可再生能源认
CN35-1272/TK 1岩基海床风机基础钢管桩承载力试验方法选择 董钿
(福建省水利水电勘测设计研究院福建福州350001)
摘要福建莆田南日岛海上风电项目风机基础钢管桩直径大、承载力要求高、入岩深度大，需要在工程区域内进行钢管桩承载力试验。本工程风机基础钢管桩需要采用2种桩型：端承摩擦桩和摩擦端承桩，试桩工程拟对两种桩型各做一组试验g 通过对锚桩法和自平衡法两种静载荷试验方法进行分析比较，选择了对地质条件适应性较好的锚桩法，可为今后类似的工程提供借鉴与参考。 关键词海上风电基础钢管桩承载力锚桩法自平衡法
中图分类号：TM614 文献标识码：A文章编号：1672-9064(2017)04-093-03
钢管粧由于其强度高、施工简便、质量便于控制，在海上 风电基础结构中得到了广泛应用。受台湾海峡气流狭管效虛 影响，福建近海海域风速大、风能资源丰富，海上风电场一般 推荐4MW以上的大单机容量风机，其基础钢管粧承载力非 常大。大吨位的钢管桩承载力试验经常因为没有选择合适的 试验方法而
不能得到准确的承载力数据，导致钢管桩承载力 得不到充分的发挥，造成浪费；或承载力达不到设计要求，使 得风机基础的安全稳定得不到保证。因此，寻1种既方便 经济又科学准确的钢管粧承载力试验方法至关重要。福建莆 田南日岛海上风电项目采用端承摩擦粧和摩擦端承桩两种 粧型，通过对锚桩法和自平衡法两种静载荷试验方法的比较分析，为确定J：程采用的的承载力试验方法提供了技 术依据Q
证券法论文1工程概况
1.1试桩目的
福建莆田南日岛海上风电项目风机基础钢管桩直径大、承载力要求高、入公深度大。由于工程区域地质情况较复杂、环境保护要求高，缺乏可以利用的试桩资料，因此，有必 要在工程K域内进行钢管桩承载力试验。通过试验可以检验 工程地质的勘察成果，验证钢管粧承载力是否达到设计要 求，而且试验成果可为后续钢管粧设计、优化提供依据0
1.2地质条件
福建莆田南日岛海上风电项目各风机机位海床表层主要为海积堆积的淤泥质土、粉质粘土、砂等，下伏为花岗公风 化层&试粧机位的岩土层分布见表u根据各风机机位的工 程地质条件，本工程风机基础钢管粧持力层可选用散体状强 风化花岗岩、碎裂状强风化花岗岩或弱风化花岗
1.3试桩参数
根据拟选用的风机荷载资料、工程K海洋水文资料及工 程地质条件，本工程风机基础钢管粧需要采用两种粧型：端 承摩擦粧和摩擦端承桩[6](嵌X桩试桩工賴拟对两种粧型各做一组试验，试桩参数见表2。
2试验方法及原理
2.1锚桩法
锚粧法试粧是陆上静载试验在海洋工程或港口工程中 应用的延伸，是海上静载试验常用的方法，在我国的海洋工 程、港口工程及跨海大桥工程中得到了广泛运用，具有较成 熟的试验方法和丰富的经验。锚桩法试粧通过在桩顶对试验 粧施加荷载，从而达到对钢管粧竖向承载力进行检测的目 的。受海上施工条件限制，一般采用锚桩和预制反力梁联合 提供反力的方式进行布置。锚粧法试粧原理如图1所示D广 东珠海桂山海上风电场及中广核如东150MW海上风电项 目试粧工程均采用该种试桩方法。
2.2自平衡法
自平衡法试粧是接近于竖向抗拔（压）桩实际|作条件的试验方法。通过在桩身平衡点位置预先放置荷载箱，与钢
表1试桩机位的岩土层分布
层号
端承摩擦粧机位摩擦端承粧（嵌机位
任务调度以底标丨DZm层厚八n岩土层名称层底标高/m层厚^土U名称
1-12.5078细砂-14.508.4中粗砂
2-16.1036中粗砂-18.60 4.1全风化花
3-21.5054粘土-22.00 3.4散体状强风化花岗岩
4-22.5010中粗砂-24.30 2.3碎裂状强风化花N公
5-26.7042令风化花W公-25.30 1.0弱风化花岗S
6-60.2033.5散体状强风化花W公
表2试桩参数
钢管粧类别粧径/mm钢管桩长/a1桩顶标W/m桩底标高/m抗i t<：倘栽八\抗拔荷载/_水平荷载/kN 端承摩擦粧180046.6+ 8.40-38.202200011400 1420
摩擦端承桩180039.4+ 8.40-31.002200011400 1420
作者简介：董钿，福建省水利水电勘测设计研究院水工处处长，高级工程师，长期从事水利水电工程设计工作。
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I ISSN1672-9064
1CN35-1272/TK
