土效应、施工控制不当等容易产生一些问题，其中打桩结束后发生浮桩为一种比较常见的现象。桩身在上浮过程中，由于桩头抬空，造成桩头端承载力损失，根据当地高应变实测经验，管桩端阻力占全部承载力的20%～30%左右，直接影响到单桩承载力确定，使工程桩的极限承载力与同场地条件下的试桩出入较大。同时由于桩身在上浮时受较大的拉应力作用，易造成焊接部位拉裂，直接对桩身完整性造成损害，应引起各方的注意。现在将笔者遇到的中水电如东海上风电场(潮间带)100MW示范项目升压站综合楼、设备控制楼PHC管桩静载荷试验异常情况分析与处理情况介绍如下。

1 工程概况

中水电如东海上风电场(潮间带)100MW示范项目工程位于江苏省如东县洋口渔港凌洋外滩，处于黄海海域潮间带，场址沿海岸线方向直线长度约7km，垂直海岸线方向(离岸)宽度约3.7km，场址范围总面积约16.1km2。场区地势平坦，地面高程在-0.5～4m之间。总装机容量为100MW，建设10台单机容量为2.0MW的风电机组。配套建设一座220kV升压站。地基基础采用PHC管桩，布桩系数为5.2%。单桩竖向抗压承载力特征值为1300kN,在桩基施工过程中，根据施工记录，终压值普遍较低，最低值为2200kN，约为设计承载力极限值的84.6%。现场岩土工程勘察报告提供的地质情况见表1。

表1 岩土层物理力学指标

2 竖向静载荷试验异常沉降情况

由于施工工期较紧迫，该工程未进行工程试桩，在工程桩全部施工结束后，根据检测规范要求选取3根桩进行了静载荷试验，发现试验结果与设计有较大出入。静载荷试验结果见表2及下图。

表2 升压站综合楼工程桩静载荷试验结果

试验桩Q-S曲线图

a. 1号桩Q-S曲线为陡降型。在加载至第8级时，发生沉降量陡降，该级沉降量超过前一级的5倍，且超过40mm。根据建筑地基桩基检测技术规范取前一级对应的荷载为该桩极限承载力试验值，为2080kN。

b. 12号桩Q-S曲线也为陡降型。加载至第9级时，发生沉降量陡降，本级沉降量未超过前一级的5倍，但总沉降量已超过40mm。根据建筑地基桩基检测技术规范，取沉降40mm对应的荷载为该桩极限承载力试验值，为2459kN。

c. 36号桩Q-S曲线为缓变型。加载过程中，每级沉降量均较大，加载至2600kN时沉降量为42.65mm。 根据建筑地基桩基检测技术规范取沉降40mm对应的荷载为该桩极限承载力试验值，为2516kN。

3 原因分析及处理

根据静载荷试验规范要求，对于该场地休止时间不得少于25天，但由于受工期影响，进行试验的3根桩都未能满足休止时间要求，1号、12号桩Q-S曲线均为陡降型。分别加载至第8、第9级时沉降量急剧增大，相较试桩说明桩侧摩阻力已完全发挥，但桩端阻力损失程度较大。桩端持力层土体发生了破坏，桩端承载力丧失。36号桩Q-S曲线为缓变型，桩侧摩阻力与桩端阻力均得到一定程度的发挥，加载至2600kN时，沉降量虽然增大，但随着桩端土体被压密，承载力有一定程度的提高。

对比以上1号、12号、36号典型Q-S曲线可以发现，对于PHC管桩，承载力主要由桩侧摩阻力提供，但桩端阻力也有较大的影响。桩侧摩阻力降低的影响因素主要有下几点：

a.管桩施工时不可避免地对土体有大程度的扰动，造成土体承载力降低，虽经过休止期的恢复，但仍有一定程度的降低。Poulos[1]对预制混凝土群桩施工场地前后观测结果进行的统计分析表明：打入式施工后，现场地基土十字板剪切强度下降了15%。

b.桩侧摩阻力与桩端阻力是联合作用的，桩身上浮不但造成桩侧摩阻力降低，也会造成桩端阻力丧失。

c.桩身上浮时相对土体为向上运动，在上浮过程中土体会对桩产生负摩擦力，造成桩侧摩阻力降低，同时产生的作用于桩身的拉应力也会对桩身完整性有很大程度的损害。

静压法PHC管桩属于挤土桩，虽然会有部分土体从桩开口端进入桩体，但由于土塞效应的存在，在桩打入土体时，使桩周土体结构发生变化，改变了土体的应力状态，产生了较强的挤土效应，特别是在形成群桩效应时尤为明显。当桩头部位土体所承受的压应力超过其抗剪强度时，土体因发生剪切破坏而失去承载力。土体产生塑性流动(黏性土)或挤密侧移和下拖(砂土)，在地表处，黏性土体会向上隆起，砂性土则会被拖带下沉。在地面以下较深处，由于上覆土层的压力，土体主要沿桩周水平方向挤开，使贴近桩周处土体结构完全破坏[2]。

同时由于桩机施工过程中焊接时间过长，桩的接头较多而且焊接质量不好或桩端停歇在硬夹层，施工方法与施工顺序不当，每天成桩数量太多、压桩速率太快、布桩过多过密，加剧了挤土效应。对于饱和土，孔隙中充满水，当土体受到外力挤压时，土中原有水压力也会上升，上升的这部分压力就是超孔隙水压力了。一般来说，超孔隙水压力都有消散的趋势，随着时间的推移会消散掉。施工前在地下不同深度埋设测点，利用测点在施工前后和施工过程中进行测设而得到超孔隙水压力相关数据。

超孔隙水压力对桩基有较大的危害，可在桩基施工前插入塑料排水板减压[3]。

打桩速率对土体变形的影响主要是由超孔隙水压力引起的，在施工过程中超孔隙水压力的增长速度远快于消散速度。根据现场打桩时的监测资料，土体位移在经过了一夜施工间隙后，其回弹值相当可观，土体的变形，实际上是锯齿状变化上升的，如果不控制打桩速率而连续打桩，土体变形则呈线性上升。实际施工过程中，大多数情况下应注意安排合理施工时间，预留足够休止期。

打桩顺序的影响。由于先打入的桩对后打桩引起的位移有阻挡作用，故不同打桩顺序引起的土体位移也不同。桩的抗倾水平力对土体位移能起到约束作用。因此，通过打桩顺序的合理安排来控制局部土体的位移，并且可以计算出打桩引起的土体位移量。

4 结 语

本文针对中水电如东海上风电场(潮间带)100MW示范项目升压站综合楼静载荷试验异常情况，分析了有关地质条件、桩身因素、施工方面对单桩竖向抗压承载力的影响，旨在为PHC管桩在水利项目软土地基中应用及水工建筑物基础型式确定方面提供帮助。

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

[2] 张忠苗,辛公锋,俞洪良,熊文. 软土地基管桩挤土浮桩与处理方法研究[J].岩土工程学报,2006,28(5):549-552.

[3] 汪耀武,宋建学,王辉.静压管桩施工过程中的孔隙水压力监测[J]. 岩土工程界,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