某风电场PHC管桩原体试验研究与分析应用.pdf

传源卤环境能源与电力ISSN1672-9064CN35-1272/TK某风电场PHC管桩原体试验研究与分析应用张长飞（中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司可?福建福州350 0 0 3)摘要该文结合山东某风电场前期勘察报告，选取代表性场地进行PHC管桩基桩原体试验，确定施工工艺和施工参数，分析桩侧摩阻力的分布规律，计算出单桩竖向承载力及单桩水平承载力。通过对静载、高应变成果进行对比分析，确定高应变与静载的单桩承载力相对关系，为后续工程桩设计和检测提供对比和依据。关键词PHC管桩基桩原体试验静载试验高应变法中图分类号：TU473.13文献标识码：A文章编号：16 7 2-90 6 4(2 0 2 3)0 4-0 40-0 4基桩原体试验是根据勘察报告及当地经验，选定桩型及单桩竖向承载力特征值。施工前进行试验桩检测并确定单桩承载力，目的是为设计单位选定桩型和桩端持力层、掌握桩侧桩端阻力分布并确定基桩承载力提供依据，同时也为施工单位在新的地基条件下设定并调整施工工艺参数进行必要的验证1。通过基桩原体试验，还可以避免桩机全面进场后发现该桩型不适合本场地施工或单桩承载力不满足设计值，引起工期拖延和投资增加的情况2-3。勘察报告提供的数值可能相对保守，通过基桩原体试验可优化单桩承载力，提高工程建设的经济性和可靠性。本文根据桩基试验技术条件书、荷载情况及勘察报告等各方面因素，通过原体试验设计，针对PHC管桩开展了竖向静载荷、高应变法和水平静载荷等检测试验工作，为后续工程桩设计和检测提供对比和依据性资料，也为工程施工以及检测提供了必要的依据。1工程概况山东禹城某风电场项目规划装机容量50 MW(16x3.0MW+1x2.0MW），新建1座110 kV升压变电站。场区位于德州市禹城市李屯乡，面积约33.5km。场区内有水泥路和机耕道，交通较为便利。风电场地处平原地区，场内海拔高度在2 5m30m之间。2场区工程地质条件2.1地形地貌拟建场地地势开阔，地形平坦；拟建风机中心地面高程一般为2 3.18 2 5.39m；地貌类型为冲积平原。2.2地层岩性勘测揭露地层为第四系全新统冲积层(Q4)，岩性主要为粉质黏土、粉土、粉砂。揭露地层的主要特征描述如下：粉质黏土：黄褐色，软塑可塑状态，稍湿，切面光滑，无摇振反应，干强度一般，韧性一般，局部夹薄层状的粉土。层厚一般为 1.6 0 11.30 m。收稿日期：2 0 2 3-0 1-30作者简介：张长飞(198 7 一），男，硕士，高级工程师，主要从事岩土工程勘察与设计工作，研究方向为输变电工程、火电厂、风电场。粉土：褐黄色，稍密，稍湿 湿，摇振反应迅速，干强度低，局部夹薄层状的粉质黏土。层厚一般为1.10 12.7 0 m。-1粉质黏土：黄褐色，可塑状态，湿 很湿，含铁锈结核，切面稍光滑,无摇振反应，干强度中等，韧性中等。层厚一般为0.706.70 m。-2 粉砂：褐黄、灰黄色，稍密，饱和，颗粒级配差，分选性良好。层厚一般为1.8 0 m。粉土：褐黄、灰黄色，中密，湿 很湿，摇振反应迅速，干强度低，局部夹薄层状的粉质黏土，偶见姜石。层厚一般为1.204.50 m。-1粉质黏土：灰黄色，可塑状态，很湿，含铁锈结核，切面稍光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。层厚一般为0.8013.50 m。-2 粉砂：褐黄、灰黄色，稍密，饱和，颗粒级配差，分选性良好。层厚一般为1.7 0 3.10 m。粉砂：褐黄、灰黄色，以中密为主，局部稍密、密实，饱和，颗粒级配差，分选性良好。层厚一般为1.50 6.2 0 m。