海上風電試樁工程靜動對比分析

王小渭

（上海港灣工程質量檢測有限公司，上海 201315）

華能灌云海上風電場工程場址位于江蘇省連云港市灌云縣灌河口海域，場址南北寬約7.3km，東西長約8.5km，場址中心距離岸線約14km，場址東側距離燕尾港出港航道約2.5km，整個場址面積約為62km2，場址距離連云港港約30km，距離灌云燕尾港約14km。

本風電場規劃總裝機容量為400MW，一期安裝71臺單機容量為4.2MW風電機組，容量300MW，二期100MW布置于一期北側海域。風電場配套建設一座220kV海上升壓站，海上升壓站位于風場南側海域，升壓站規模按400MW設計，以兩回220kV海纜送至登陸點，并最終接入500kV南翼變電站。

為驗證風機基礎的基樁承載力和地質資料，為后續風機基礎設計優化和施工提供更豐富的數據或信息，根據工程場區建設條件和風機平面布置，選擇2臺機位開展風機基礎的試樁工作。2臺試樁機位選在2臺高樁承臺基礎位置（ZK6和ZK8）處。

1 工程概況

根據上海勘測設計研究院有限公司《華能灌云300MW海上風電場工程工程地質勘察報告》，ZK6機位鉆孔資料表明，地層上部為Ⅲ1淤泥質粘土、Ⅲ2粉砂、Ⅲ3t砂質粉土、Ⅲ3粉質粘土、Ⅳ粉細砂、Ⅳt粉質粘土、Ⅳ粉細砂、Ⅴ粉質粘土、Ⅴt粉細砂、Ⅴ粉質粘土、Ⅵ粘土、Ⅶ粉細砂，持力層選在Ⅶ粉細砂層。

ZK6機位鉆孔資料表明，地層上部為Ⅲ1淤泥質粘土、Ⅲ2t粘質粉土、Ⅲ2粉砂、Ⅲ3粉質粘土、Ⅳ粉細砂、Ⅴ粉質粘土、Ⅶ粉細砂、Ⅶt粉質粘土。持力層選在Ⅶt粉質粘土。

2 試驗方案

根據設計試驗任務書要求，ZK6和ZK8兩根試樁在軸向抗壓靜載荷試驗前，應先進行高應變復打。單樁軸向抗壓靜載荷試驗在保證錨樁（工程樁）安全的前提下，抗壓承載力要求盡量加載至破壞。試樁要求抗壓極限承載力預估值為不小于24000kN，最大試驗荷載36000kN。每組試樁由1根試驗樁（直樁）、4根錨樁（5:1斜樁）及2根基準樁（直樁）組成。試驗樁、錨樁使用Φ2000mm開口鋼管樁，基準樁為Φ1200mm開口鋼管樁。單樁軸向抗壓靜載荷試驗采用快速維持荷載法。

軸向抗壓靜載荷試驗反力系統采用50000kN級反力梁系統，由四根錨樁提供試驗反力，加載系統由10只5000kN級油壓千斤頂、70MPa超高壓油路和油泵組成，數據采集由RS-JYC基樁靜載荷測試系統自動完成。加卸載時荷載由經標定合格的精密油壓表控制。

高應變動力測試采用美國PDI公司生產的PAX型打樁分析儀，錘擊裝置為IHCS-800液壓錘。

3 試驗成果與分析

3.1 軸向抗壓靜載荷試驗

ZK6樁試驗時，樁頂處于自由無約束狀態，試驗加載過程按每級2400kN進行加載至36000kN，滿足最大加載荷終止加載條件。試驗從零加載至36000kN時，樁頂總沉降量為50.79mm，加載段的荷載～沉降曲線基本保持線性。分級卸載，卸載至零后的樁頂殘余沉降量為7.42mm。根據規范判定，ZK6樁單樁豎向抗壓極限承載力推薦值不小于36000kN。Q～s曲線見圖1。

ZK8樁試驗時，樁頂處于自由無約束狀態，試驗加載過程按每級2400kN進行加載至33600kN時，試驗平臺異響劇烈，考慮到試驗安全，決定停止加載并分級卸載。試驗從零加載至33600kN時，樁頂總沉降量為46.24mm，加載段的荷載～沉降曲線基本保持線性。卸載至零后的樁頂殘余沉降量為7.59mm。根據規范判定，ZK8樁單樁豎向抗壓極限承載力推薦值不小于33600kN。Q～s曲線見圖2。

圖1 ZK6樁抗Q～s曲線

圖2 ZK8樁抗Q～s曲線

3.2 高應變動力測試

高應變復打測試主要結果見表1，CASE法分析結果，ZK6、ZK8試樁極限承載力分別為32438kN和30839kN，CAPWAPC法擬合分析結果，ZK6、ZK8試樁極限承載力分別為31143kN和30636kN。

表1 高應變復打主要結果匯總

3.3 靜動對比分析

高應變與軸向抗壓靜載荷試驗對比分析結果見表2，從2根同時進行過高應變初、復打測試的試樁測試結果看，初、復打的承載力恢復系數在1.40～1.50之間，試樁動、靜測試結果得到的軸向抗壓承載力的恢復系數為1.64。因初復打動測間歇時間遠遠短于動靜測試間歇時間，且靜載試驗結果相對準確，建議取1.64。靜載試驗數據較高應變復打測試結果高10%～16%，主要原因是靜載試驗較高應變復打測試恢復時間較長。

表2 抗壓靜荷載試驗與高應變動力測試結果對比

說明：

①恢復系數=極限承載力值/初打時的靜土阻力值；

②高應變初打靜土阻力值取自《華能灌云海上風電項目試樁工程基樁試驗報告》。

4 結語

華能灌云海上風電項目試樁工程，通過對試樁進行軸向抗壓靜載荷試驗和高應變動力測試，通過對比分析，得到如下結論：

（1）在該試樁區地質條件下，采用工作性能正常的IHCS-800液壓錘可以滿足同類型工程樁的沉樁施工要求，且沉樁以標高控制為主，貫入度控制為輔，能夠達到很好的沉樁效果。

（2）ZK6、ZK8試樁軸向抗壓Q～S曲線均為緩變形，極限承載力分別不小于36000kN、33600kN，對應的樁頂沉降量分別為50.79mm、46.24mm，表現出很好的承載能力和變形能力，滿足工程設計要求。

（3）2根試樁單樁軸向抗壓試驗均未做到樁周土體破壞，樁側摩阻力和樁端阻力未充分發揮。ZK6試樁樁端阻力為3514kN，占最大加載值得9.8%，ZK8試樁樁端阻力為1557kN，占最大加載值4.6%。

（4）綜合動、靜測試結果，該區域單樁軸向抗壓承載力的恢復系數為1.64。

（5）為設計確定工程樁長度等樁基設計參數以及合理選擇沉樁設備和工藝提供可靠依據。