超高吨位锚桩法在海上风电场基桩中检测

    贲能慧+孟欢+许朴

    摘要:对某处风电场的试验桩进行锚桩法垂直静载荷试验,抗压试验最大加载量为50000kN,抗拔试验最大加载量为26000kN,并依据预埋元件所测的应变值,计算得出了试桩在该区域的侧摩阻力及桩端阻力值。为工程的设计优化提供了有力的数据佐证,并为超高吨位锚桩法静载荷试验积累了宝贵的经验。

    关键词:风电场 锚桩法 超高吨位 最大加载量

    近年来,我国风电产业发展形势喜人,风电装机容量持续高增长,对风机基础要求也越来越高,单桩设计承载力也越来越大。桩的垂直静载荷试验是确定单桩承载力的最基本方法。根据反力装置的不同可分为锚桩法、堆载法、锚堆联合法、自平衡法等。锚桩法是指将试桩周围的几根锚桩用锚杆与反力架连接起来,依靠放置在桩顶的千斤顶将反力架顶起,由被连接的锚桩提供反力,这种受力情形与基桩的实际受力情形基本类似。由于受到反力架强度和锚桩的抗拔力限制,目前锚桩法抗压试验最大加载量为40000kN左右,抗拔试验最大加载量为24000kN。下面主要介绍某处风电场的试桩进行锚桩法垂直静载荷试验。

    工程概况

    该海上风电场位于江苏某县东部外侧近海海域,规划总装机容量150MW。该地区风力资源非常丰富,是理想的风电场址。风电场区中心离岸约25km,海底高程在-3.7m~-15.3m(1985国家高程基准,下同)之间,海底地形变化较为平缓。

    本次试验用桩均为钢管桩,试桩桩长93.7m,桩径2800mm,壁厚35mm~45mm,入土深度71.49m;锚桩桩长87.5m,桩径2800mm,壁厚35mm~45mm,入土深度63.5m;基准桩桩长52.2m,桩径1000mm,壁厚10mm~20mm,入土深度31m。为测得试桩桩侧分层摩阻力及桩端阻力,验证地质报告提出的相关数据,在试桩外侧对称埋设2列分布式光纤传感器。

    试桩采用IHC S-800液压锤锤击沉桩,并经高应变全程监测,整个沉桩过程中未出现异常。该桩初打静土阻力为35844kN,3天后进行复打,CAPWAPC拟合的极限承载力为48907kN。

    单桩竖向抗压静载试验

    试验反力装置选用由3根主梁和4根边梁组合的大于50000kN级荷载的“四锚一”的梁-锚桩反力系统,由四根锚桩提供试验反力,加载系统由16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静态测试系统自动完成。反力系统及千斤顶布置图见图1。

    沉桩30天后对该桩进行锚桩法抗压静载荷试验。加载方式采用快速维持荷载法。为了确保试验过程的安全,试桩单桩竖向抗压静载荷试验荷载分级如下:试验加载过程先按每级加载量4000kN加载至预估最大荷载44000kN,若仍未达到终止试验条件时,继续加载至50000kN。后进行分级卸载,每级卸载量为加载量的2倍。

    试桩加载至44000kN时,加载段的荷载~沉降曲线仍基本保持线性,继续加载至50000kN,该级沉降增量平稳亦无加大趋势。此时桩顶沉降为40.28mm,桩端沉降为8.28mm,卸载至零1h后桩顶残余沉降2.47mm,桩端残余沉降1.29mm。试验所得Q~s及s~lgt曲线见图2。由图2可见,该桩的Q(荷载)~s(沉降)曲线加载段基本保持线性,s~lgt曲线尾部亦未出现向下的折线。根据规范判断该桩单桩轴向抗压极限承载力不小于50000kN。

    图1 反力系统及千斤顶布置图

    图2 试桩抗压试验Q~s及s~lgt曲线及相应数值

    在计算桩身抗压侧摩阻力时,仅按桩身外侧面积考虑。根据分布式光纤传感器测试结果,计算得到抗压试验试桩的桩身轴力及侧摩阻力值,如图3,并得出各土层抗压侧摩阻力及桩端阻力数值,见表1。

