一种海上风电挤密砂桩的试验方法技术

本发明专利技术公开了一种海上风电挤密砂桩的试验方法，包括以下步骤：试验桩打设、抗压试验装置安装、试验平台搭设、挤密砂桩复合地基承载力测试、挤密砂桩桩体质量测试、泥面隆起高度检测和挤密砂桩砂样室内试验。进行试验桩打设步骤时，以正方形布置地将100根砂桩打入水下砂土层；进行抗压试验装置安装步骤时包括反力架安装、加载系统安装、基准系统安装和沉降测量系统安装。进行试验平台搭设步骤时利用四根锚桩作为试验平台的支撑基础。进行挤密砂桩复合地基承载力测试步骤时包括沉降测量和土压力测定。进行挤密砂桩桩体质量测试步骤时采用标准贯入试验。本发明专利技术的试验方法能确定复合地基的承载力，掌握打设水下挤密砂桩对土体的扰动情况。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电挤密砂桩的试验方法
本专利技术涉及一种海上风电挤密砂桩的试验方法。
技术介绍
海上风电具有资源丰富、发电利用小时数高、清洁环保和适宜大规模开发的特点，近几年欧美国家均把风电开发的重点转向海上，许多大型风电开发企业、设备制造企业正在积极探索海上风电发展之路。随着海上风电建设水平的提高，风电机组的容量也越来越大，对结构安全特性的要求越来越高，尤其是对桩基承载力的要求。通过实验研究来探寻桩基承载力特性的方法是目前的有效手段。挤密砂桩置换率越大，由其形成的排水通道越好，所需固结时间越少，因此也能作为风电基础。由于我国的水下挤密砂桩尚处于起步阶段，对于砂桩的性能尚未完全弄清，对挤密砂桩加固软土地基效果仅是通过标准贯入试验进行测定。所以开展水下挤密砂桩加固软土地基效果的试验是非常迫切和必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种海上风电挤密砂桩的试验方法，它能帮助掌握砂桩对地基承载力提高的作用，了解砂桩打设造成的土体隆起情况，弄清桩间土排水固结过程中的土层压缩、强度增长等情况，从而取得相关数据，为工程设计积累经验，提高施工效率，保证施工质量。本专利技术的目的是这样实现的：一种海上风电挤密砂桩的试验方法，包括以下步骤：试验桩打设、抗压试验装置安装、试验平台搭设、挤密砂桩复合地基承载力测试、挤密砂桩桩体标贯测试、泥面隆起高度检测和挤密砂桩砂样室内试验；其中，进行所述试验桩打设步骤时，包括砂桩打设以及四根锚桩和两根基准桩打设；砂桩打设时，采用水下挤密砂桩船以间距1.8m的方式正方形布置地将100根直径为1.6m，长度为8m的砂桩打入水下砂土层，水深标高为-32m；按照以下流程进行砂桩打设：A.沉桩定位，水下挤密砂桩船采用由陆上GPS基站及船上3组GPS接受站组成的GPS测量系统定位；B.打设套管、管内排水，依次沉放三根砂桩套管，当砂桩套管接近泥面时，实施低压力加压排水；C.当砂桩套管以自重入土层一定深度后，减压并向砂桩套管内灌砂；D.加压和持压施打砂桩套管接近处理土层底标高；E.持压，上拔砂桩套管，排出管内泥柱，端部处理；F.灌砂、加压施打砂桩套管至处理土层底标高；G.灌砂、加压上拔砂桩套管，排砂形成一定高度砂柱；H.加压振动回打扩径，形成一段挤密砂桩；I.