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图2自平衡法试桩原理管粧焊接成整体并一起沉粧，试验时通过高 压油泵沿竖进方向加载，荷载箱将力传递到 桩身，其上段粧桩侧阻 力及自重与下段桩粧侧阻力及粧端阻力相平衡来维持加载，从而 获得粧的承载力。自平 衡法试粧原理如图2 所示u自平衡法试粧已 成功应用于灌注粧、预 制桩、沉井、地下连续 墙等国内外1000余项 工程中。杭州湾跨海大 桥工程、东海大桥海上 风电场一^期、—^期等海 上风电及跨海大桥工程的粧基础检测均采用该种试桩方法。
3试验方法比选
3.1 工程地质条件适应性分析
根据各机位的工程地质条件，福建莆田 南日岛海上风电项目所处工程区域均为岩基海床，可选用的风机 基础钢管粧持力层为散体状强风化花岗公、
碎裂状强风化花岗•或弱风化花岗沿。从各机位的岩土层分 布情况看，各花岗岩层风化不均、孤石穴量较多，而钢管桩需至少打入散体状强风化^M 15m或穿透散体状强风化岩层，沉桩条件及难度均较大e由于采用自平衡法试粧时，钢管 粧在安装荷载箱位置处的截面积增大，增加了沉粧时的桩端 阻力，加大了钢管粧沉桩的难度，可能造成钢管粧沉桩时无 法打到设计标高。同时，荷载箱可能在沉粧过程中被破坏，导 致试验失败，进而影响工程投资和工期3而锚粧法试桩仅需 在粧身上预埋检测设备，不会造成钢管粧截面积较大的变 化，可以有效避免出现上述问题。因此，锚粧法对工程区的地 质条件适应性较好9
3.2试验费用分析
3.2.1试粧方案确定
由于2种钢管粧承载力试验方法的费用与最终确定的 试粧方案密切相关，且不同试粧方案对试验方法动易2006
的费用影响 较大。因此，在进行两种试验方法的费用对比分析前应首先 确定试粧方案。根据类似工程的试桩经验，本阶段拟定了以 下3种试桩方案进行比选。方案一：全部利用工程桩进行试桩，即钢管桩承载力试验不单独设置试验粧，而是利用试验
机位工程粧中的1根作为试验粧，其余的工程粧作为试验的
锚粧或基准桩；方案二：部分利用工程粧进行试粧，即钢管粧
承载力试验单独设置试验粧，#利用试验机位的工程粧作为
试验的锚桩或基准桩；方案不利用工程桩，单独进行试
桩，即钢管桩承载力试验不利用试验机位及其相应的工程
桩，而是选择在工程区内其他有代表性钻孔附近开展试桩工
作，其试验桩、锚桩及基准粧均另外设置。
通过对上述3种试粧方案的对比分析得到，方案二既可
以进行钢管粧极限承载力的确定和钢管粧承载力的检验，又
避免了方案一不能满足《港口工程基桩静荷载试验规程》
(JTJ255 -2002)中“工程粧不得用于确定轴向抗拔极限承载
力的试验”的要求和方案^需要在试桩阶段另外进行征用海
域手续的办理及增加海域征迁等费用的缺点，是比较中和的
方案。由于该方案中，试验机位用作锚粧和基准桩的部分工
程粧在试验前需按设计要求全部施工完毕，可能存在钢管桩
承载力检验成果表明钢管粧承载力无法满足设计要求的情
况，此时需要对已施工的工程粧采取相应的补救措施，对工
程投资或进度计划产生一定的影响。仉是，方案二在进行试
验机位基础设计时可以通过充分考虑地质条件的影响，适当
加大设计安全富余度等措施，尽量减小该种情况发生的概率，
并可根据试验成果对后续基础的设计进行优化，从而达到在
确保基础结构安全的前提下，有效控制基础投资的目的。因
此，本工程推荐的试粧方案为部分利用工程粧进行试粧,
3.2.2试验费用对比
根据上述确定的本工程试粧方案为部分利用工程粧进
行试粧，拟将2个试粧试粧机位各8根共16根4>1800mm
程粧和各1根共2根4>1800mm试验粧次性全部施工完
成。2种钢管桩承载力试验方法均利用工程粧搭设试桩平
合，锚粧法检测钢管桩竖向和水平承载力时均以工程粧作为
锚粧，自平衡法检测钢管粧水平承载力时以工程粧作为锚
桩。2种钢管桩承载力试验方法的主要步骤如下0
(1) 锚桩法：钢管粧(含工程粧与试验桩)制作（含工程粧防腐反力梁制作(如需要)—钢管粧(含工程粧与试验粧）
戚家军编制
运输一^钢管粧(含工程粧与试验粧)沉粧施工及试验粧尚虛
变初打试验^夹桩^搭设试桩平台（含可能需要的嵌岩粧施
工平台）、试验附属设施安装及反力梁运输—嵌六粧施工（如 有)—抗压承载力试验锚粧反力梁装置（含反力梁及附属设
施)安装^休止期满后进行抗压承载力试验^抗拔承载力试
验锚粧反力梁装置反力梁及附属设施）安装^休止期满