-1粉质黏土：灰黄、褐黄色，可塑状态，很湿，含铁锈结核,切面稍光滑,无摇振反应，干强度中等，韧性中等。层厚一般为 4.6 0 8.90 m。粉质黏土：褐黄色，硬塑状态，湿，含铁锈结核，切面稍光滑,无摇振反应，干强度中等，韧性中等。勘测未揭穿该层，揭露厚度为0.8 5 13.2 0 m。-1粉砂：黄褐色，以密实为主，局部中密，饱和，颗粒级配差，分选性良好。勘测未揭穿该层，揭露厚度为1.10 16.45m。-2 粉土：灰黄色，密实，饱和，摇振反应迅速，干强度低，局部夹薄层状的粉质黏土，偶见姜石。勘测未揭穿该层，揭露厚度为 1.55 3.6 5m。选取场地内具有代表性的风机位(1#风机)进行原体试验。3基桩原体试验设计3.1试验及检测内容1,4(1)通过试验桩和锚桩的施工，合理选择打桩机具设备，确2023.NO.4.40传源南环境能源与电力定打桩施工时的停锤标准，提出推算施工周期的依据。桩身完整性，估算不同深度处桩端阻力和桩侧摩阻力分布。(2)单桩竖向抗压静载试验，确定单桩竖向抗压极限承载3.2试验桩型力值。选用外径6 0 0 mm、壁厚110 mm的AB型预应力高强混(3)单桩水平静载试验，确定单桩水平承载能力。凝土管桩PHC600AB(110)型作为试验桩型5,试验桩桩型及(4)低应变法,检测基桩的桩身完整性,判别桩身的缺陷参数详见表1。程度及位置。3.3试验区桩位布置(5)高应变法,检测单桩竖向抗压承载能力和检测基桩的试验区桩位布置见图1。表1试验桩桩型及参数桩型数量桩径/mm桩长/m桩身人土深度/m试验桩 S1-S3(PHC600AB110)3锚桩M1-M8(PHC600AB110)81SSN1672-9064CN35-1272/TK桩端持力层进人持力层深度600266002625.7023.70?-1粉砂?-1粉砂5.7m或1.5倍桩径5.7m或1.5倍桩径M1M2M3M4S1S2S30M5M6M7M80024004试验成果4.1PHC锤击沉桩施工成果4.1.1PHC锤击沉桩施工结果试验桩采用DD108导杆式柴油锤进行施工，施工沉桩重锤轻击，控制锤跳高度1.2 1.8 m。施工日期为2 0 2 0 年5月4一19日，共施工了11根桩,PHC桩均采用十字型桩尖。PHC600AB桩的打桩顺序：M8M4S3M7M3S2M6M2S1M5M1。PHC桩的长度和配节长度，见表2。表2 PHC桩的长度和配节长度表桩型及分类桩号桩长/m配节长度/m配节数量PHC600AB110S1 S2试验桩PHC600AB110锚桩PHC600AB110桩每根桩的施工时间大约为0.9 1.2 7 h，包括吊桩、对正、接桩、连接、冷却、沉桩等工序。第一节桩锤击数相对较小，第二节桩当桩端进人2 0.0 0 m后，锤击数及起锤高度明显变大变高，其他地层中起锤高度较均匀，至设计桩端高程后其贯人度为7.8 9.5cm/10击。各根桩的锤击数随深度的变化规律见图2 和图3。2400图1试验区桩位布置及编号图（单位：mm）2612+14M1 M8262400212+1422023.NO.4.24004.1.2PHC 桩施工建议(1)PHC600AB(110)桩采用不小于DD108导杆式柴油锤进行施工，或锤击能量相近的打桩锤。(2)11根PHC600AB(110)试验桩锤击数为6 2 1 6 50 击，平均锤击数为6 35击，最后3阵平均贯入度7.8 9.5cm/10击。(3)对于密实的砂层，工程施工会出现沉桩困难或难以打至设计标高，建议结合具体情况采用相应的引孔助沉措施。4.2单桩竖向抗压静载荷试验成果试验加载采用慢速维持荷载法，试验的最大加载量为4800kN。S1、S2、S3均做到破坏,根据规范4确定单桩竖向抗压极限承载力，详见表3。