混凝土灌注桩设计和试验对比分析.pdf

2 0 1 6年 1 0月 第 4 4卷 第 5期( 总第 2 4 6期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Oc t 2 0 16 Vo 1 4 4 No 5 ( S e r No 2 4 6 ) 混凝土灌注桩设计和试验对 比分析 Co mp a r i s o n a n d Ana l y s i s of Con c r e t e Fi l l i n g Pi l e De s i g n a n d Te s t 许 庆贵 ( 中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公 司， 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘要 ： 以单机 容量为 3 Mw 的风 电场为例 ， 介 绍了项 目拟建 场区的土层分 布情 况 ， 通 过风 电行 业专业软件计 算 ， 每座风机基础 需要 布桩 2 4根 ， 基桩最大轴 向压力为 2 3 9 0 9 k N， 基桩 最大沉降量为 2 1 6 mm， 并进行试 桩试验 ， 试 验采用 4锚 1 方式 。 试验 结果 ： 单桩竖 向承载力特 征值 为 2 7 0 0 k N， 比计算值增加 4 0 0 k N； 竖向荷载作用下 ， 沉降 量 为 1 3 6 1 mm， 比计算 值减少 8 mm。 关键词 ： 混凝土灌注桩 ； 承载力 ； 沉 降 中图分类 号 ： T U4 7 3 1 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 1 6 ) 0 5 0 0 0 5 0 3 灌 注 桩 系指 在 工 程 现场 通 过 机 械钻 孔 、 钢 管 挤 土或人力挖掘等手段在地基 土中形成桩孑 L ， 并在其 内放置钢筋笼、 灌注混凝土而做成 的桩 。 钻孔灌注桩 广泛应用于民用建筑 、 工业建筑、 水利水 电及桥梁码 头等工程建设 中。 依照成孔方法不同 ， 灌注桩又可分 为沉管灌注桩、 钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等 。 钻孔灌 注桩的施工 ， 因其所选护壁形成 的不同， 分为泥浆护 壁方式法和全套管施工法 。 灌注桩的特点有 ： 施工噪 声及震动小 ； 可建造直径 比预制桩大的桩 ； 在各种地 基上均可使用 ； 施工质量对桩的承载力影响较大； 混 凝 土质 量较 难控 制 。 1 地 质概况 本文以单机容量为 3 Mw 的风电场为例 ， 风机 轮毂高度为 9 0 m， 叶片长度为 1 2 0 m。由于单机容 量较大， 轮毂较高 ， 风电机组对基础不均匀沉降较敏 感 ， 如果产生不均匀沉降， 将会影响风 电机组运行安 全 ， 容 易产 生倒 塔 或变浆 困难 。 项 目拟 建场 区地势 平 坦开阔 ， 区域地层岩性主要为第 四系沉积的粉土、 粉 质 黏 土及砂 土 。土 层 主要分 布如 下 。 a 第 1层粉砂 ： 灰黑 、 褐 黄色， 稍湿 ， 松散 ， 主要 矿物成分为长石、 石英 ， 层厚 1 0 0 I 2 0 m。 b 第 2层粉砂 ： 浅黄 、 褐黄色 ， 稍湿 ， 稍密 ， 主要 矿物成分为长石、 石英 ， 层厚 5 9 O 7 3 0 m。 c 第 3层 粉 土 ： 灰 黄 、 黄 褐 色 ， 湿 ， 稍 密 ， 土 质 不 均匀 ， 混粉 细砂 颗粒 ， 含 氧化 铁 ， 摇 震反 应不 明显 ， 干 强度 、 韧性低 ， 层厚 6 1 0 6 8 O m。 d 第 4层 粉砂 ： 黄褐 色 ， 稍湿 ， 中密 ， 主 要矿 物成 分为 长石 、 石英 ， 颗 粒较 均匀 ， 局部 粉土 夹层 ， 摇震 反 应不 明显 ， 干强 度及 韧性 低 ， 层厚 3 8 0 5 5 0 m。 e 第 5层 细砂 ： 灰 黄 、 灰褐 色 ， 饱 和 ， 密 实 。主要 矿物 成分 为长 石 、 石 英 ， 颗粒 较均 匀 ， 摇 震反 应迅 速 ， 层厚 3 5 O 5 O 0 m。 f 第 6层 粉 土 ： 灰 褐 色 ， 饱 和 ， 中 密 ， 土 质 不 均 匀 ， 混粉 细砂颗 粒 ， 层厚 2 5 O 3 6 0 m。 