大唐国际东营一期49.5mw风电场工程桩基施工与其原体试验

'探矿工程(岩土钻掘工程)2010年第37卷第9期大唐国际东营一期49．5MW风电场工程桩基施工及其原体试验李吉林，张旭虎(1．山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250100；2．河北省环境地质勘查院，河北石家庄050021)摘要：大唐国际东营风电一期工程拟建风电场场区位于东营市东部沿海区域，拟建场地上覆第四系地层，结构松散，厚度较大，工程性质较差，地基强度较低，不能满足重要建(构)筑物对其强度及变形的要求，且场地内的饱和粉土及砂土在地震影响烈度达Ⅶ度时将可能产生液化现象，因此需进行地基处理。根据现场岩土条件，拟采用预应力高强混凝土管桩(PHC)，需进行桩基原体试验。主要介绍了桩基原体试验施工过程、检测方法及试验成果等。关键词：桩基；原体试验；预应力高强混凝土管桩中图分类号：TU473．13文献标识码：A文章编号：1672—7428(2010)09—0040—06PiIeFoundationConstructionof49．5MWWindFarmProjectforDongyingFirstPhaseofDatangInternationalandPrototypeTesting／L／J／一lin，ZHANGXu～hu(1．ShandongElectricPowerEngineeringConsultingInstituteCo．，Ltd．，JinanShandong250100，China；2．EnvironmentalGeologyExplorationInstituteofHebeiProvince，ShijiazhuangHe-bei050o21．China)Abstract：DongyingwindpowerfirstphaseprojectofDatangInternationalwasplanedinthepositionofthecoastalareaeastofDongyingCity，theoverlyingquaternarystrataisthickandloosewithpoorengineeringpropertyandlow—intensityground，Calnotsatisfytherequirementofstrengthanddeformationfortheimportantbuilding(structure)，thesaturatedsihandsandclaymayproduceliquefiednaturalphenomenonintheVIIdegreesofearthquakeintensity．Accordingtothesitegeoteehniealconditions，the~undationtreatmentwasplanedwithpre—stressedhigh—strengthconcretepipepile(PHC)，andtheprototypetestingwasneeded．Thepaperintroducedtheconstructioncourseofprototypetestingforpilefoundation，detectionmethodandtestresults．Keywords：pilefoundation；prototypetesting；pre—stressedhigh—strengthconcretepipepile1工程概况(100)一28a预应力高强混凝土管桩。大唐国际东营风电一期工程装机容量为49．5本次桩基试验桩位平面布置如图1所示。MW，拟建风电场场区位于东营市东部沿海区域，防诫Ei=4l49】09．844浪堤西侧约4km，吹填北围堰以北至明源闸问2．5km，占地约7km。拟安装33台单机容量为1500kW的风力发电机组。拟建场地上覆第四系地层结：构松散，工程性质较差，地基强度较低，由于其厚度较大，不能满足重要建(构)筑物对其强度及变形的一上一一一一i—岛要求，且场地内的饱和粉土及砂土在地震影响烈度锚桩共8根l——盟——十r—巡—L—+叶———————+_r———寸————达Ⅶ度时将可能产生液化现象，因此需进行地基处图1试桩平面图理。根据现场岩土条件，拟采用预应力高强混凝土管桩(PHC)，需进行桩基原体试验¨J。2地质条件根据设计要求，本工程布置1组试桩。试桩的2．1地形地貌反力由锚桩提供，每根试桩使用4根锚桩提供反力。拟建场址区地形较平坦，地貌成因类型为海积为重复利用锚桩，节省费用，3根试桩集中布置，共平原，地貌类型为海滩。地面高程为1．77—5．31采用8根锚桩。