PHC600AB（110）试验桩的极限承载力的实测值均为4400kN，其算术平均值为440 0 kN，极差不超过平均值的30%，试验桩单桩竖向抗压极限承载力统计值为440 0 kN。4.3高应变法试验成果4.3.1单桩竖向承载力笔者对3根试验桩进行了高应变动力检测，对各试验桩的实测资料采用实测曲线拟合法进行拟合分析，得出各试验桩的单桩承载力结果，各桩的拟合分析结果列于表4。综合单桩抗压静载试验和高应变法的试验成果，单桩承载力的极限值建议取440 0 kN。根据实测曲线拟合法（FEIPWAPC)计算出的动测阻力结4124002400传源卤环境能源与电力ISSN1672-9064CN35-1272/TK1009080706050403020100123+5 6891011121314151617181920212223242526入土深度/m图23根试验桩的锤击数随深度的变化表3PHC600AB(110）试验桩单桩竖向抗压静载试验成果表有效桩长/最大加载量/试验桩编号mS126.00S226.00S326.00桩号桩型S1PHCS2PHCS3PHC果分布于表5，可以看出：侧阻力承受了约6 8%的荷载，桩端承受了约32%的荷载，为端承摩擦桩。对比单桩抗压静载试验和高应变法的试验成果，高应变/FEIPWAPC计算出的动测阻力桩侧部分桩尖部分合计表6高应变法与静载试验的成果对比单桩抗压极限承载力/kN试验桩编号高应变法S14 687.6S24.643S34.703.2数值准确，但检测时间长及检测费用高，配套工作麻烦。高应变检测法集合了低应变检测和静荷载检测。高应变检测的费用比低应变检测高，比静荷载检测低。高应变检测法对于桩基承载力的检测准确度不如静荷载检测。故在本工程后续工程桩检测中可大量采用高应变进行单桩承载力检测，利用本次试验得出的动静对比系数，更准确地计算出单桩承载力。10090+试验桩S180试验桩S270试验桩S36050403020101234567891011121314151617181920212223242526入土深度/m图38根锚桩的锤击数随深度的变化最大沉降量/最大回弹量/kNmm480044.24480043.59480041.60表4高应变试验成果表桩径/mm测点下桩长/m60026.0060026.0060026.00表5高应变法动测阻力分布情况S1 试验桩S2试验桩阻力数值/kN占比/%3 200.668.28148731.724 687.6100.00动静对比静载试验系数4 4001.0654.4001.0554.4001.0692023.NO.4.一锚桩M1一锚桩M2一锚桩M3+锚桩M4￥锚桩M5一x一锚桩M6一+一锚M7一锚桩M8回弹率/%mm17.7015.9714.96单桩竖向抗压极限承载力/kN4 687.64 643.04703.2静载试验得出的承载力比值（动静对比系数)详见表6,S1、S2和S3对应的动静对比系数分别为1.0 6 5、1.0 55、1.0 6 9。静荷载试验法主要是以慢速维持荷载法，得到的承载力阻力数值/kN占比/%317768.431 46631.574 643100.004.3.2桩的极限侧阻力和端阻力建议值根据高应变成果采用实测曲线拟合法进行反演，并结合该工程的地质资料，桩的极限侧阻力建议值qk及极限端阻力建议值q脉列于表7。表7 预制桩的极限侧阻力及极限端阻力建议值极限侧阻力标准值极限端阻力标准值层号地层粉质黏土粉土-1粉质黏土粉土-1粉质黏土?-1粉砂4.4单桩水平静载荷试验成果试验加载采用单向多循环加载法。从H-t-Y。