張衛(wèi)民　徐海濱

摘 要：近年來，國內(nèi)海上風電發(fā)展迅猛，基礎(chǔ)多為高聳基礎(chǔ)，其中大直徑單樁基礎(chǔ)是近年來最常用的一種典型基礎(chǔ)型式。擠密砂樁作為一種常規(guī)軟土地基處理方法，國內(nèi)研究多集中于軟土地基加固和復(fù)合地基承載力方面，針對大直徑單樁樁基轉(zhuǎn)角控制的研究較少，本文結(jié)合工程實例，研究了擠密砂樁對樁基泥面處轉(zhuǎn)角的控制影響。結(jié)果表明，擠密砂樁可以有效解決樁基泥面處的轉(zhuǎn)角問題，該方法實施經(jīng)濟高效、對后續(xù)工程具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：大直徑單樁;擠密砂樁;樁基轉(zhuǎn)角;樁基礎(chǔ)穩(wěn)定

中圖分類號：U655.55;TU472.32

Abstract：In recent years，domestic offshore wind power has been developing rapidly， the foundation is mostly high-rise structure， large-diameter monopile is the most commonly used typical foundation type. Sand pile is a conventional method of soft soil foundation treatment， the research on soft soil foundation reinforcement and bearing capacity of composite foundation are mostly focused in domestic， the study of corner control of large diameter monopile is more less. In this paper， the influence of sand compaction pile on the corner control of the pile foundation is studied. Combined with engineering example， it is concluded that the corner control of the pile foundation at the mud surface is solved effectively， the method is economical and efficient， and has guiding significance for subsequent projects.

Key words：large-diameter monopile;sand compaction pile;the corner of pile foundation;stability of pile foundation

近年來，國內(nèi)很多研究人員對軟土地基處理工藝和方法進行了大量的研究。徐建平等[1]通過在軟粘土中靜力壓入單樁和雙樁的模型試驗，研究了沉樁擠土效應(yīng)，獲得了沉樁過程中土體位移隨水平和深度方向變化的規(guī)律，并對壓入單樁與雙樁的試驗結(jié)果進行了比較分析。許朝陽等[2]從試驗入手分析了軟粘土中靜壓樁貫入時，引起的土體位移場變化規(guī)律，通過對一些因素加以控制，觀測了單樁和有鄰樁存在時，土體的側(cè)移和隆起規(guī)律。然后通過二維彈塑性有限元模擬樁的壓入過程，通過在樁側(cè)設(shè)置接觸面單元，獲得了擠土過程中，土體的位移和土中的應(yīng)力分布。卓楊等[3]采用有限元方法對水平荷載作用下單樁試驗進行數(shù)值模擬，以土彈簧取代樁周土體作用，提出了由實測試驗樁數(shù)據(jù)推導(dǎo)求得土彈簧剛度的方法，此方法可應(yīng)用于各種荷載作用、泥面坡度情況下樁的樁-土相互作用。杜朝東[4]討論了運用擠密砂樁加固軟弱地基的原理和作用，并結(jié)合工程實例，闡述了施工中存在的問題及解決辦法。李永見等[5]結(jié)合工程實踐，著重介紹了砂樁在軟土地基處理中的應(yīng)用，通過對地基承載力的測試結(jié)果和對復(fù)合地基沉降的觀測，證明了砂樁在軟土地基處理中的應(yīng)用效果良好。林鳴等[6]針對海上擠密砂樁軟基加固工法，依托港珠澳大橋島隧工程對其原理和特點進行介紹，總結(jié)現(xiàn)場擠密砂樁載荷板試驗的相關(guān)成果，介紹了海上擠密砂樁應(yīng)用在不同構(gòu)筑物時的設(shè)計原理、計算方法以及布置方案，歸納總結(jié)了海上擠密砂樁的施工效率和相應(yīng)的質(zhì)量控制管理措施。丁如珍等[7]針對淮安地區(qū)高速公路軟弱地基的工程實例，進行了砂樁復(fù)合地基承載性能的理論計算分析，并將理論計算結(jié)果與實測結(jié)果進行對比，兩者結(jié)果基本一致。同時從復(fù)合地基理論與砂樁單樁承載力計算理論的角度分析影響復(fù)合地基承載力的影響因素。莫景逸等[8]介紹軟黏土地基中擠密砂樁加固的設(shè)計計算方法及部分工程實例，并根據(jù)工程實踐提出一些設(shè)計計算方法方面的探討性意見。上述研究主要集中在擠密砂樁處理軟土地基加固問題和復(fù)合地基承載力等方面，針對大直徑單樁轉(zhuǎn)角控制的研究較少。

本文依托我國某海上風電場項目，對海上大直徑鋼管單樁基礎(chǔ)采用擠密砂樁對樁周軟土地基加固處理，并對處理效果進行了現(xiàn)場試驗取樣，深入研究了擠密砂樁對樁基泥面處轉(zhuǎn)角的控制影響，對類似工程有一定的參考價值。