循环灌砂、加压排砂、形成砂柱、振动回打扩径，逐段形成整根挤密砂桩；四根锚桩和两根基准桩打设时，根据荷载板基础的平面尺寸3.6m×3.6m，在挤密砂桩中心3.6m×3.6m的外围打设四根锚桩和两根基准桩；进行所述抗压试验装置安装时，包括荷载板构件安装、反力架安装、加载系统安装、基准系统安装和沉降测量系统安装；所述荷载板构件的总高度为44m，包括荷载板和连接在荷载板顶面中央的传力杆；荷载板采用钢筋混凝土结构且由上、下层基础构成，下层基础的平面尺寸为3.6m×3.6m，高度为1.5m，上层基础的平面尺寸为2.4m×2.4m，高度为1.0m；传力杆采用直径为1.5m的钢管；荷载板构件在加工场制作加工，在砂桩和锚桩打设完成后，经测量标高后,在传力杆上焊接中层水平限位架和下层水平限位架,中层水平限位架和下层水平限位架均由四根水平横杆和四根水平斜杆构成并呈形，中层水平限位架和下层水平限位架的四个角均连接一个锚桩抱箍；上层水平限位架由传力杆抱箍及四根一一对应地连接在四根锚桩与传力杆抱箍之间的水平限位杆构成；传力杆上还通过多层圆杆制成的支架连接四根沉降测量杆；中层水平限位架和下层水平限位架均在平板上整体拼装；荷载板构件安装时，按以下工序进行；(1)安装导向架：先在四根锚桩的顶端各自安放一个锥形导向架；(2)起吊：利用起重船将运输船上的荷载板构件整体翻身，直到荷载板构件呈竖直状态后再吊起，缓慢平移至四根锚桩的中心上方；过程中，起重船上的辅助人员利用牵引绳牵引荷载板构件的下部；(3)下沉：通过牵引绳调整荷载板构件，使下层水平限位架的四个锚桩抱箍一一对应地对准四根锚桩的导向架后，起重机缓慢下放，直至中层水平限位架和下层水平限位架上的锚桩抱箍全部套进锚桩；(4)沉底安放：整个吊装下放过程要求平稳慢放，直至荷载板构件平稳地坐落于挤密砂桩顶部的垫层上；等整个荷载板构件完全沉降稳定后，焊接上层水平限位架的四根水平限位杆，再将吊扣解开；反力架安装时，在四根锚桩的桩顶各自焊接锚桩桩帽，将四根锚桩分成两两一组，在两组锚桩桩帽之间各自通过边梁锚桩连接器和拉杆固定一根边梁，在两根边梁的底面中部之间通过主边梁连接架和拉杆连接一根主梁；加载系统包括油压千斤顶和传力系统；油压千斤顶系统由六台并联的液压千斤顶、一台超高压油泵及相应的油路系统组成；传力系统包括荷载板、传力杆以及圆盘；加载系统的六台千斤顶通过两个圆盘安装在传力杆的顶面与主梁的底面之间；基准系统独立于加载系统，由两根基准桩和基准梁组成，将两根基准桩打设到砂桩加固层以下，达到在加载过程中基准桩不受地基沉降和外界船只等影响；基准梁由两根槽钢组成，两根槽钢的一端固定在一根基准桩上，另一端简支在另一根基准桩上；沉降测量系统包括四只对称布置的位移传感器，四只位移传感器通过磁性表座固定在基准梁上，并由信号线将测得的数据传输到信号采集系统里；进行试验平台搭设步骤时，利用四根锚桩作为试验平台的支撑基础；在四根锚桩相应的标高处焊接牛腿，再将四根锚桩分成两两一组，在每组锚桩的牛腿之间焊接两根支承槽钢，然后在四根支承槽钢上焊接顶层槽钢，再在顶层槽钢上铺设钢丝网片；进行挤密砂桩复合地基承载力测试步骤时，采用荷载板加载方法进行62％置换率挤密砂桩复合地基承载力试验，包括以下测试项目：(1)沉降测量：通过预埋沉降杆，对荷载板的沉降进行观测；沉降量测读时间：加载过程中，每级荷载施加的第一小时内按第