后进行抗拔承载力试验—休止期满后进行水平承载力试验—提供试验报告—经检测满足设计要求后开展上部结构
的施工
(2) 自平衡法：钢管粧(含工程粧与试验桩)制作(含工程粧防腐试验粧安装荷载箱(提前按试验荷载定制钢管
粧(含工程桩与试验粧）运输—钢管桩(含工程桩与试验粧）
沉粧施工及试验粧高应变初打试验^夹粧—搭设试粧平台可能需要的嵌»粧施工平台）及试验附属设施安装
^嵌
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：粧施工（如有)—休止期满后进行竖向承载力试验^水平 承载力试验锚桩反力梁装置安装—休止期满后进行水平承 载力试验—荷载箱压力灌浆4提供试验报告—经检测满足 设计要求后开展上部结构的施工。
根据以上2种钢管桩承载力试验方法的主要步骤，可以看出，2种试验方法除在钢管粧承载力试验时，由于提供反 力的装置不同而会产生试验费用上的差别外，其它如钢管粧 制作、试粧平台（含可能需要的嵌&桩施工平台）搭设和试验 附属设施等方面的费用基本相同。因此，本阶段根据类似工 程的经验进行了以上2个试验方法的费用初步估算，如表3
表3试验费用对比
^l=4f锚粧法自平衡法
项H单位数f费用/万元项目单位数f费用/万元i中桩静戗抗I丨(试验项230中桩竖向静哉试验（含抗瓜及抗拔)项222福州雾霾
2单桩静载抗拔试验项215肀桩静载水平试验项218
3单粧静载水平试验项2 6.1分K土摩阻力测试点•次5407.7
4分层土摩阻力测试点*次5407.7分层土摩阻力测试元件材料费 3.4
5分层土摩阻力测试元件材料费 3.4钢筋丨卜率定、爾设费个303
6钢筋计韦定、观设费个303荷载箱加工制作费（含运输、焊接）个222
7钢梁、丁•斤顶等调逍进、出场费次212油采、下斤顶等调逍进、出场费次26
8钢梁制作、运输勾安装项180抑载箱爪力灌浆（含预埋件）项210
9其它项1 4.6其它项1 4.6
10总计161.8总计96.7
所示。
由表3可以看出，本工程在进行两组钢管粧承载力试验 时，采用自平衡法可比采用锚粧法节省约65.1万元。但是，由于锚粧法中提供反力的设备（含反力梁及其附属设备)可 以重复利用，而自平衡法的荷载箱等设备为一次性投人，不 能回收重复利用。通过对相关桩基检测单位的调研得知3— 般具备海工或港工粧基础检测资质的单位均自备有常规条 件下进行检测所需的反力设备(含反力梁及其附属设备），实 际进行检测时仅需考虑设备的运输及安装费用而不需考虑 其加工制作的费用(上表中钢梁制作按60方元计列如按此条件考虑，则本工程采用锚粧法和采用自平衡法的试验费 用基本相同。
3.3试验方法选择
根据以上分析比较，自平衡法试粧时，由于钢管桩内埋 设荷载箱，桩内截面积增大，土阻力增大，在本工程区均为岩 基海床的地质条件下，会加大钢管粧沉粧的难度，存在钢管 粧可能无法打到设计标高，或荷载箱可能在沉粧过程中被破 坏，导致试验失败，进而影响工程投资和工期等不确定因* u 而锚粧法试桩没有类似问题，不确定闵素少，试验可靠性相 对较高，更有利于工程投资和工期的控制。同时，锚粧法的试 验费用与自平衡法基本相同。因此，本工程最终推荐风机基础钢管粧承载力试验方法采用锚粧法。
4结论
ca127
根据以上对比分析结果，可以得出以下结论:①锚粧法 对福建莆田南日岛海上风电项目的工程地质条件适应性较 好；②本|程推荐的试桩方案为部分利用工程桩进行试桩，即钢管粧承载力试验单独设置试验桩，并利用试验机位的工 程粧作为试验的锚粧或基准粧;③本工程采用锚桩法和采用 自平衡法的试验费用基本相同;④本工程推荐风机基础钢管 粧承载力试验方法采用锚粧法，并最终在工程实践中得到了 较好的实施和验证0
参考文献
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6 JTS 167-4-2012.港口工程桩基规范
7 JT J 255-2002.港口工程基桩静荷载试验规程
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广义的循环经济学就是研究由经济系统、社会系统、自然 织规律和物质、能量、信息循环规律的综合的知识体系系统复合构成的社会-经济-自然的复杂的人工生态系统的组
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