    图3 试桩抗压试验桩身轴力及桩身侧摩阻力分布图

    表1 试桩抗压桩侧土阻力及桩端阻力值

    单桩竖向抗拔静载试验

    对风电场的基桩来说,试桩的抗拔承载力显得尤为重要,而此桩的抗拔试验加载量为26000kN,当属国内最高抗拔吨位。

    试验反力装置选用由2根主梁和4根边梁组合的30000kN级荷载的“四锚一”的梁-锚桩反力系统,由四根锚桩提供试验反力,加载系统由6只5000kN级油压千斤顶、70MPa超高压油路和油泵组成,数据采集仍由RS-JYC静态测试系统自动完成。

    抗压结束7天后对该桩进行锚桩法抗拔静载荷试验。加载方式采用快速维持荷载法。试验荷载分级如下:先按每级加载量2000kN加载至预估最大荷载20000kN,若仍未达到终止试验条件时,继续加载至26000kN。后进行分级卸载,每级卸载量为加载量的2倍。

    试验加载至26000kN时,加载段的荷载~上拔量曲线仍基本保持线性。此时桩顶上拔量为32.11mm,桩端上拔量为8.85mm,卸载至零1h后桩顶残余上拔量15.24mm,桩端残余上拔量5.49mm。实测U~δ曲线及δ~lgt曲线见图4。由图4可见,该桩的U(荷载)~δ(上拔量)曲线加载段基本保持线性,δ~lgt曲线尾部亦未出现向上的折线。根据规范判断该桩单桩轴向抗拔极限承载力不小于26000kN。

    图4 试桩抗拔试验U~δ曲线及δ~lgt曲线

    与抗压试验类似,减去试桩自重,考虑计算得到抗拔试验试桩的桩身轴力,并得出各土层抗压侧摩阻力及桩端阻力数值,见表2。

    表2 试桩抗拔桩侧土阻力及桩端阻力值

    结论

    整个试桩工程历时4个月,完成了高达50000kN的锚桩法垂直静载荷试验,为该海上风电场桩长的最终确定提供了可靠的数据,也为该机组采用导管架基础的设计施工提供了第一手资料,取得了十分显著的经济效益。

    50000kN超高吨位锚桩法静载荷试验的成功,说明“四锚一”的梁-锚桩反力系统、加载装置(并联千斤顶、油泵)、数据采集仪系统(测控主机、传感器、油泵控制器)是先进、可靠、安全的,为超高吨位锚桩法试验积累了宝贵的经验。

    参考文献:

    [1] 宋础,刘汉中.海上风力发电场开发现状及趋势[J].电力勘测设计,2006,2:55~58.

    [2] 中华人民共和国交通部. JTJ254-98港口工程桩基规范[S].北京:人民交通出版社.

    [3] 中华人民共和国交通部. JTJ255-2002.港口工程基桩静载荷试验规程[S].北京:人民交通出版社.

    [4] 孙洋波,李林云. 超长大直径灌注桩超高吨位锚桩法抗压试验研究[J].浙江建筑,2009,26(6):33~39.

    (作者单位:上海港湾工程质量检测有限公司)

    摘要:对某处风电场的试验桩进行锚桩法垂直静载荷试验,抗压试验最大加载量为50000kN,抗拔试验最大加载量为26000kN,并依据预埋元件所测的应变值,计算得出了试桩在该区域的侧摩阻力及桩端阻力值。为工程的设计优化提供了有力的数据佐证,并为超高吨位锚桩法静载荷试验积累了宝贵的经验。

    关键词:风电场 锚桩法 超高吨位 最大加载量

    近年来,我国风电产业发展形势喜人,风电装机容量持续高增长,对风机基础要求也越来越高,单桩设计承载力也越来越大。桩的垂直静载荷试验是确定单桩承载力的最基本方法。根据反力装置的不同可分为锚桩法、堆载法、锚堆联合法、自平衡法等。锚桩法是指将试桩周围的几根锚桩用锚杆与反力架连接起来,依靠放置在桩顶的千斤顶将反力架顶起,由被连接的锚桩提供反力,这种受力情形与基桩的实际受力情形基本类似。由于受到反力架强度和锚桩的抗拔力限制,目前锚桩法抗压试验最大加载量为40000kN左右,抗拔试验最大加载量为24000kN。下面主要介绍某处风电场的试桩进行锚桩法垂直静载荷试验。