试桩和锚桩采用PHC—AB500m0收稿Et期：2010—03—23：修回日期：2010—06—06作者简介：李吉林(1977一)，男(汉族)，安徽人，山东电力工程咨询院有限公司工程师，工程地质专业，硕士，从事基础处理工作，山东省济南市华龙路1665号电力咨询大厦1415室，fecljl@163．toni。 2010年第37卷第9期探矿工程(岩土钻掘工程)412．2地层结构隙，上下桩节的中心偏差均控制在小于2mm；拟建场址区勘测深度内揭露地层主要为第四系(5)接桩采用二氧化碳气体保护焊，焊接前将全新统海陆相交互沉积层(Q)，局部地表分布有端板上的剖口进行除锈，露出金属光泽；第四系人工填土层(Q)。岩性为素填土、粉土、淤(6)试桩的沉桩记录：沉桩过程中，有专人记录泥质粉质粘土、粉质粘土和粉砂。每米锤击数、总击数、最后10击的贯入度，打桩机及锤型号、规格、锤跳高度、打桩历时及打桩异常情况3基桩的设计与施工等。根据设计要求，预应力高强混凝土管桩试桩施3．3成桩过程分析工应遵照《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)、《电沉桩采用D50柴油锤进行，试桩和锚桩桩长为力工程地基处理技术规程》(DL／T5024—2005)及28．0m，人土深度为27．5m。《先张法预应力混凝土管桩》(GB13476—1999)的根据钻孔柱状图，从22．40m进入⑨粉土层，因有关规定进行。本次试桩沉桩选用D50筒式柴油此，统计各桩桩端进入22．00m之后的每米锤击数、锤，采用重锤轻打的方法，同时应采取措施以减少锤总锤击数及占沉桩总锤击数的比例为：击数，避免桩头打碎。试桩T1桩端进入22．0m后，每米锤击数在293．1试桩设计～175击之间，总锤击数为633击，约占沉桩总锤击试桩及锚桩均选自国家标准图集预应力混凝土数的53．69％；管桩(03SG409)，并采用相同的桩型及桩长，采用试桩桩端进入22．0m后，每米锤击数在37PHC—AB500(100)一28a预应力高强混凝土管桩。～167击之间，总锤击数为639击，约占沉桩总锤击桩端全断面进入⑨层粉土3．0～5．0m，属于端承摩数的58．62％；擦桩。试桩T3桩端进入22．0m后，每米锤击数在36锚桩打到设计标高后进行筒内配筋后浇C40～184击之问，总锤击数为756击，约占沉桩总锤击混凝土，每根锚桩筒内配10根028锚筋，锚筋单根数的61．87％；长7．12in，伸出桩头1．12m，钢筋制安完毕后浇筑锚桩M1桩端进入22．0m后，每米锤击数在38混凝土，混凝土内掺早强剂及膨胀剂，并严禁进水。～168击之间，总锤击数为645击，约占沉桩总锤击C40混凝土配合比见表1。数的57．33％；锚桩M2桩端进入22．0m后，每米锤击数在37表1C40混凝土配合比表～171击之问，总锤击数为621击，约占沉桩总锤击数的56．30％；锚桩M3桩端进入22．0m后，每米锤击数在29～162击之问，总锤击数为619击，约占沉桩总锤击数的59．58％；3．2施工要求锚桩M4桩端进入22．0m后，每米锤击数在36预应力混凝土管桩施工要求为：～172击之间，总锤击数为638击，约占沉桩总锤击(1)施工前，将管桩堆放场地进行平整、压实，数的54．95％；管桩堆放时底层桩在距桩端0．2L(L为桩长)处加锚桩M5桩端进入22．0m后，每米锤击数在26垫木，由于现场较开阔，管桩堆放层数为一层；～152击之问，总锤击数为522击，约占沉桩总锤击(2)设备进场前，修建临时进场道路，临时道路数的58．72％；路宽>6m，弯道曲率半径>12m；锚桩M6桩端进入22．0m后，每米锤击数在28(3)打桩过程中，利用经纬仪从两侧校正桩的～175击之间，总锤击数为568击，约占沉桩总锤击垂直度，使桩保持垂直，避免桩身倾斜，控制桩垂直数的54．46％；度偏差不超过0．5％，打桩时，使桩锤、桩垫和桩身锚桩M7桩端进入22．0m后，每米锤击数在3l在一条直线上，不偏心锤击，桩垫损坏时应及时更～158击之间，总锤击数为593击，约占沉桩总锤击换，使得桩头保持完整；数的57．85％；(4)接桩时，上下桩节垂直，桩节之间不留空锚桩M8桩端进入22．0m后，每米锤击数在35 42探矿工程(岩土钻掘工程)2010年第37卷第9期n眨Ⅲ№№№～192击之间，总锤击数为658击，约占沉桩总锤击安设位移百分表测量桩顶沉降量，每根锚桩上垂直O擅O孤O孤O擅OO缀0孤O孤O孤0孤O擅数的57．27％。架设机械百分表，测量锚桩上拔量。由于进入⑨粉土层较深，锤击数较高，桩头及桩基准5桩5为545根钢5管5，5打5入5土5中5，基准梁为30槽身容易损坏，工程桩制桩时应该严格控制桩身质量，钢。试验装置见图2。防止沉桩时桩头或桩身打坏，造成沉桩困难。此外，工程桩施工时，由于群桩施工，造成土的挤密效应，可能会产生沉桩困难，应考虑选用大一级桩锤进行‘压力表沉桩的辅助措施。锚筋54354445453停锤标准以标高控制为主、贯人度控制为辅，尽，百分表锚桩量控制打桩贯入度在3—5mm／击。