蘇昕，劉釗，申志超，紀(jì)文利

（中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

樁基礎(chǔ)是海上風(fēng)機(jī)最常用的基礎(chǔ)形式之一，可分為單樁基礎(chǔ)和群樁基礎(chǔ)[1]。由于惡劣的自然環(huán)境和工作條件，風(fēng)電樁基礎(chǔ)承受著較大的荷載，大直徑超長(zhǎng)鋼管樁開(kāi)始出現(xiàn)在海上風(fēng)電項(xiàng)目中[2-3]。在群樁基礎(chǔ)的單樁設(shè)計(jì)上要求具有很大的抗拔承載力，這往往是決定樁長(zhǎng)的控制因素。我國(guó)港口工程樁基規(guī)范[4]的承載力經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法對(duì)樁基抗拔承載力的計(jì)算做出了規(guī)定，采用側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)ξ（抗拔側(cè)阻力/抗壓側(cè)阻力）考慮側(cè)阻力，該系數(shù)為側(cè)摩阻力相比于抗壓承載，在抗拔承載中的降低程度?，F(xiàn)行規(guī)范中對(duì)ξ的推薦值沿用了98版港口工程樁基規(guī)范[5]的推薦值，是基于黏性土35根、砂土6根抗拔樁試樁資料提出的。由于樁基的大型化及海上地質(zhì)條件的差異化，規(guī)范中推薦的折減系數(shù)對(duì)海上風(fēng)電大直徑超長(zhǎng)鋼管樁是否仍然適用，是個(gè)值得探討的問(wèn)題。因此，研究大直徑超長(zhǎng)樁的抗拔承載力具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

陳岳林等[6]通過(guò)抗壓與抗拔靜載試驗(yàn)對(duì)陸上直徑為0.8 m的長(zhǎng)樁開(kāi)展研究，分析抗拔折減系數(shù)沿樁入土深度的變化規(guī)律，并提出用規(guī)范提供的抗拔折減系數(shù)及抗壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算抗拔極限承載力可能使設(shè)計(jì)偏不安全。朱光裕等[7]對(duì)陸上工程不同類(lèi)型小直徑樁基的側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)進(jìn)行研究并與規(guī)范推薦值進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為規(guī)范取值對(duì)于黏土中的長(zhǎng)樁是偏于安全的，而對(duì)于砂性土中的短樁可能偏于危險(xiǎn)。王向軍等[8]采用解析方法研究了樁的長(zhǎng)徑比、樁的泊松比和土的壓縮模量等因素對(duì)樁的側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)的影響。張繼紅和朱合華[9]建立了可考慮應(yīng)力釋放對(duì)抗拔樁側(cè)阻力影響的抗拔承載極限平衡狀態(tài)方程，針對(duì)大型抗拔鋼管樁靜載荷試驗(yàn)對(duì)比了規(guī)范法計(jì)算結(jié)果、所提極限平衡法計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)值，比較結(jié)果顯示規(guī)范法計(jì)算結(jié)果大約為實(shí)測(cè)值的1.5倍，而所提方法計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值較為吻合。孫冶默[10]等2018年基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)陸上小直徑灌注樁的抗拔折減系數(shù)進(jìn)行了研究并與相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比。目前，還未發(fā)現(xiàn)相關(guān)文獻(xiàn)通過(guò)靜載試驗(yàn)的方法研究海上大直徑超長(zhǎng)鋼管樁的側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)。

1 依托工程概況

本工程風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址中心距離岸線約16 km，場(chǎng)址距離曹妃甸港約27 km，風(fēng)電場(chǎng)北段距岸線約11 km，南側(cè)距京唐港—天津新港航道約6.8 km。先期建設(shè)6臺(tái)試驗(yàn)風(fēng)機(jī)，編號(hào)分別為49～54號(hào)。本次樁基靜載試驗(yàn)試驗(yàn)樁分別涉及編號(hào)為SZ1（49號(hào)機(jī)位）和SZ2（54號(hào)機(jī)位）的鋼管樁。

