华能通辽风电场一期工程管桩检测方案.docx
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华能通辽风电场一期工程管桩检测方案
一、工程概况
华能通辽风电场一期工程场址地处内蒙古自治区哲里木盟东北部的科尔沁左翼中旗宝龙山镇所在地西北约4.0km的范围内，隶属通辽市，风电场场址东侧毗邻宝开二级公路，与通辽市连通，运输条件便利。
本工程为华能新能源产业控股有限公司投资建设，总装机容量为49.5MW,拟安装33台装机容量1500KW/台的发电机组，风机轮彀高度为61.5m。
其中2#、4#、5#、7#、9#、10#、18#共7台风机基础采用伐板式基础。
其余26台风机基础采用低桩承台基础，桩型为PHC管桩，桩径500mm.
二、水文、气象及工程地质
2.1.1水文、气象
本工程所在地区位于内蒙古自治区通辽市科左中旗中东部，松辽平原西端，科尔沁草原腹地，属于温带大陆性气候区，受西伯利亚和蒙古冷高压及东南季风的影响，常年干燥多大风；冬季多刮偏北风，夏季多刮偏南风，平均风速3.7～4.2m/s。
该地区气温日差较大，夏季湿热，降水集中；秋季短暂而凉爽；冬季漫长而寒冷。
年平均气温5.9℃，年无霜期150天，降雨集中在7至8月份，年降雨量300～450mm。
根据附近科左中旗宝康镇的科左中旗气象站累年观测的气象资料统计，场址区域主要气象要素如下：
－多年平均气温为5.9℃；
－极端最高气温37.8℃；
－极端最低气温-32.9℃；
－多年平均大气压为997.7hPa；
－多年平均水气压为8.0hPa；
－多年平均降水量为411.5mm；
－历年最大冻土深度1800mm；
－最大积雪深度200mm；
－多年平均空气密度为1.226kg/m3；
－科左中旗气象站50年一遇最大风速为21.1m/s。
通辽市风能资源丰富，根据左中旗气象站及风电场场址区测风资料统计，气象站的多年平均风速约为3.4m/s（1980年～2005年），风电场场址区61.5m高度年平均风速约为7.5m/s，风功率密度约为434.0W/m2。
2.1.2工程地质
1、场地地形地貌
风电场址区地处西辽河平原东北部的新开河冲积平原上，区内地貌类型较为单一，属堆积地形地貌类型，地势平缓，区域上自西北向东南缓倾，地面坡降约为0.3‰，坡面完整性好。
场址区内一般海拔高度在152.0m～159.0m之间，地形开阔平坦，地表无河流，无侵蚀沟谷发育，整体完整性好，场地内有半固定、固定沙丘零星分布，相对高差在2.0～6.0m之间。
2、地基土的构成特征
区内出露地层主要为第四系地层，根据该区《第四系厚度等值线图》资料，场址区第四系地层厚度大于120.0m，其下为上第三系、白垩系地层。
本次勘察在工程场地的最大勘探深度为30.0m，揭露的地基土层按地质时代、成因类型、土性的不同和物理力学性质的差异可分为8个大层，其中④层土又分为2个亚层，第⑤、⑧层中分布⑤t、⑧t夹层，现将各土层的埋藏条件及工程地质特性描述如下：
①层为粉砂，本次勘察仅在1号风机位置处出现，钻孔揭露厚度在1.60～1.80m间，上部褐黄色，厚度1.0m左右，厚度0.60～0.80m，粒度均匀，粘粒含量低，稍湿，稍密，具中等压缩性。
②层为粉土、粉质粘土，灰褐色，局部夹粉砂透镜体，含植物根系，厚度0.3～3.40m，层顶高程154.45～151.94m，土层结构性差，松散－稍密，低－中等压缩，具低的干强度和韧性；粉质粘土切面稍光滑，中等压缩，具中等干强度和韧性。
③层为粉砂、细砂，以粉砂为主，一般呈现自上而下由细到粗的沉积韵律，为地下潜水位活动带，层顶高程153.25～149.73m，该层分为上下两部分。
其上部灰黄色，处在地下水位以上，很湿，状态松散－稍密，中偏低压缩性，厚度0.50～2.60m。