进入持力层⑨粉土层约5．1In，最后三阵平均贯入度为3．7—5．3cm／lO击。⑨粉土层密度为中1一一密～密实。试桩、锚桩施打情况见表2。)()主粱。一／表2试桩、锚桩施打情况一览表I／_。—_-_—r---__，’l一一0桩号攀／[cm~百分表⑨粉土11795．3、(⑨粉土10904．3(／＼锚j⑨粉土12223．7⑨粉土11255．3图2竖向静载荷试验装置示意图⑨粉土11035．0⑨粉土10395．O4．1．1．2荷载施加⑨粉土11614．3试验按《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—⑨粉土8895．3⑨粉土10435．02003)中第4款单桩竖向抗压静载试验进行，采用慢⑨粉土10255．3速维持荷载法，试验荷载分级施加，每一级荷载下沉⑨粉土11494．O量达到稳定标准后再加下一级荷载，直至试桩破坏。每级荷载增量为预估极限承载力的1／10，第一级按打桩时在锤与桩帽及桩帽与桩之间均加设硬木、硬纸板等弹性衬垫，以加强对桩头的保护。桩端2倍分级荷载加荷。每级荷载施加后第一小时内第5、10、15、30、45、60min观测一次读数，然后每3O进人持力层⑨粉土层较大，锤击数较高。桩头均保rain测读一次，直至沉降达到稳定标准。然后施加护良好。下一级荷载，直至满足试验中止加载条件。4．1．1．3沉降稳定标准4基桩原体试验每一小时的沉降不超过0．1mm，并连续出现24．1单桩竖向静载荷试验次(由1．5h内连续3次观测值计算)，认为已达到4．1．1试验方法相对稳定，可加下一级荷载。4．1．1．1试验装置4．1．1．4终止加载条件竖向静载荷试验在管桩沉桩完成并休止15天，当出现下列情况之一时，即可终止加载：单桩竖向静载荷试验采用锚桩提供反力，试验主要(1)某级荷载作用下，桩顶沉降量为前一级荷装置由一根7000mm×680mmx1200mm钢梁作主载作用下沉降量的5倍；梁，两根6000mmx450mmx8001Tim钢梁作副梁，(2)某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级及压板、拉杆和固定螺栓等附件组成。荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对反力由4根锚桩提供，用2台6300kN千斤顶稳定标准；提供顶力，电动油泵及0．5MPa精密压力表测定与(3)已达到锚桩的最大抗拔力时。控制加、卸载量。4．1．1．5卸载与卸载沉降观测在试桩顶下距桩顶0．5倍桩径的桩周4个方向 2010年第37卷第9期探矿工程(岩土钻掘工程)43卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60rain试桩各级荷载作用下的沉降量汇总见表4。测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸荷至零表4试桩沉降量汇总表后，应测读桩顶残余沉降量，维持时问为3h，测读时问为第15、30min，以后每隔30min测读一次。4．1．1．6单桩竖向抗压极限承载力p的综合确定1．241．902．031．992．753．63(1)根据沉降随荷载变化的特征确定。对于陡2．944．015．66降型Q—S曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的4．555．758．29荷载值。6．478．05l1．47(2)根据沉降随时间变化的特征确定。取s—9．2211．3215．3312．6314．9l32．74l曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。17．0119．261l3．04(3)在某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一22．3890．12112．34级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相28．44107．9l83．66102．05对稳定标准，取前一级荷载值。92．84(4)对于缓变型9一s曲线可根据沉降量确定。宜取5=40mm对应的荷载值；当桩长>40m时，宜4．1．3试验结果分析1122233444考虑桩身弹性压缩量；对直径≥8()(】mm的桩，可取s4．1．3．1试验结果nO舳O加O∞O∞O∞O∞0加O∞O∞O∞O踟=0．05D(D为桩端直径)对应的荷载值。试验资料主要数据见表5。勰004．1．1．7单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定表5试验资料统计表应符合下列规定55试桩号最大加载量／kN总沉降量／mm终止加载原因(1)参加统计的试桩结果，当满足其极差不超⑨⑨过平均值的30％时，取其平均∞值为单勰桩竖向∞抗压极粉粉∞∞∞∞∞∞∞∞∞土土限承载力；(2)当极差超过平均值的30％时，应分析其极∞4．