1.1 地質(zhì)情況

2個(gè)試驗(yàn)機(jī)組的地質(zhì)資料見(jiàn)表1。

1.2 樁型及施打情況

采用外徑為2.0 m的鋼管樁作為工程樁及試驗(yàn)樁，樁位見(jiàn)圖1，鋼管樁上部壁厚30 mm，中部壁厚25 mm，底部壁厚22 mm，并在樁頂及樁底設(shè)置有加強(qiáng)鋼板。其中工程樁為5∶1斜樁，試驗(yàn)樁為直樁。2根試驗(yàn)樁的實(shí)際沉樁情況見(jiàn)表2。

表1 風(fēng)機(jī)位置地質(zhì)情況Table1 Geologicalconditionat thepositionof windturbine

圖1 工程樁、試驗(yàn)樁編號(hào)及其相對(duì)位置示意圖Fig.1 Numbers and relative positions of engineering piles and testing piles

表2 樁長(zhǎng)及打樁情況匯總Table 2 Summary of pile length and pile driving

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1）加載設(shè)備及加載方式

本次試驗(yàn)采用錨樁法，為滿足試驗(yàn)需求設(shè)計(jì)了1套鋼梁及鋼拉帽作為反力結(jié)構(gòu)，用千斤頂施加荷載。荷載值用千斤頂?shù)臉?biāo)準(zhǔn)壓力表控制；上拔觀測(cè)采用量程為50 mm的高精度容柵式位移傳感器，借助基準(zhǔn)梁進(jìn)行量測(cè)，采用全自動(dòng)靜力載荷測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行顯示并記錄上拔值。試驗(yàn)裝置示意如圖2。

圖2 試驗(yàn)裝置示意Fig.2 Testing apparatus

2）傳感器布設(shè)

本工程采用電阻應(yīng)變式傳感器進(jìn)行不同土層側(cè)摩阻力測(cè)試。

為得到不同土層的極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)地質(zhì)情況，每根試驗(yàn)樁布置不同測(cè)試斷面，取土層分界面高程作為傳感器布設(shè)的參考值，見(jiàn)表1，各土層分界面布設(shè)傳感器，較厚的土層內(nèi)部根據(jù)實(shí)際情況也布設(shè)傳感器，泥面以上布設(shè)1組傳感器作為標(biāo)定斷面[11]，每個(gè)斷面按軸心對(duì)稱布設(shè)2個(gè)應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器焊接于鋼管樁內(nèi)壁，對(duì)應(yīng)變傳感器及其線纜采用保護(hù)槽加以保護(hù)。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)得，SZ1試驗(yàn)樁的軸向抗壓極限承載力為38 323 kN，其中側(cè)阻力為32 248 kN，端阻力為6 075 kN；SZ2試驗(yàn)樁的軸向抗壓極限承載力為34 500 kN，其中側(cè)阻力為31 391 kN，端阻力為3 109 kN。SZ1試驗(yàn)樁的軸向抗拔極限承載力為16 500 kN，側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)為0.51；SZ2試驗(yàn)樁的軸向抗拔極限承載力為21 000 kN，側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)為0.67。各土層的側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)與港口工程樁基規(guī)范[4]推薦值的對(duì)比見(jiàn)表3。由此可見(jiàn)SZ1、SZ2各土層分層側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)明顯低于規(guī)范推薦值。所以在根據(jù)規(guī)范[4]采用承載力經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定海上大直徑超長(zhǎng)樁的抗拔承載力時(shí)需要特別注意側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)的取值問(wèn)題，根據(jù)規(guī)范推薦值計(jì)算抗拔承載力可能會(huì)得到偏危險(xiǎn)的結(jié)果。

表3 各土層分層側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)與規(guī)范推薦值對(duì)比Table 3 Comparison of uplift reduction coefficient of shaft resistance between testing results and suggested value in code for different soil layers

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)海上風(fēng)電大直徑超長(zhǎng)鋼管樁的抗拔折減系數(shù)開(kāi)展了試驗(yàn)研究，根據(jù)試驗(yàn)得到的各土層側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)幾乎都小于規(guī)范推薦值。根據(jù)規(guī)范采用承載力經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定海上大直徑超長(zhǎng)樁的抗拔承載力時(shí)尤其需要注意側(cè)阻力抗拔折減系數(shù)的取值問(wèn)題，根據(jù)規(guī)范推薦值計(jì)算抗拔承載力可能會(huì)得到偏危險(xiǎn)的結(jié)果。