海上风电试桩工程静动对比分析

王小渭

（上海港湾工程质量检测有限公司，上海 201315）

华能灌云海上风电场工程场址位于江苏省连云港市灌云县灌河口海域，场址南北宽约7.3km，东西长约8.5km，场址中心距离岸线约14km，场址东侧距离燕尾港出港航道约2.5km，整个场址面积约为62km2，场址距离连云港港约30km，距离灌云燕尾港约14km。

本风电场规划总装机容量为400MW，一期安装71台单机容量为4.2MW风电机组，容量300MW，二期100MW布置于一期北侧海域。风电场配套建设一座220kV海上升压站，海上升压站位于风场南侧海域，升压站规模按400MW设计，以两回220kV海缆送至登陆点，并最终接入500kV南翼变电站。

为验证风机基础的基桩承载力和地质资料，为后续风机基础设计优化和施工提供更丰富的数据或信息，根据工程场区建设条件和风机平面布置，选择2台机位开展风机基础的试桩工作。2台试桩机位选在2台高桩承台基础位置（ZK6和ZK8）处。

1 工程概况

根据上海勘测设计研究院有限公司《华能灌云300MW海上风电场工程工程地质勘察报告》，ZK6机位钻孔资料表明，地层上部为Ⅲ1淤泥质粘土、Ⅲ2粉砂、Ⅲ3t砂质粉土、Ⅲ3粉质粘土、Ⅳ粉细砂、Ⅳt粉质粘土、Ⅳ粉细砂、Ⅴ粉质粘土、Ⅴt粉细砂、Ⅴ粉质粘土、Ⅵ粘土、Ⅶ粉细砂，持力层选在Ⅶ粉细砂层。

ZK6机位钻孔资料表明，地层上部为Ⅲ1淤泥质粘土、Ⅲ2t粘质粉土、Ⅲ2粉砂、Ⅲ3粉质粘土、Ⅳ粉细砂、Ⅴ粉质粘土、Ⅶ粉细砂、Ⅶt粉质粘土。持力层选在Ⅶt粉质粘土。

2 试验方案

根据设计试验任务书要求，ZK6和ZK8两根试桩在轴向抗压静载荷试验前，应先进行高应变复打。单桩轴向抗压静载荷试验在保证锚桩（工程桩）安全的前提下，抗压承载力要求尽量加载至破坏。试桩要求抗压极限承载力预估值为不小于24000kN，最大试验荷载36000kN。每组试桩由1根试验桩（直桩）、4根锚桩（5:1斜桩）及2根基准桩（直桩）组成。试验桩、锚桩使用Φ2000mm开口钢管桩，基准桩为Φ1200mm开口钢管桩。单桩轴向抗压静载荷试验采用快速维持荷载法。

轴向抗压静载荷试验反力系统采用50000kN级反力梁系统，由四根锚桩提供试验反力，加载系统由10只5000kN级油压千斤顶、70MPa超高压油路和油泵组成，数据采集由RS-JYC基桩静载荷测试系统自动完成。加卸载时荷载由经标定合格的精密油压表控制。

高应变动力测试采用美国PDI公司生产的PAX型打桩分析仪，锤击装置为IHCS-800液压锤。

3 试验成果与分析

3.1 轴向抗压静载荷试验

ZK6桩试验时，桩顶处于自由无约束状态，试验加载过程按每级2400kN进行加载至36000kN，满足最大加载荷终止加载条件。试验从零加载至36000kN时，桩顶总沉降量为50.79mm，加载段的荷载～沉降曲线基本保持线性。分级卸载，卸载至零后的桩顶残余沉降量为7.42mm。根据规范判定，ZK6桩单桩竖向抗压极限承载力推荐值不小于36000kN。Q～s曲线见图1。

ZK8桩试验时，桩顶处于自由无约束状态，试验加载过程按每级2400kN进行加载至33600kN时，试验平台异响剧烈，考虑到试验安全，决定停止加载并分级卸载。试验从零加载至33600kN时，桩顶总沉降量为46.24mm，加载段的荷载～沉降曲线基本保持线性。卸载至零后的桩顶残余沉降量为7.59mm。根据规范判定，ZK8桩单桩竖向抗压极限承载力推荐值不小于33600kN。Q～s曲线见图2。

图1 ZK6桩抗Q～s曲线

图2 ZK8桩抗Q～s曲线

3.2 高应变动力测试

高应变复打测试主要结果见表1，CASE法分析结果，ZK6、ZK8试桩极限承载力分别为32438kN和30839kN，CAPWAPC法拟合分析结果，ZK6、ZK8试桩极限承载力分别为31143kN和30636kN。

表1 高应变复打主要结果汇总

3.3 静动对比分析

高应变与轴向抗压静载荷试验对比分析结果见表2，从2根同时进行过高应变初、复打测试的试桩测试结果看，初、复打的承载力恢复系数在1.40～1.50之间，试桩动、静测试结果得到的轴向抗压承载力的恢复系数为1.64。因初复打动测间歇时间远远短于动静测试间歇时间，且静载试验结果相对准确，建议取1.64。静载试验数据较高应变复打测试结果高10%～16%，主要原因是静载试验较高应变复打测试恢复时间较长。

表2 抗压静荷载试验与高应变动力测试结果对比

说明：

①恢复系数=极限承载力值/初打时的静土阻力值；

②高应变初打静土阻力值取自《华能灌云海上风电项目试桩工程基桩试验报告》。

4 结语

华能灌云海上风电项目试桩工程，通过对试桩进行轴向抗压静载荷试验和高应变动力测试，通过对比分析，得到如下结论：

（1）在该试桩区地质条件下，采用工作性能正常的IHCS-800液压锤可以满足同类型工程桩的沉桩施工要求，且沉桩以标高控制为主，贯入度控制为辅，能够达到很好的沉桩效果。

（2）ZK6、ZK8试桩轴向抗压Q～S曲线均为缓变形，极限承载力分别不小于36000kN、33600kN，对应的桩顶沉降量分别为50.79mm、46.24mm，表现出很好的承载能力和变形能力，满足工程设计要求。

（3）2根试桩单桩轴向抗压试验均未做到桩周土体破坏，桩侧摩阻力和桩端阻力未充分发挥。ZK6试桩桩端阻力为3514kN，占最大加载值得9.8%，ZK8试桩桩端阻力为1557kN，占最大加载值4.6%。

（4）综合动、静测试结果，该区域单桩轴向抗压承载力的恢复系数为1.64。

（5）为设计确定工程桩长度等桩基设计参数以及合理选择沉桩设备和工艺提供可靠依据。