下部为青灰色，饱和，状态松散－稍密，一般中等压缩，部分地段高压缩，局部地段层底部夹薄层粉质粘土或砂与粉质粘土互层，厚度变化在0.50～6.50m。
④层为淤泥质粉砂、弱泥炭质土，为地基土中的软弱层，在场地区内，该层为全新统和中更新统分界的标志层。
其中④1层为淤泥质粉砂、细砂，灰褐－青灰色，饱和，结构蓬松，属高度灵敏的软土，易产生液化和受压固结变形，为地基土中的软弱土层，厚度变化在0.30～4.30m之间，层顶高程151.15～146.59m；④2层为黑褐色弱泥炭质土，状态流塑－软塑，高压缩性，含腐殖质和贝类碎屑，切面光滑，摇震反应慢，具中等干强度和韧性，有腥臭味，厚度变化在0.30～4.80m之间，层顶高程149.07～146.91m。
⑤层为细砂夹粉砂，青灰色，大层上具自上而下由细到粗的沉积韵律，处在地下潜水位以下，结构中密，中－低等压缩性，该层厚度在垂直和水平方向变化较大，层位不稳定，一般厚度在0.8～8.40m，层顶高程150.15～141.77m。
⑤t层为粉质粘土，厚度0.20～6.20m不等，分布不稳定，土层结构不均匀，夹薄层砂和粉土，状态可塑－硬塑，具中－高的干强度和韧性。
⑥层为粉砂、细砂，大层上呈现上细下粗的沉积韵律，中偏低－低压缩性，一般厚度为1.70～15.00m，层顶高程145.26～134.54m，该层为桩基主要的持力层，局部地段缺失。
⑦层为粉质粘土，夹薄层粉砂、细砂。
出露厚度0.20～4.40m，层顶高程137.05～129.09m，局部地段缺失，状态可塑－硬塑，中等压缩性，具中－高的干强度和韧性。
⑧层细砂，饱和，状态中密－密实，且自上而下状态总体不稳定，中等压缩性，局部含贝类、部分段为极薄层状的细砂与粉质粘土互层，层顶高程136.05～126.99m。
⑧层内夹有2－3层厚度不等的⑧t层青灰－灰绿色粉质粘土，可塑－硬塑状，粉质粘土局部夹薄层粉砂、细砂，中等压缩，具中等干强度和韧性。
钻孔控制深度范围内未揭穿⑧层。
从上述地基土的构成特征来看，在本次勘察已揭露的深度范围内，场地地基土在水平方向和垂直方向上的土性特征有着较大差异，空间分布上存在不均匀性。
场地各土层的物理力学性质参数统计结果见《土层物理力学性质参数表》表1-1～表1-3。
地基土层主要物理力学性质参数建议值表1-1
土层
层号
压缩模量
Es0.1-0.2
Mpa
固快
C
kPa
固快
φ
（°）
固快
C
kPa
固快
φ
（°）
渗透系数
k
（cm/s）
试验值
标贯
计算值
建议值
试验值
试验值
建议值
建议值
建议值
②
10.79
5.55
5.5
31
28.0
30
25.0
③
17.85
12.93
12.0
22.0
5.0E-03
④1
11.06
8.08
1.3
12.0
3.5E-03
④2
4.50
5.65
3.2
34
25.0
18
18.0
6.0E-05
⑤
12.58
16.85
14.0
24.0
4.5E-03
⑤t
7.09
5.92
7.0
37
24.5
36
22.0
3.0E-05
⑥
23.21
45.91
35.0
28.0
3.5E-03
⑦
6.23
6.83
6.5
41
25.0
38
24.0
⑧
35.32
32.0
26.0
⑧t
6.95
6.5
20.0
注：
1.表中按标贯试验确定压缩压缩模量时，砂土（水下）采用公式：
Es＝7.1＋0.49N，粘性土采用公式：
Es＝4.6+0.21N。
场地地基土承载力特征值（fak）表表1-2
土层层号
①
②
③
④1
④2
⑤
⑤t
⑥
⑦
⑧
⑧t
承载力特征值fak（kPa）
85
110
130
60
70
150
120
340
180
310
200
