海上钢管桩水平承载力试验分析

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1、检测与监理广东建材2011年第11期海上钢管桩水平承载力试验分析有智慧，龚维明(1广州地铁设计研究有限公司；2东南大学土木工程学院)摘要：本文结合上海近海风电场工程大直径钢管混凝桩水平静载试验，采用单向单循环法测试了直桩、正反斜桩的水平承载力及变位情况。本文在海上试验环境基本相似的情况下，深入分析了正反斜桩的承载性能差异，结果表明正反斜桩水平承载力的比值在1．10～1．22范围内；探讨了试桩桩身弯矩，发现其呈抛物线型，最大弯矩出现在泥面下2．5～3．5m范围内；研究了三种桩型桩侧七抗力的分布，结果表明正斜桩泥面下的桩侧土抗力

2、要明显大于反斜桩和直桩；探讨了q-y曲线的特性，结果表明泥面下土层中试桩的q—y曲线在桩侧水平位移小于20ram时，几乎为线性，当桩侧水甲位移大_r20mm时，直桩的q-y曲线呈现出明显地非线性变化。上述结论为该电场工程底部大型桩基设计提供了有益的参考。关键词：钢管桩；斜桩；水平承载力；土抗力查阅国内外文献资料，发现斜桩的研究相对较少，力及变位情况，并初步推导出土层的q—y曲线以供设计主要集中在室内试验阶段。Meyerhof(1993，1995)ll。。等参考。采用模型试验方法，研究倾斜荷载作用下弹性桩的荷载考虑海上大直径钢

3、管混凝土斜桩的水静载试验一变形规律，结合以前研究的成果，给出了桩顶极限弯及受力变形机理研究较为罕见，本次试验分析借鉴直桩矩和剪力的经验公式、不同倾角荷载作用下不同倾角斜研究的成熟经验。由于波浪、水流和潮水有可能会对斜桩的桩顶水平位移和径向位移随荷载变化的曲线，以及桩桩身受力特性造成一定的影响网，本次三组试验均选斜桩倾斜荷载作用下极限承载力同荷载倾角以及斜桩择波浪较小、水流较小、低潮水时刻进行测试。倾角之间的经验公式。Zhang(1999)[41等采用离心机在1试验概况砂土中做水平荷载斜桩模型试验，给出了不同相对密度、不同内摩

4、擦角、砂土中不同倾角斜桩水平荷载一水1．1场地地质条件平位移曲线。斜桩的水平承载特性理论研究分析很少，(1)地形。海底地势总体上较平缓，海底滩面高大多仍是沿用直桩的研究方法，Rajashree(2001)_5等一i0．41～一1I．60m，局部地区由于水流条件改变，冲刷形采用Winkler模型，把斜桩的桩侧和桩端土抗力都假设成陡坎，平均高程0．23m。为一组弹簧，其中桩侧土抗力采用双曲线型q—y曲线，(2)地质资料。本次试桩位置采用的地质钻孔资料见对于不同倾斜方向的斜桩假设桩侧极限土压力具有不表I。同的分布形式，采用迭代算法

5、给出数值解。表1地质占孔资料土层编号土层名称顶面高程预估侧阻力预估端阻力上海近海风电场为中国第一个海上风电场地，其海(m)(kPa)(kPa)域范围距海岸线8413km。该电场在距离东海大桥以东①淤泥一110Ikm处海域布置4排、34台单机3MW风力发电机组，风③淤泥质粉质粘土一i1．41O④淤泥质粘土l5l5机南北向间距(沿东海大桥方向)约lO00m；东西向间距④。淤泥质粉质粘土一24．125(垂直东海大桥方向)约500m。风机基础采用高桩混凝⑤粘土一28．240土承台，每个风机设置一个基础，共34个基础。本工程I⑦．粉砂

6、一38．880风机基础承受巨大的风机倾覆力矩和波浪、水流荷载，I⑦粉细砂一48．21006000风机设备对基础的承载和变形有很高的要求。因此，本⑦2_2粉细砂一661107000工程桩基础有直径大，入土深，承载力要求高的特点。为(3)水文资料。本海区的潮汐主要受东海前进潮波控确保工程设计和施工的安全可靠，需要在工程海域进行制，属非正规半日浅海潮型。根据芦潮港站1977~2002现场水平承载力试验，测试直桩、正反斜桩的水平承载年多年极值高潮位、极值低潮位资料，推算场址区不同——48——广东建材2011年第11期检测与监理重现期

7、潮位，确定场址区相应设计高潮位为2．55m，设Z垃计低潮位一2．09m。1．2试验布置水平试桩共3根，l根直桩，2根6：1斜桩，桩型采兰If用钢管桩，管材为Q345C；一30．OOm高程至桩顶为上段I管，壁厚30mm；一30．OOm高程至桩底为下段管，壁厚25mm。其中，两根斜桩一30．OOm高程以上桩身内填灌冀一殍，lC30混凝土，内侧布设1025。．IofjfI现场采用正方形布桩，桩顶高程7．1Om，桩顶桩中——心距6m。L蚕I表2钢管桩试验参数桩长桩径d泥面桩顶桩底试桩(m)(m)桩型标高杯同标高l=7．Sca，l(m

8、)(m)(m)：Pxl83．21．7反斜一l1．000+7．1O0—75．000Px283．2l_7正斜一11．000+7．100—75．000口．75曲lPzl82．11．7直桩一l1．000+7．100—75．000图1试验桩位立面图1．3试验设备及数据采集量程极限，无法继续加载，故停