5min、15min、30min、45min、60min进行测读，以后每隔半小时测读一次；卸载时，每级卸载量为每级加载量的两倍，进行等量逐级卸载，每级荷载维持30min，回弹测读时间为第5min、10min、20min、30min；卸载至零后，应测读稳定的残余沉降量，时间为3h，测读时间间隔为30min；(2)土压力测定：在荷载板上根据砂桩位置预先通过土压力盒安装九只土压力计；土压力盒在荷载板浇筑混凝土时预埋，荷载板浇筑完成后，再安装土压力计；土压力计的电缆通过混凝土中预埋的PVC管引到荷载板的顶面，并引至试验平台上收集数据；土压力测读时间：加载过程中，每级荷载维持中每隔半小时测读一次；卸载时，每级卸载量为每级加载量的两倍，进行等量逐级卸载，每级荷载维持60min，即测读数据；卸载至零后，应测读稳定时的数据，时间为3h；当出现下列条件之一时即终止加载：①降量急剧增大，荷载～沉降曲线上出现明显第二拐点；②累计沉降量已大于荷载板宽度的10％；③某级荷载作用下荷载板的沉降量大于前一级荷载的2倍，且经24小时尚未稳定；④总加荷载量已达到设计要求值；进行所述挤密砂桩桩体质量测试步骤时，采用标准贯入试验进行检测并在荷载板加载方法结束后且荷载板吊离后进行；采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击，标准贯入器打入土中15cm后，开始记录每打入10cm的锤击数，以累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数；当锤击数已达50击，而贯入深度未达30cm时，记录50击的实际贯入深度并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上风电挤密砂桩的试验方法，包括以下步骤：试验桩打设、抗压试验装置安装、试验平台搭设、挤密砂桩复合地基承载力测试、挤密砂桩桩体标贯测试、泥面隆起高度检测和挤密砂桩砂样室内试验；其特征在于，进行所述试验桩打设步骤时，包括砂桩打设以及四根锚桩和两根基准桩打设；砂桩打设时，采用水下挤密砂桩船以间距1.8m的方式正方形布置地将100根直径为1.6m，长度为8m的砂桩打入水下砂土层，水深标高为‑32m；按照以下流程进行砂桩打设：A.沉桩定位，水下挤密砂桩船采用由陆上GPS基站及船上3组GPS接受站组成的GPS测量系统定位；B.打设套管、管内排水，依次沉放三根砂桩套管，当砂桩套管接近泥面时，实施低压力加压排水；C.当砂桩套管以自重入土层一定深度后，减压并向砂桩套管内灌砂；D.加压和持压施打砂桩套管接近处理土层底标高；E.持压，上拔砂桩套管，排出管内泥柱，端部处理；F.灌砂、加压施打砂桩套管至处理土层底标高；G.灌砂、加压上拔砂桩套管，排砂形成一定高度砂柱；H.加压振动回打扩径，形成一段挤密砂桩；I.