侧极限摩阻力标准值qsik与桩端极限端阻力标准值qpk表表1-3
层号
土层名称
灌注桩
预制桩
qsik
（KPa）
qpk
（KPa）
qsik
（KPa）
qpk
（KPa）
②
粉质粘土
15
15
③
粉细砂
22
25
④1
淤泥质粉砂
12
15
④2
弱泥炭质土
20
25
⑤
粉、细砂
45
50
⑤t
粉质粘土夹薄层砂和粉土
50
54
⑥
粉、细砂
80
1200
85
15m上
4200
15m下
4700
⑦
粉质粘土夹薄层粉砂
50
900
55
2900
⑧
粉、细砂夹粉质粘土
60
1100
65
3200
⑧t
粉质粘土夹薄层粉砂
55
60
3、土的腐蚀性评价
本次勘察在风电场场地钻孔中选取代表性的钻孔，对地下水位以上的土体进行取样，做了土体中含盐量的分析，用于确定场地土对混凝土结构的腐蚀性。
通过试验指标与腐蚀性评价指标的对比分析，综合评价场地土（地下水位以上的土层）对混凝土及钢筋混凝土中的钢筋均无腐蚀性。
4、场地土冻深
工程场地地处季节性冻土区，根据《中国季节性冻土标准冻深线图》区内季节性冻土标准冻深为1.50m，现场调查获得的季节性冻土最大冻深为1.80m。
5、水文地质条件
本次勘察在场地区钻孔控制深度范围内揭露的地下水均为第四系松散岩类孔隙潜水，地下水补给途径有大气降水入渗、地表径流的入渗、水库渗漏补给及地下径流补给，其中大气降水的入渗是潜水补给的主要来源，地下水水化学类型为HCO3－Ca型。
地下水埋深受地形起伏的影响，不同风机位置处的地下水埋深有所差异，埋深最大的地段多在风积沙丘存在的区域，钻孔揭露出的地下水最大埋深位于1号风机处，地下潜水位埋深为3.50m，最小埋深在9号风机处，地下潜水位埋深只有1.40m，一般埋深多在2.0m左右，场地区地下水位变幅近年来在1.0m左右。
根据《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）中第12.2节的要求，分别乘以相应的参数后进行评价。
通过分析判断，场地地下水受环境类型的影响，在Ⅰ类场地环境条件下，对混凝土结构无腐蚀性。
另外，在干湿交替的情况下，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱的腐蚀性，对钢结构有弱的腐蚀性。
6、不良地质现象
工程场地地处西辽河平原东北部的新开河冲击平原上，区内地貌类型较为单一，场地内地形平坦开阔，无侵蚀沟谷发育，没有发现影响工程的重大物理地质现象。
7、场地地震效应
（1）场地地震
工程场地内存在易产生液化的④层饱和砂土和软弱土层，场地区分布有古河道，地基土层平面分布上存在不均匀性，根据国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2001中表4.1.1对建筑抗震地段划分的规定，为建筑抗震不利地段。
根据1:
400万《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），本区地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，场地区地基土为中软土，该区地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类。
（2）地基土液化
第⑤层土以上为第四系全新统土层，第④层土淤泥质粉砂、弱泥炭质土，为高度敏感性土，构成场地建筑地基土中最为不利的土层。
场地地下水埋藏浅，其中③层处在地下水位附近及以下，为饱和粉砂、细砂，砂质较纯净，上部②层粉质粘土、粉土层厚度小，因此，场地③层及④1层饱和砂土存在地震液化的可能性。