g 第 7 层 细砂 ： 灰 褐色 ， 饱 和 ， 密 实 ， 主要矿 物成 分为长石 、 石英 ， 颗粒较均匀 ， 砂 质较 纯净 ， 含有机 质 ， 摇震 反应 迅速 ， 揭露 最 大厚度 1 O 5 O m。 2 混凝 土灌 注桩设计 风 机基 础按 照 F D 0 0 3 - 2 0 0 7 风 电机 组地 基基 础 设 计 规 定 ( 试 行 ) 要 求 设 计 ， 塔 筒 底 部 荷 载 见 表 1 ， 其中荷载未包含荷载修正安全系数 1 3 5 。 表 1 风力发 电机组荷载 收稿 日期 ： 2 0 1 6 0 6 0 6 作者简介 ： 许庆贵 ( 1 9 7 1 ) ， 男 ， 高级 工程 师， 从事土建设计 管理 工作 5 2 0 1 6年 1 0月 第 4 4卷 第 5期( 总第 2 4 6期) oc t 2 01 6 Vo 1 4 4 NO 5 ( S e t NO 2 4 6 ) 根 据 工程 地 质情 况 ， 采 用 桩直 径 为 8 0 0 mm， 有 效 桩 长 为 2 2 I I 1 ， 桩 端持 力 层 为 第 5层 细 砂 ， 由于 地 下水 位 较高 ， 采 用 泥浆 护壁 ， 根 据 J GJ 9 4 2 O O 8 建 筑 桩 基 技 术 规 范 计 算 ， 单 桩竖 向承 载力 特 征值 为 2 3 0 0 k N， 抗 拔 承载力 特征 值 为 6 5 0 k N。通 过风 电 行业专业软件计算 ， 每座风机基础需要布桩数量为 2 4根 ， 基 桩最 大 轴 向压 力 为 2 3 9 0 9 k N， 基 桩 最 大 沉 降量为 2 1 6 mm。 3 试桩试验 为 了 与设 计方 案 对 比， 在施 工 工 程桩 之 前 进行 试桩试验。 试验选择在地质条件不利地段 ， 试桩与工 程 桩在 桩 型 、 配筋 等 方 面一 致 ， 试 验 3组 ， 采 用 4锚 1 方式 ， 每根试桩用 4根锚桩提供反力 ， 反力梁由 1 根主梁和 2根次梁组成 ， 共 同构成锚桩横 梁反力系 统 。 所有构件经强度和变形验算均合格 ， 锚桩抗拔力 经验算合格 。 a 加 载装 置 ： 由 3个 型 号 、 规 格 均 相 同 的 5 0 0 t 油 压 千 斤 顶及 与之 配 套 的 高压 油 泵 进 行加 载 ， 3 个 千 斤 顶 的合力 中心 与试 桩 轴线 重 合 ， 加 载控 制 通 过 J C Q 5 0 0 F油 泵流 量 自动控制 器实 现 。 b 桩顶沉降观测 ： 用 J c Q一 5 0 0 D桩基 自动测量 仪及与之配套的电子位移传感器 ， 其分辨率为 0 0 1 mm。 电子位移传感器( 4个) 正交对称安放在试验桩 侧 ， 距桩 头 0 5 m。 C 桩身应力测试 ： 在钢筋笼制作时 ， 将钢筋应力 计 焊 接在 主 筋上 ， 首 先 把连 接 杆 带螺 纹 的 一端 拧 入 钢筋计 中， 直到拧 紧为止， 然后连接杆与主筋相匹配 对齐 ， 两边 相应长 的钢 筋 与其满焊 。 试 验装 置示 意 图 见图 1 。 采用慢速荷载维持法逐级加荷 ， 每级荷载的 沉降速率达到相对稳定标准后再加下一级荷载 。 d 荷 载 分级 ： 加 荷 分级 为 1 5 0 0 、 2 2 5 0 、 3 0 0 0 、 3 7 5 0、 4 5 00、 5 2 5 0、 6 00 0、 6 7 5 0、 7 5 0 0 kN 。 e 观 测与记 录 ： 每级 加 载后 ， 第 5 、 1 0 、 1 5 rai n各 测读 1 次桩顶沉降 ， 以后每 1 5 rai n读 1 次 ， 累计 1 h 后每 隔 3 0 mi n读 1次 。 4 试验结果 图 1试 验 装 置 示 意 图 本 次 单桩 竖 向静 载试 验 均 满足 ： 某 级 荷载 作 用 下 ， 桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的 2 倍 ， 且 经 2 4 h尚未 达到 稳定 ； 终 止条 件 ： 属 于地基 土 刺 人性破 坏 。 单 桩竖 向抗 压静 载荷试 验 结果 见表 2 ， 荷载一 位移 ( Q 一 5 ) 沉降曲线见图 2 。 5 设计计算与试验对 比分析 通 过试 验 ， 单 桩 竖 向承 载 力特 征 值 为 2 7 0 0 k N， 比计算值增加 4 0 0 k N， 提高 l 7 左右。竖 向荷 载 作用下 ， 沉 降量 为 1 3 6 1 mm， 比计算 值减 少 8 mm， 减 少 3 7 。 从 图 2可 以看 出 ， 试 验桩 在 加 载 时 曲线 基 本呈 线性状 ， 未出现陡变 ， 地基土和桩身未破坏 。