    工程概况

    该海上风电场位于江苏某县东部外侧近海海域,规划总装机容量150MW。该地区风力资源非常丰富,是理想的风电场址。风电场区中心离岸约25km,海底高程在-3.7m~-15.3m(1985国家高程基准,下同)之间,海底地形变化较为平缓。

    本次试验用桩均为钢管桩,试桩桩长93.7m,桩径2800mm,壁厚35mm~45mm,入土深度71.49m;锚桩桩长87.5m,桩径2800mm,壁厚35mm~45mm,入土深度63.5m;基准桩桩长52.2m,桩径1000mm,壁厚10mm~20mm,入土深度31m。为测得试桩桩侧分层摩阻力及桩端阻力,验证地质报告提出的相关数据,在试桩外侧对称埋设2列分布式光纤传感器。

    试桩采用IHC S-800液压锤锤击沉桩,并经高应变全程监测,整个沉桩过程中未出现异常。该桩初打静土阻力为35844kN,3天后进行复打,CAPWAPC拟合的极限承载力为48907kN。

    单桩竖向抗压静载试验

    试验反力装置选用由3根主梁和4根边梁组合的大于50000kN级荷载的“四锚一”的梁-锚桩反力系统,由四根锚桩提供试验反力,加载系统由16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静态测试系统自动完成。反力系统及千斤顶布置图见图1。

    沉桩30天后对该桩进行锚桩法抗压静载荷试验。加载方式采用快速维持荷载法。为了确保试验过程的安全,试桩单桩竖向抗压静载荷试验荷载分级如下:试验加载过程先按每级加载量4000kN加载至预估最大荷载44000kN,若仍未达到终止试验条件时,继续加载至50000kN。后进行分级卸载,每级卸载量为加载量的2倍。

    试桩加载至44000kN时,加载段的荷载~沉降曲线仍基本保持线性,继续加载至50000kN,该级沉降增量平稳亦无加大趋势。此时桩顶沉降为40.28mm,桩端沉降为8.28mm,卸载至零1h后桩顶残余沉降2.47mm,桩端残余沉降1.29mm。试验所得Q~s及s~lgt曲线见图2。由图2可见,该桩的Q(荷载)~s(沉降)曲线加载段基本保持线性,s~lgt曲线尾部亦未出现向下的折线。根据规范判断该桩单桩轴向抗压极限承载力不小于50000kN。

    图1 反力系统及千斤顶布置图

    图2 试桩抗压试验Q~s及s~lgt曲线及相应数值

    在计算桩身抗压侧摩阻力时,仅按桩身外侧面积考虑。根据分布式光纤传感器测试结果,计算得到抗压试验试桩的桩身轴力及侧摩阻力值,如图3,并得出各土层抗压侧摩阻力及桩端阻力数值,见表1。

    图3 试桩抗压试验桩身轴力及桩身侧摩阻力分布图

    表1 试桩抗压桩侧土阻力及桩端阻力值

    单桩竖向抗拔静载试验

    对风电场的基桩来说,试桩的抗拔承载力显得尤为重要,而此桩的抗拔试验加载量为26000kN,当属国内最高抗拔吨位。

    试验反力装置选用由2根主梁和4根边梁组合的30000kN级荷载的“四锚一”的梁-锚桩反力系统,由四根锚桩提供试验反力,加载系统由6只5000kN级油压千斤顶、70MPa超高压油路和油泵组成,数据采集仍由RS-JYC静态测试系统自动完成。

    抗压结束7天后对该桩进行锚桩法抗拔静载荷试验。加载方式采用快速维持荷载法。试验荷载分级如下:先按每级加载量2000kN加载至预估最大荷载20000kN,若仍未达到终止试验条件时,继续加载至26000kN。后进行分级卸载,每级卸载量为加载量的2倍。

    试验加载至26000kN时,加载段的荷载~上拔量曲线仍基本保持线性。此时桩顶上拔量为32.11mm,桩端上拔量为8.85mm,卸载至零1h后桩顶残余上拔量15.24mm,桩端残余上拔量5.49mm。实测U~δ曲线及δ~lgt曲线见图4。由图4可见,该桩的U(荷载)~δ(上拔量)曲线加载段基本保持线性,δ~lgt曲线尾部亦未出现向上的折线。根据规范判断该桩单桩轴向抗拔极限承载力不小于26000kN。