循环灌砂、加压排砂、形成砂柱、振动回打扩径，逐段形成整根挤密砂桩；四根锚桩和两根基准桩打设时，根据荷载板基础的平面尺寸3.6m×3.6m，在挤密砂桩中心3.6m×3.6m的外围打设四根锚桩和两根基准桩；进行所述抗压试验装置安装时，包括荷载板构件安装、反力架安装、加载系统安装、基准系统安装和沉降测量系统安装；所述荷载板构件的总高度为44m，包括荷载板和连接在荷载板顶面中央的传力杆；荷载板采用钢筋混凝土结构且由上、下层基础构成，下层基础的平面尺寸为3.6m×3.6m，高度为1.5m，上层基础的平面尺寸为2.4m×2.4m，高度为1.0m；传力杆采用直径为1.5m的钢管；荷载板构件在加工场制作加工，在砂桩和锚桩打设完成后，经测量标高后,在传力杆上焊接中层水平限位架和下层水平限位架,中层水平限位架和下层水平限位架均由四根水平横杆和四根水平斜杆构成并呈形，中层水平限位架和下层水平限位架的四个角均连接一个锚桩抱箍；上层水平限位架由传力杆抱箍及四根一一对应地连接在四根锚桩与传力杆抱箍之间的水平限位杆构成；传力杆上还通过多层圆杆制成的支架连接四根沉降测量杆；中层水平限位架和下层水平限位架均在平板上整体拼装；荷载板构件安装时，按以下工序进行；(1)安装导向架：先在四根锚桩的顶端各自安放一个锥形导向架；(2)起吊：利用起重船将运输船上的荷载板构件整体翻身，直到荷载板构件呈竖直状态后再吊起，缓慢平移至四根锚桩的中心上方；过程中，起重船上的辅助人员利用牵引绳牵引荷载板构件的下部；(3)下沉：通过牵引绳调整荷载板构件，使下层水平限位架的四个锚桩抱箍一一对应地对准四根锚桩的导向架后，起重机缓慢下放，直至中层水平限位架和下层水平限位架上的锚桩抱箍全部套进锚桩；(4)沉底安放：整个吊装下放过程要求平稳慢放，直至荷载板构件平稳地坐落于挤密砂桩顶部的垫层上；等整个荷载板构件完全沉降稳定后，焊接上层水平限位架的四根水平限位杆，再将吊扣解开；反力架安装时，在四根锚桩的桩顶各自焊接锚桩桩帽，将四根锚桩分成两两一组，在两组锚桩桩帽之间各自通过边梁锚桩连接器和拉杆固定一根边梁，在两根边梁的底面中部之间通过主边梁连接架和拉杆连接一根主梁；加载系统包括油压千斤顶和传力系统；油压千斤顶系统由六台并联的液压千斤顶、一台超高压油泵及相应的油路系统组成；传力系统包括荷载板、传力杆以及圆盘；加载系统的六台千斤顶通过两个圆盘安装在传力杆的顶面与主梁的底面之间；基准系统独立于加载系统，由两根基准桩和基准梁组成，将两根基准桩打设到砂桩加固层以下，达到在加载过程中基准桩不受地基沉降和外界船只等影响；基准梁由两根槽钢组成，两根槽钢的一端固定在一根基准桩上，另一端简支在另一根基准桩上；沉降测量系统包括四只对称布置的位移传感器，四只位移传感器通过磁性表座固定在基准梁上，并由信号线将测得的数据传输到信号采集系统里；进行试验平台搭设步骤时，利用四根锚桩作为试验平台的支撑基础；在四根锚桩相应的标高处焊接牛腿，再将四根锚桩分成两两一组，在每组锚桩的牛腿之间焊接两根支承槽钢，然后在四根支承槽钢上焊接顶层槽钢，再在顶层槽钢上铺设钢丝网片；进行挤密砂桩复合地基承载力测试步骤时，采用荷载板加载方法进行62％置换率挤密砂桩复合地基承载力试验，包括以下测试项目：(1)沉降测量：通过预埋沉降杆，对荷载板的沉降进行观测；沉降量测读时间：加载过程中，每级荷载施加的第一小时内按第5min、15min、30min、45min、60min进行测读，以后每隔半小时测读一次；卸载时，每级卸载量为每级加载量的两倍，进行等量逐级卸载，每级荷载维持30min，回弹测读时间为第5min、10min、20min、30min；卸载至零后，应测读稳定的残余沉...