场地土中的③层土局部存在程度不同的液化，根据液化点钻孔的液化指数，综合划分出4号风机、28号风机位置处为轻微液化，27号风机位置处为严重液化，各风机地基土中的④1层淤泥质粉砂为严重液化土层，需采取抗液化措施，消除液化沉陷。
8、工程降水
场地地下水为潜水，埋深浅，地基土中的砂性土透水性强，基坑开挖受地下水影响大，地下水控制着开挖边坡的稳定，基础施工时需对地下水的渗流进行控制，采取工程降水的措施。
基坑开挖深度范围的透水层主要为③层粉砂、细砂，该层渗透系数平均值k＝4.97×10－3cm/s。
基坑深度范围内的砂性土透水性好、涌水量大，为保证基坑正常施工，降水深度从稳定水位起算，需要降深3.0～4.0m，根据降水深度、含水层土性及渗透性，建议采用单级真空井点降水。
9、场地土层视电阻率
钻孔内土层的视电阻率测试段处在地下水位以下，本次勘察提供的场地土层的视电阻率值离散性较大，视电阻率的大小主要受土性及其分布的控制。
视电阻率测试成果见《地基土层视电阻率汇总表》表1-4。
地基土层视电阻率汇总表表1-4
详细勘察阶段
初步勘察阶段
GK14-1
GK28-1
GK33-1
ZK1
ZK5
测井层底
深度
（m）
厚度
（m）
岩土名称
视电阻率
平均值
（Ω.m）
测井层底
深度
（m）
厚度
（m）
岩土名称
视电阻率
平均值
（Ω.m）
测井层底
深度
（m）
厚度
（m）
岩土名称
视电阻率
平均值
（Ω.m）
测井层底
深度
（m）
厚度
（m）
岩土名称
视电阻率
平均值
（Ω.m）
测井层底
深度
（m）
厚度
（m）
岩土名称
视电阻率
平均值
（Ω.m）
3.20
1.95
粉砂
24.0
3.60
2.10
粉砂
25.0
3.90
2.85
粉砂
40.0
2.15
2.15
粉细砂
38.0
4.70
4.70
细砂
43.0
20.40
17.20
细砂
30.0
7.55
3.95
细砂
38.0
5.85
1.93
粉质粘土
25.0
3.95
1.80
粉质粘土
20.0
5.15
0.45
粉质粘土
24.0
22.95
2.55
粉砂
25.0
7.95
0.40
粉质粘土
28.0
20.05
14.2
细砂
47.0
5.90
1.95
粉细砂
26.0
6.40
1.25
细砂
32.0
23.50
0.55
粉质粘土
19.0
11.50
3.55
细砂
48.0
21.05
1
粉砂
35.0
7.15
1.25
粉质粘土
22.0
6.85
0.45
粉质粘土
27.0
13.95
2.45
粉细砂
45.0
22.95
1.90
粉质粘土
25.0
10.20
3.05
粉细砂
24.0
11.70
4.85
细砂
40.0
17.50
3.55
细砂
49.0
23.30
0.35
细砂
46.0
18.05
7.85
细砂
44.0
12.00
0.30
粉质粘土
35.0
18.95
1.45
粉砂
39.0
18.80
0.75
粉质粘土
27.0
19.60
7.60
细砂
42.0
19.40
0.45
粉质粘土
31.0
24.20
5.40
细砂
38.0
19.90
0.30
粉质粘土
37.0
23.45
4.05
细砂
44.0
24.55
0.35
粉质粘土
31.0
23.55
3.65
细砂
43.0
23.8
0.35
粉质粘土
27.0
25.30
0.75
细砂
37.0
25.40
1.85
粉质粘土
28.0
25.90
0.60
粉质粘土
26.0
27.90
2.50
细砂
43.0
27.50
1.60
细砂
47.0
三、规范依据
本工程PHC管桩设计、制造、施工及桩基检测等应遵循下列规程规范（但不限于）：
（1）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