1．3．2单桩竖向抗压极限承载力的确定∞∞差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时根据各试桩竖向静载荷试验结果，按《建筑基可增加试桩数量；桩检测技术规范》(JGJ106—2003)中第4．4．2条的(3)对桩数为3根∞或∞3∞加根∞以∞如下∞鲫的∞砌柱∞下∞承∞加台∞，或o取值要求，将各试桩确定的单桩极限承载力列于表∞工程桩抽检数量少于3根，应取低值。6。单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特表6试桩竖向抗压极限承载力及竖向承载力特征值征值R应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。恭编篙号／蓑霍m度／m持力层限承载力／kN。2一，4．1．2试验成果试桩T1、T2、rI13的加荷等级详见表3。表3加荷等级表根据上表所列结果，场地的单桩竖向极限承载力：最大值为4000kN，最小值为3500kN，平均值为3700kN，极差值为500kN，极差小于平均值的30％，根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2003)中第4．4．3条的要求，确定试桩单桩竖向极限承载力Q．．=3700kN。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2003)中第4．4．4条的要求，单桩竖向承载力特征值R=1850kN。4．2单桩水平静载试验 探矿工程(岩土钻掘工程)2010年第37卷第9期4．2．1试验方法(1)取Ito—t—Yo曲线产生明显陡降的前一级；^^4．2．1．1试验装置(2)取风一曲线上第二拐点对应的水平荷试验按《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—』102003)中第6款单桩水平静载试验进行。试验采用载值；单向多次循环加载法，由锚桩提供反力，由千斤顶施(3)取桩身折断或受力钢筋屈服时的前一级水加水平推力，压力传感器控制推力，试验装置见图平荷载值。3。桩的水平位移由位移传感器和自动记录仪进行4．2．1．6单桩水平极限承载力和水平临界荷载统数据采集。计值的确定应符合下列规定(1)参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30％时，取其平均值；干顶丫(2)当极差超过平均值的30％时，应分析其极／锚桩／差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时可增加试桩数量；f，，，，——_／一——工字新r(3)对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根，应取低值。厂4．2．2试验成果分析试编n眭号根据各试桩水平静载荷试验结果，按《建筑基／基准梁千水界桩检测技术规范》(JGJ平106荷—2003)中第6．4．3条和／临载第6．4．4条的取值要求，将各试桩确定的单桩水平粒工字钏水荷自343临界荷载和水平极限荷载列于表8。鲫锚桩。表8单桩水平临界荷载和极限荷载表，水限叭如水平位移＼、-撒10mm对应水荷的水平荷加M￡：载H／kN图3水平静载试验装置不惹图m54724．2．1．2加荷等级81每级荷载施加后4min测读水平位移，然后卸荷至零，2min后测读残余水平位移量，至此完成一根据上表所列结果，场地的单桩水平临界荷载：个加载循环。每级荷载完成5个循环。水平静载试最大值为45kN，最小值一为一3一6一kN，平均值为42kN，验加荷等级见表7。极差值为9kN，极差小于平均值的30％，根据《建筑表7水平静载试验加荷等级基桩检测技术规范》(JGJ106—2003)中第6．4．5条的要求，确定试桩单桩水平临界荷载H=42kN；场级数12345678910地的单桩水平极限荷载：最大值为90kN，最小值为荷载／kN918273645546372819072kN，平均值为81kN，极差值为18kN，极差小于4．2．1．3水平静载试验终止加载条件平均值的30％，根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ(1)桩身折断；106—2003)中第6．4．5条的要求，确定试桩单桩水(2)桩身水平位移超过40mm。平极限荷载H=81kN。4．2．1．4单桩的水平临界荷载综合确定方法所以确定单桩水平f临界荷载和极限荷载值为：(1)取Ho—t—Y。