计算值 与试验 值产 生偏 差 的原 因分析 如下 。 a 桩径 大 小 、 施 工 工艺 、 土层 分 布 状 况 、 成 桩效 应 、 桩尺寸等均对桩基承载力有一定的影响。 b 地 质 勘查 单 位 提供 的土 层极 限侧 阻 力 、 极 限 端 阻 力 采 用 经 验取 值 与 J G J 9 4 2 0 O 8相 结 合 的方 式 ， 取值 偏小 ， 偏 于安 全 。 表 2单桩竖 向抗 压静 载荷试验结果 k N 6 2 0 1 6年 1 0月 第 4 4卷 第 5期 ( 总第 2 4 6期 ) Oc t 2 01 6 Vo1 4 4 No 5( Se r No 2 46 ) Q k N 0 l 2o 0 24 0 0 36o 0 4 8 o o 600 0 8 1 6 g 要 2 4 3 2 4 ( 】 Q Q l 【 N 0 1 2 0 0 2 4 0 0 3 6 0 0 4 8 0 0 60 0 0 0 1 5 0 0 3 0 0 0 4 5 0 0 60 0 0 7 5 0 0 3 6 皇 曼 9 1 2 1 5 4 8 鲁 星 1 2 1 6 2 O a F 2 8 1 试桩 b F 2 8 2试桩 c F 2 8 3 试桩 图 2 试 桩 Q S 曲线 C 目前沉降计算理论是按照实体深基础计算模 型 ， 采 用 弹 性 半 空 间 表 面 荷 载 下 布 辛 尼 斯 克 ( B o u s s i n e s q ) 应 力 解 计 算 附加 应 力 ， 用 实 体 深 基 础 法计算沉降 ， 其附加应力按 B o u s s i n e s q应力解计算 与实际不符 ( 计算应力偏大) ， 且实体深基础模型不 能反映桩的长径 比影响 ； 另外 ， 桩基沉降计算经验系 数 为经 验值 ， 与 实 际略有 差异 。 6 结论 单 桩竖 向承 载力计 算 与土 强度 参数 、 成 桩 工艺 、 计 算模 式不 确定 性影 响 的可靠 度分 析有关 ， 因此 ， 现 阶段单 桩竖 向承 载力仍 以原位原 型试 验为 最可 靠 的 确定方法。 对于不 同桩基设计等级， 应 由不同可靠性 水 准 的单桩 竖 向极 限承载 力确定 。 ( 编 辑 吴 娜) ( 上 接 第 4 页) e 充 电基础设施建设应符合环境保护和防火安 全 的要 求 ， 不 应 靠 近 有爆 炸 或 火 灾等 潜 在 危 险 的 区 域 ， 并应充分利用就近的供电、 交通、 消防、 给排水及 防洪等公共设施 。 6 结论 充 电基 础 设施 建设 的大 力 推广 ， 将 有 利 于 解决 电动 汽 车充 电难 题 ， 是 发展 新 能 源 汽 车产 业 的重要 保 障， 对于打造大众创业 、 万众创新和增加公 共产 品 、 公 共服 务 “ 双 引擎 ” ， 实现 稳增 长 、 调结构 、 惠 民生 具 有重 要 意义 。 “ 十三五” 期 间， 为切实落实 国家相关政策和发 展要求 ， 吉林省应积极寻求破解 电池低温 问题 的途 径， 并从规划、 财政支持及舆论宣传等多方面人手， 推进 电动汽车行业发展， 做好充 电基础设施 的配套 建设 工 作 。 参 考 文 献 ： 1 吉林 省统 计局 ， 国家统计 局 吉林调查 总 队 2 0 1 6年吉 林省统计 年鉴E M 北京 ： 中国统计出版社 ， 2 0 1 6 2 魏宏亮 ， 李群 英 ， 冯利 民 大规 模电动汽 车充 电对 吉林 省供 电负荷 的影响 I- J 吉林 电力 ， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 3 ) ： 2 8 3 0 3 薛佳平 ， 张黎丽 弹性 系数 法和回归分析法在预测 中的 比较 J 山西建 筑 ， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 1 9 9 2 0 1 4 史维 华 区域电 网电动汽车充放 电与风 电协 同调度 的 研究 D 济南 ： 山东科技 大学 ， 2 0 1 2 5 张 伟华 电动汽 车充 换 电服务 网络 构成 研究 D 北 京 ： 华北 电力大学 ， 2 0 1 2 E 6 肖湘宁 ， 温剑锋 ， 陶顺 ， 等 电动汽车充 电基础设施规 划 中若干 关键 问 题 的研究 与 建议 J 中国高 新技 术 企 、 l ， 2 O 1 4 ( 8 )： 1 1 0 ( 编 辑李健 平) 7