    图4 试桩抗拔试验U~δ曲线及δ~lgt曲线

    与抗压试验类似,减去试桩自重,考虑计算得到抗拔试验试桩的桩身轴力,并得出各土层抗压侧摩阻力及桩端阻力数值,见表2。

    表2 试桩抗拔桩侧土阻力及桩端阻力值

    结论

    整个试桩工程历时4个月,完成了高达50000kN的锚桩法垂直静载荷试验,为该海上风电场桩长的最终确定提供了可靠的数据,也为该机组采用导管架基础的设计施工提供了第一手资料,取得了十分显著的经济效益。

    50000kN超高吨位锚桩法静载荷试验的成功,说明“四锚一”的梁-锚桩反力系统、加载装置(并联千斤顶、油泵)、数据采集仪系统(测控主机、传感器、油泵控制器)是先进、可靠、安全的,为超高吨位锚桩法试验积累了宝贵的经验。

    参考文献:

    [1] 宋础,刘汉中.海上风力发电场开发现状及趋势[J].电力勘测设计,2006,2:55~58.

    [2] 中华人民共和国交通部. JTJ254-98港口工程桩基规范[S].北京:人民交通出版社.

    [3] 中华人民共和国交通部. JTJ255-2002.港口工程基桩静载荷试验规程[S].北京:人民交通出版社.

    [4] 孙洋波,李林云. 超长大直径灌注桩超高吨位锚桩法抗压试验研究[J].浙江建筑,2009,26(6):33~39.

    (作者单位:上海港湾工程质量检测有限公司)

    摘要:对某处风电场的试验桩进行锚桩法垂直静载荷试验,抗压试验最大加载量为50000kN,抗拔试验最大加载量为26000kN,并依据预埋元件所测的应变值,计算得出了试桩在该区域的侧摩阻力及桩端阻力值。为工程的设计优化提供了有力的数据佐证,并为超高吨位锚桩法静载荷试验积累了宝贵的经验。

    关键词:风电场 锚桩法 超高吨位 最大加载量

    近年来,我国风电产业发展形势喜人,风电装机容量持续高增长,对风机基础要求也越来越高,单桩设计承载力也越来越大。桩的垂直静载荷试验是确定单桩承载力的最基本方法。根据反力装置的不同可分为锚桩法、堆载法、锚堆联合法、自平衡法等。锚桩法是指将试桩周围的几根锚桩用锚杆与反力架连接起来,依靠放置在桩顶的千斤顶将反力架顶起,由被连接的锚桩提供反力,这种受力情形与基桩的实际受力情形基本类似。由于受到反力架强度和锚桩的抗拔力限制,目前锚桩法抗压试验最大加载量为40000kN左右,抗拔试验最大加载量为24000kN。下面主要介绍某处风电场的试桩进行锚桩法垂直静载荷试验。

    工程概况

    该海上风电场位于江苏某县东部外侧近海海域,规划总装机容量150MW。该地区风力资源非常丰富,是理想的风电场址。风电场区中心离岸约25km,海底高程在-3.7m~-15.3m(1985国家高程基准,下同)之间,海底地形变化较为平缓。

    本次试验用桩均为钢管桩,试桩桩长93.7m,桩径2800mm,壁厚35mm~45mm,入土深度71.49m;锚桩桩长87.5m,桩径2800mm,壁厚35mm~45mm,入土深度63.5m;基准桩桩长52.2m,桩径1000mm,壁厚10mm~20mm,入土深度31m。为测得试桩桩侧分层摩阻力及桩端阻力,验证地质报告提出的相关数据,在试桩外侧对称埋设2列分布式光纤传感器。

    试桩采用IHC S-800液压锤锤击沉桩,并经高应变全程监测,整个沉桩过程中未出现异常。该桩初打静土阻力为35844kN,3天后进行复打,CAPWAPC拟合的极限承载力为48907kN。

    单桩竖向抗压静载试验

    试验反力装置选用由3根主梁和4根边梁组合的大于50000kN级荷载的“四锚一”的梁-锚桩反力系统,由四根锚桩提供试验反力,加载系统由16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静态测试系统自动完成。反力系统及千斤顶布置图见图1。

    沉桩30天后对该桩进行锚桩法抗压静载荷试验。加载方式采用快速维持荷载法。为了确保试验过程的安全,试桩单桩竖向抗压静载荷试验荷载分级如下:试验加载过程先按每级加载量4000kN加载至预估最大荷载44000kN,若仍未达到终止试验条件时,继续加载至50000kN。后进行分级卸载,每级卸载量为加载量的2倍。