1 工程概況

1.1 工程案例

我國某海上風電場，本文選取典型機位A，設(shè)計方案采用大直徑鋼管樁單樁基礎(chǔ)，直徑為5.5～6.1m，壁厚65～75mm，樁長為70m;樁頂設(shè)計標高為+12m，樁端設(shè)計標高為-58m，需貫穿強風化灰?guī)r，沉樁至中風化巖面以上1m處。A機位地質(zhì)剖面圖如圖1所示，相應(yīng)的物理力學(xué)指標如表1所示。

1.2 沉樁監(jiān)測分析

A機位沉樁至鋼管樁樁頂標高+13.7m時，樁身應(yīng)力最大值為132.2Mpa，終錘貫入度為1.2mm，樁身垂直度從0.36‰逐漸增大至2.3‰。高應(yīng)變檢測顯示樁身靜土阻力由25489KN增大到138358KN。結(jié)合地質(zhì)資料判斷鋼管樁端部已經(jīng)進入巖層，根據(jù)靜土阻力急劇增大及樁身垂直度變化初步判斷樁端局部已出現(xiàn)屈曲，停止沉樁。如圖2所示，后經(jīng)樁內(nèi)處理發(fā)現(xiàn)管樁已撕裂變形，坡口角度約45°，整體斜置于孔底巖層中。

根據(jù)規(guī)范[10]要求，單樁基礎(chǔ)計入施工誤差后，泥面處整個運行期內(nèi)循環(huán)累積總傾角不應(yīng)超過0.50°。根據(jù)目前情況，經(jīng)復(fù)核泥面轉(zhuǎn)角為0.32°，泥面水平最大位移8.178cm。計入施工誤差后，轉(zhuǎn)角已達到0.45°。在考慮風機運行期內(nèi)累積誤差后，難以滿足風機運行期內(nèi)樁基礎(chǔ)穩(wěn)定。

2 處理方法

2.1 常規(guī)處理方法

常規(guī)處理方法為樁內(nèi)水下切除屈曲鋼板，繼續(xù)沉樁到設(shè)計標高。這種處理方法弊端：極易造成管涌，安全風險大、處理周期長、費用高，繼續(xù)沉樁極易造成樁身進一步傾斜，加大樁基礎(chǔ)泥面處傾角，直接影響樁基礎(chǔ)穩(wěn)定。

2.2 擠密砂樁處理方法

根據(jù)A機位土層分布，制定水下擠密砂樁處理方案：采用擠密砂樁加固樁周軟土，主要加固淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土混砂層，加固深度-35.1m，砂樁長度14.8m。砂樁采用間隔跳打方式，如圖3所示圍繞樁周均勻布置，砂樁間距1.8m，砂樁直徑1.6m，置換率62%，共850根。

3 樁周加固處理及復(fù)核計算

砂樁加固后，根據(jù)現(xiàn)場標貫試驗，標貫器內(nèi)土樣分析，地基以砂土為主，偶見礫石和黏土團塊。根據(jù)規(guī)范，砂樁置換率62%，地基土在不考慮原始狀態(tài)的砂土顆粒情況下，已屬于砂土。

A機位砂樁地基共檢測3個孔，本文選取1#孔，采用Peck（1974）公式進行推算，公式如下：

表2為1#孔的實測標貫錘擊數(shù)經(jīng)修正后推算的砂樁內(nèi)摩擦角，范圍為32°～38°;2#孔和3#孔推算的內(nèi)摩擦角范圍分別為31°～34°、31°～33°。采用海洋工程結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件SACS數(shù)值計算，泥面處總轉(zhuǎn)角為0.36°，泥面水平最大位移5.842cm，滿足規(guī)范[10]要求。

4 結(jié)論

本文以某海上風電大直徑單樁基礎(chǔ)采用擠密砂樁處理樁基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角為例，開展了擠密砂樁對樁基礎(chǔ)泥面處轉(zhuǎn)角控制影響的研究，得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)現(xiàn)場標貫試驗及取樣分析，地基土以砂土為主，實測標貫擊數(shù)大部分處于20擊到35擊范圍，砂土處于稍密至密實狀態(tài)。推算內(nèi)摩擦角在31°～38°之間，在計入樁基礎(chǔ)施工誤差后，推算泥面處總轉(zhuǎn)角為0.36°，泥面水平最大位移5.842cm，滿足規(guī)范[10]要求。

（2）采用擠密砂樁處理樁基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角問題，相比傳統(tǒng)處理方式更安全可靠、經(jīng)濟快捷，具有一定的經(jīng)濟效益，在處理樁基礎(chǔ)泥面處轉(zhuǎn)角問題方面有一定的示范作用。

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作者簡介：張衛(wèi)民（1981-），男，江蘇連云港人，高級工程師，主要從事新能源項目建設(shè)及技術(shù)研究。