（3）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）
（4）《岩土工程勘测规范》（GB50021-2001）
（5）《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2003）
（6）《预应力混凝土管桩》（03SG409）
（7）《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）
（8）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）
四、试验桩桩型及制造要求
PHC管桩试验数量为8根，其中6根为试验桩，2根为锚桩，采用国家建筑标准设计图集《预应力混凝土管桩》中规定的定型产品，桩身外径为500mm，桩身壁厚为125mm，型号为AB型，桩长为14m,另外在桩尖加设0.6m的钢靴（开口型、钢板厚度20mm）,试验桩可不考虑防腐蚀等特殊要求。
8根试验桩的布置参见附图1
五、试验桩检测任务及要求
5.1桩基检测总体内容和要求
试验桩检测内容包括：
检验桩身完整性的低应变试验、检验单桩竖向抗压承载力及完整性的高应变动测试验、检验单桩竖向承载力和单桩水平承载力的静荷载试验。
本工程对试验场地的8根试验桩全部进行桩基试验。
第一，所有试验桩先做低应变桩身完整性试验；第二，选6根试验桩做高应变竖向抗压承载力试验；第三，选取2根桩进行抗压承载力静载荷试验，以及另选2根桩进行水平承载力静载荷试验。
（1）桩基试验应根据《建筑桩基检测技术规范》有关条款的规定；
（2）桩基检测应由通过计量认证，并具有桩基检测资质的机构承担；
（3）PHC管桩要求沉桩结束至少10天后才允许进行桩基承载力检测；
（4）同一根桩的高应变承载力试验与抗压承载力静载荷试验的间隔时间不少于10天；
（5）试桩抗压承载力静载荷试验和水平承载力试验均应加载至破坏状态，即加载到极限承载力值。
5.2低应变桩身完整性试验要求
桩身完整性检测应采用低应变法测试，检测数量为全部试验桩，即8根PHC管桩。
5.2.1试验目的
检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。
5.2.2试验的一般性要求
（1）受检验桩应符合《建筑基桩检测技术规范》的第8.3.1条款有关规定方可进行试桩；
（2）检测仪器的主要技术性能指标应符合现行行业标准《基桩动测仪》JG/T3055的有关规定。
5.2.3检测数据的分析及试验成果提供
根据《建筑基桩检测技术规范》的有关规定，判别桩身完整性，确定桩身完整性类别。
5.2.4低应变仪器设备及试验原理
1、RS-1616K（S）型基桩动测仪
2、检测原理及方法：
低应变检测
采用低应变反射波法检测桩身完整性。
检测工作依照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003J256-2003）中有关规定执行。
在现场检测中将加速度传感器牢固地安装在桩顶表面，用手锤或力棒敲击桩顶，瞬时冲击产生的压缩波通过桩身传播、反射回到桩顶，由加速度计接收，并经桩基动测仪全套信息分析处理系统的处理，将接收到的信号显示在液晶屏上，随后即可进行存贮或分析。
应力波在桩身传播过程中，遇到波阻抗差异界面（桩底或缺陷部位）将发生反射，不同的缺陷性质产生不同的信号特征，通过对桩顶振动时域曲线变化的异常情况、相位特征及相应频域曲线特征等方面综合分析，最终确定缺陷性质、部位及其他指标。
桩身混凝土平均波速的计算公式为Vp=2L/Δt,其中L为桩长，Δt为应力波自桩顶到桩底再回到桩顶的传播时间。