    试桩加载至44000kN时,加载段的荷载~沉降曲线仍基本保持线性,继续加载至50000kN,该级沉降增量平稳亦无加大趋势。此时桩顶沉降为40.28mm,桩端沉降为8.28mm,卸载至零1h后桩顶残余沉降2.47mm,桩端残余沉降1.29mm。试验所得Q~s及s~lgt曲线见图2。由图2可见,该桩的Q(荷载)~s(沉降)曲线加载段基本保持线性,s~lgt曲线尾部亦未出现向下的折线。根据规范判断该桩单桩轴向抗压极限承载力不小于50000kN。

    图1 反力系统及千斤顶布置图

    图2 试桩抗压试验Q~s及s~lgt曲线及相应数值

    在计算桩身抗压侧摩阻力时,仅按桩身外侧面积考虑。根据分布式光纤传感器测试结果,计算得到抗压试验试桩的桩身轴力及侧摩阻力值,如图3,并得出各土层抗压侧摩阻力及桩端阻力数值,见表1。

    图3 试桩抗压试验桩身轴力及桩身侧摩阻力分布图

    表1 试桩抗压桩侧土阻力及桩端阻力值

    单桩竖向抗拔静载试验

    对风电场的基桩来说,试桩的抗拔承载力显得尤为重要,而此桩的抗拔试验加载量为26000kN,当属国内最高抗拔吨位。

    试验反力装置选用由2根主梁和4根边梁组合的30000kN级荷载的“四锚一”的梁-锚桩反力系统,由四根锚桩提供试验反力,加载系统由6只5000kN级油压千斤顶、70MPa超高压油路和油泵组成,数据采集仍由RS-JYC静态测试系统自动完成。

    抗压结束7天后对该桩进行锚桩法抗拔静载荷试验。加载方式采用快速维持荷载法。试验荷载分级如下:先按每级加载量2000kN加载至预估最大荷载20000kN,若仍未达到终止试验条件时,继续加载至26000kN。后进行分级卸载,每级卸载量为加载量的2倍。

    试验加载至26000kN时,加载段的荷载~上拔量曲线仍基本保持线性。此时桩顶上拔量为32.11mm,桩端上拔量为8.85mm,卸载至零1h后桩顶残余上拔量15.24mm,桩端残余上拔量5.49mm。实测U~δ曲线及δ~lgt曲线见图4。由图4可见,该桩的U(荷载)~δ(上拔量)曲线加载段基本保持线性,δ~lgt曲线尾部亦未出现向上的折线。根据规范判断该桩单桩轴向抗拔极限承载力不小于26000kN。

    图4 试桩抗拔试验U~δ曲线及δ~lgt曲线

    与抗压试验类似,减去试桩自重,考虑计算得到抗拔试验试桩的桩身轴力,并得出各土层抗压侧摩阻力及桩端阻力数值,见表2。

    表2 试桩抗拔桩侧土阻力及桩端阻力值

    结论

    整个试桩工程历时4个月,完成了高达50000kN的锚桩法垂直静载荷试验,为该海上风电场桩长的最终确定提供了可靠的数据,也为该机组采用导管架基础的设计施工提供了第一手资料,取得了十分显著的经济效益。

    50000kN超高吨位锚桩法静载荷试验的成功,说明“四锚一”的梁-锚桩反力系统、加载装置(并联千斤顶、油泵)、数据采集仪系统(测控主机、传感器、油泵控制器)是先进、可靠、安全的,为超高吨位锚桩法试验积累了宝贵的经验。

    参考文献:

    [1] 宋础,刘汉中.海上风力发电场开发现状及趋势[J].电力勘测设计,2006,2:55~58.

    [2] 中华人民共和国交通部. JTJ254-98港口工程桩基规范[S].北京:人民交通出版社.

    [3] 中华人民共和国交通部. JTJ255-2002.港口工程基桩静载荷试验规程[S].北京:人民交通出版社.

    [4] 孙洋波,李林云. 超长大直径灌注桩超高吨位锚桩法抗压试验研究[J].浙江建筑,2009,26(6):33~39.

    (作者单位:上海港湾工程质量检测有限公司)

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