【技术特征摘要】
1.一种海上风电挤密砂桩的试验方法，包括以下步骤：试验桩打设、抗压试验装置安装、试验平台搭设、挤密砂桩复合地基承载力测试、挤密砂桩桩体标贯测试、泥面隆起高度检测和挤密砂桩砂样室内试验；其特征在于，进行所述试验桩打设步骤时，包括砂桩打设以及四根锚桩和两根基准桩打设；砂桩打设时，采用水下挤密砂桩船以间距1.8m的方式正方形布置地将100根直径为1.6m，长度为8m的砂桩打入水下砂土层，水深标高为-32m；按照以下流程进行砂桩打设：A.沉桩定位，水下挤密砂桩船采用由陆上GPS基站及船上3组GPS接受站组成的GPS测量系统定位；B.打设套管、管内排水，依次沉放三根砂桩套管，当砂桩套管接近泥面时，实施低压力加压排水；C.当砂桩套管以自重入土层一定深度后，减压并向砂桩套管内灌砂；D.加压和持压施打砂桩套管接近处理土层底标高；E.持压，上拔砂桩套管，排出管内泥柱，端部处理；F.灌砂、加压施打砂桩套管至处理土层底标高；G.灌砂、加压上拔砂桩套管，排砂形成一定高度砂柱；H.加压振动回打扩径，形成一段挤密砂桩；I.循环灌砂、加压排砂、形成砂柱、振动回打扩径，逐段形成整根挤密砂桩；四根锚桩和两根基准桩打设时，根据荷载板基础的平面尺寸3.6m×3.6m，在挤密砂桩中心3.6m×3.6m的外围打设四根锚桩和两根基准桩；进行所述抗压试验装置安装时，包括荷载板构件安装、反力架安装、加载系统安装、基准系统安装和沉降测量系统安装；所述荷载板构件的总高度为44m，包括荷载板和连接在荷载板顶面中央的传力杆；荷载板采用钢筋混凝土结构且由上、下层基础构成，下层基础的平面尺寸为3.6m×3.6m，高度为1.5m，上层基础的平面尺寸为2.4m×2.4m，高度为1.0m；传力杆采用直径为1.5m的钢管；荷载板构件在加工场制作加工，在砂桩和锚桩打设完成后，经测量标高后,在传力杆上焊接中层水平限位架和下层水平限位架,中层水平限位架和下层水平限位架均由四根水平横杆和四根水平斜杆构成并呈形，中层水平限位架和下层水平限位架的四个角均连接一个锚桩抱箍；上层水平限位架由传力杆抱箍及四根一一对应地连接在四根锚桩与传力杆抱箍之间的水平限位杆构成；传力杆上还通过多层圆杆制成的支架连接四根沉降测量杆；中层水平限位架和下层水平限位架均在平板上整体拼装；荷载板构件安装时，按以下工序进行；(1)安装导向架：先在四根锚桩的顶端各自安放一个锥形导向架；(2)起吊：利用起重船将运输船上的荷载板构件整体翻身，直到荷载板构件呈竖直状态后再吊起，缓慢平移至四根锚桩的中心上方；过程中，起重船上的辅助人员利用牵引绳牵引荷载板构件的下部；(3)下沉：通过牵引绳调整荷载板构件，使下层水平限位架的四个锚桩抱箍一一对应地对准四根锚桩的导向架后，起重机缓慢下放，直至中层水平限位架和下层水平限位架上的锚桩抱箍全部套进锚桩；(4)沉底安放：整个吊装下放过程要求平稳慢放，直至荷载板构件平稳地坐落于挤密砂桩顶部的垫层上；等整个荷载板构件完全沉降稳定后，焊接上层水平限位架的四根水平限位杆，再将吊扣解开；反力架安装时，在四根锚桩的桩顶各自焊接锚桩桩帽，将四根锚桩分成两两一组，在两组锚桩桩帽之间各自通过边梁锚桩连接器和拉杆固定一根边梁，在两根边梁的底面中部之间通过主边梁连接架和拉杆连接一根主梁；加载系统包括油压千斤顶和传力系统；油压千斤顶系统由六台并联的液压千斤顶、一台超高压油泵及相应的油路系统组成；传力系统包括荷载板、传力杆以及圆盘；加载系统的六台千斤顶通过两个圆盘安装在传力杆的顶面与主梁的底面之间；基准系统独立于加载系统，由两根基准桩和基准梁组成，将两根基准桩打设到砂桩加固层以下，达到在加载过程中基准桩不受地基沉降和外界船只等影响；基准梁由两根槽钢组成，两根槽钢的一端固定在一根基准桩上，另一端简支在另...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜学理，郭新杰，吕建明，谢怀阳，汪海龙，
申请(专利权)人：中交第三航务工程局有限公司，中交三航厦门工程有限公司，中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，
类型：发明
国别省市：上海,31