缺陷部位的计算公式为Lˊ=Vp×tˊ/2，式中tˊ为应力波自桩顶到缺陷部位再反射回到桩顶的一次传播时间。
桩质类别的划分标准如下：
Ⅰ类桩：
桩身结构完整；
Ⅱ类桩：
桩身结构基本完整或有轻微缺陷，承载能力极限状态下不会影响桩身结构承载力的正常发挥；
Ⅲ类桩：
桩身存在明显缺陷，对桩身结构承载力有影响
Ⅳ类桩：
桩身有严重缺陷或断桩。
5.3高应变桩身抗压承载力试验要求
高应变桩身抗压承载力试验应采用高应变法，试验数量为6根试验桩，即6根PHC管桩。
5.3.1试验目的
（1）确定单桩竖向抗压极限承载力和桩身完整性；
（2）判断竖向抗压承载力是否满足设计要求；
（3）获取高应变承载力检测与静荷载承载力试验的对应关系，取得由高应变波速换算承载力时的阻尼系数值。
5.3.2试验的一般性要求
（1）检测设备应符合《建筑基桩检测技术规范》的有关规定；
（2）检测前的准备工作应符合下列规定：
a）桩顶面应平整，桩顶高度应满足锤击设置的要求，桩锤重心应与桩顶对中，锤击装置架立应垂直；
b）对桩头应进行加固处理；
c）传感器的安装应符合《建筑基桩检测技术规范》附录F的规定；
d）桩头顶部应设置桩垫，桩垫可采用10～30mm厚的木板或胶合板等材料。
5.3.3高应变仪器设备及试验原理
1、仪器：
3吨重锤、RS-1616K（S）型检测桩仪、8-25吨汽车吊车。
2、检测原理及方法：
高应变检测
高应变检测采用CASE法（波形拟合法），依照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003J256-2003）中有关规定执行。
检测时将2支加速度传感器和2支应变力传感器分别对称安装在桩侧表面（距桩顶2倍桩径左右）,用重锤自由下落冲击桩顶，由传感器接收桩身在瞬时冲击下产生的轴向应变、桩侧与桩端土阻力效应及桩身运动速度信号等。
CASE法是以行波理论为基础，视桩为一维弹性杆件，在桩顶施加垂向瞬时冲击力，使桩身向下位移，激发桩侧与桩端土阻力，通过分析简化去除土的动阻力成份，求得桩的静承载力。
CASE法判定单桩承载力的计算公式如下：
Rc=（1-Jc）·[F（t1）+Z·V（t1）]/2+（1+Jc）·[F（t1+2L/c）-Z·V（t1+2L/c）]/2
Z=E·A/c
式中Rc—由CASE法判定的单桩竖向抗压承载力（kN）；
Jc—CASE法阻尼系数；
t1—速度第一峰对应的时刻（ms）；
F（t1）—t1时刻的锤击力（kN）；
V（t1）—t1时刻的质点运动速度（m/s）；
Z—桩身截面力学阻抗（kN·s/m）；
A—桩身截面面积（㎡）；
L—测点下桩长（m）。
采用波形拟合法时，将测试信号输入专门分析软件进行波动理论的分析计算。
先根据岩土工程勘察报告中柱状图以及相关岩土参数，再通过人与计算机的对话，对理论曲线和实测曲线进行反复比较、修改、拟合，由最佳拟合参数使得桩周及桩尖土总阻力与静载试验确定的极限承载力吻合，由此得到的Jc值用于未来工程桩检测中，来得到单桩极限承载力值。
3、缺陷位置检测：
对于等截面桩，可按附表并结合经验判定；桩身完整性系数β和桩身缺陷位置x应分别按下列公式计算：
[F（t1）+Z·V（t1）]-2Rx+[F（tx）-Z·V（tx）]
β=
[F（t1）+Z·V（t1）]-[F（tx）-Z·V（tx）]
tx-t1
x=c·
2000
式中β——桩身完整性系数；
tx——缺陷反射峰对应的时刻（ms）;
x——桩身缺陷至传感器安装点的距离（m）；
Rx——缺陷以上部位土阻力的估计值，等于缺陷反射波起始点的力与速度乘以桩身截面力学阻抗之差值，取值方法见下表：
附表桩身完整性判定
类别
β值
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