曲线出现拐点的前一级水平单桩水平临界荷载为42kN；荷载值；单桩水平极限荷载为81kN。(2)取一曲线上第一拐点对应的水平荷5基桩施工建议载值。5．1基桩的施工4．2．1．5单桩的水平极限承载力综合确定方法(1)根据基桩施工结果，采用筒式D50柴油锤 2010年第37卷第9期探矿工程(岩土钻掘工程)45进行沉桩是可行的，总锤击数在889～1222击之问。测技术规范》(JGJ106—2003)中第4．4．3条的要试桩全断面进入持力层⑨粉土层深度为5．10m，进求，确定试桩单桩竖向极限承载力P=3700kN。入⑨粉土层后的锤击数约占沉桩总锤击数的53．69根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—～61．87％。2003)中第4．4．4条的要求，单桩竖向承载力特征值(2)试桩停锤标准以标高控制为主、贯入度控R=1850kN。制为辅。试桩进入持力层⑨粉土层约5．10m，最后5．5单桩水平承载力三阵平均贯人度为3．7～5．3era／10击。根据试验结果，确定单桩水平临界荷载、极限荷(3)试桩由于进入持力层较深，锤击数较高，桩载。头及桩身容易打坏，工程桩制桩时应该严格控制以场地的单桩水平临界荷载：最大值为45kN，最下几点，防止沉桩时桩头或桩身打坏造成沉桩困难。小值为36kN，平均值为42kN，极差值为9kN，极差①控制桩身混凝土质量，达到试桩桩身混凝土小于平均值的30％，根据《建筑基桩检测技术规范》设计强度；(JGJ106—2003)中第6．4．5条的要求，确定试桩单②加强工程桩的养护，严格控制桩的养护龄期，桩水平临界荷载Hc=42kN；场地的单桩水平极限严禁施打没有达到养护龄期的桩；荷载：最大值为90kN，最小值为72kN，平均值为81③施工时应加强对桩头的保护，以免桩头破碎。kN，极差值为18kN，极差小于平均值的30％，根据(4)此外，工程桩施工时，由于群桩施工造成土《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2003)中第的挤密效应使土层局部变得更加密实，可能会出现6．4．5条的要求，确定试桩单桩水平极限荷载H=沉桩困难。设计需考虑工程桩施工发生沉桩困难81kN。时，采用大一级型号的桩锤进行沉桩或采取引孔的所以确定单桩水平临界荷载和极限荷载值为：辅助措施。单桩水平临界荷载为42kN。5．2工程桩停锤标准的确定单桩水平极限荷载，为81kN。根据本次试桩结果，建议工程桩根据持力层不根据水平力设计时，注意需根据有关规范对水同密实程度，进入持力层深度3．0～5．0m。施工时平力进行地震液化折减。停锤标准实行桩顶设计标高和桩身贯人度双控原则。以标高控制为主、贯人度控制为辅。如采用筒6结论式D50柴油锤或相同量级的桩捶进行施工，贯人度大唐国际东营风电一期工程拟建风电场场区位控制在3～5era／10击为宜。工程桩施工时如采用于东营市东部沿海区域，拟建场地工程性质较差，地其他型号的桩锤，停锤标准应该根据施工前的试打基强度较低，不能满足重要建(构)筑物对其强度及确定。变形的要求，通过采用预应力高强混凝土管桩5．3桩端持力层评价(PHC)进行桩基原体试验，对桩基施工过程及试验根据本次试桩结果，桩端全断面进入⑨粉土层成果进行分析，为工程桩施工提供可靠数据和经验，约5．10m，试桩最后三阵平均贯入度为3．7～5．3达到了试验的目的。em／10击，从竖向静载试验及高应变试验的结果可见，选用⑨粉土层作为桩端持力层是可行的。参考文献：工程桩施工中如遇透镜体较厚的地段，PHC管[1]叶真华，唐世栋，苏玉杰．桩基存在对基坑坑底变形性状的作用分析[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2009，36(1O)：45—48．桩需穿透局部分布的粉砂透镜体，若出现沉桩困难[2]蒋建平，高广运，汪明武．基于试验的群桩基础承载性状研究时，可采用引孔助沉措施。[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，20o4，31(6)：1—5．5．4单桩竖向承载力[3]宋小军，姚慧敏．天津地区淤泥类土对桩基质量的影响规律及防治方法[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2O04，31(12)：1—根据试验结果，确定单桩竖向极限承载力及单4．桩竖向承载力值。[4]徐新跃．确定桩基极限承载力的随机一模糊方法[J]．探矿工程(岩土钻掘二[：程)，20o4，31(5)：6—8．场地的单桩竖向极限承载力：最大值为4000[5]施建勇．地基基础理论及应用[M]．江苏南京：河海大学出版kN，最小值为3500kN，平均值为3700kN，极差值为社．2002．26—38．500kN，极差小于平均值的30％，根据《建筑基桩检'