曲线、H-Y42单桩竖向抗压极限承载力/kN40.01440036.64440035.964.400分析计算方法实测曲线拟合法实测曲线拟合法实测曲线拟合法S3试验桩阻力数值/kN占比/%3 197.267.981 50632.024.703.2100.00单位：kPa(qsik)(qpk)523372597285一一一5 250传源卤环境能源与电力H 曲线图上根据规范1.4 规定的取值标准分析得出单桩水平(3)11根PHC600AB(110)桩基施工锤击数为6 2 1 6 50 击，临界荷载、极限承载力，水平临界荷载试验值均为12 0 kN,平平均锤击数为6 35击，最后3阵平均贯入度7.8 9.5cm/10击。均值为12 0 kN，极差小于平均值的30%，确定PHC600AB工程桩施工时，对于采用DD108导杆式柴油锤及能量相当的(110)试验桩的单桩水平临界荷载统计值为12 0 kN。水平极限锤头施工的PHC600AB(110)桩。建议工程桩施工的停锤标准承载力试验值均为2 40 kN，平均值为2 40 kN，极差小于平均采用桩端设计标高和贯入度双控原则，以桩顶标高控制为主、值的30%，确定PHC600AB(110)试桩的单桩水平极限承载力贯入度控制为辅原则。统计值为 2 40 kN。(4)综合单桩抗压静载试验和高应变法的试验成果，根据水平载荷试验结果，单桩水平位移6.0 mm、10.0 mmPHC600AB(110)试桩的单桩竖向抗压承载力为440 0 kN。按对应的水平荷载见表8。水平位移10 mm确定的单桩水平承载力特征值为97.5kN。表8 不同水平位移对应的荷载单位：kN水平位移6.0 mm水平位移10.0 mm桩型桩号对应荷载平均值对应荷载平均值S199.72PHC600AB(110)S2S3根据单桩水平静载试验结果,取水平位移为10.0 mm所对应的荷载的7 5%为单桩水平承载力特征值，PHC600AB(110)桩的单桩水平承载力特征值为97.5kN。5结论通过PHC管桩的原体试验可以得出，PHC管桩在本工程是适用的，承载力、桩身完整性等各种参数都能够满足设计要求,并为工程桩检测提供了合理的方法手段。根据桩基施工以及原体试验的成果，得出6 点主要的结论和建议。（1)通过勘测和原体试验，试验区场地的地层是具有代表性的,PHC管桩方案是合理可行的。(2)沉桩施工建议采用不小于DD108导杆式柴油锤或相近锤击能的桩锤进行工程桩施工，以避免锤击数过多造成桩头爆裂。对于密实的砂层，工程施工会出现沉桩困难或难以打至设计标高，建议结合具体情况采用相应的引孔助沉措施。1SSN1672-9064CN35-1272/TK(5)S1、S2 和S3高应变与静载荷试验的动静对比系数分别为1.0 6 5、1.0 55、1.0 6 9，在本工程后续工程桩检测中可大量采用高应变进行单桩承载力检测。通过利用本次试验得出的动138.74静对比系数，更准确地计算出单桩承载力。若工程桩施工和检104.459994.32129.36122.27130测过程中出现特殊情况，可采用静载荷试验进行验证。(6)桩的选型与成桩工艺应根据工程地质水文地质条件、结构类型、荷载、使用功能、地层情况、桩端持力层、制桩材料供应条件等综合确定。设计之前制定合理的基桩原体试验方案，试桩结束后对试桩成果进行总结和评价，可达到安全适用、经济合理的目的。参考文献1中国建筑科学研究院建筑桩基检测技术规范：JGJ1062014S.北京：中国建筑工业出版社，2 0 14.2陈培.某电厂试桩工程检测方案设计和结果分析J.西部探矿工程,2 0 11(6):4-6.3孟宪中，阎长虹，陈梦影，等.基于某电厂桩基原体试验数值研究分析与应用J.江苏建筑职业技术学院学报，2 0 2 0,2 0(1)：40-47.4电力规划设计总院.电力工程基桩检测技术规程：DL/T54932014S.北京：中国计划出版社,2 0 14.5中国建筑标准设计研究院.预应力混凝土管桩：10 G409S.北京：中国计划出版社，2 0 10.2023.NO.4.43