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图.67.Borkum WestⅡ点A和点B的动力触探试验曲线图
图.68.API(2014)正文和ICP-05程序针对Borkum WestⅡ点A和B的静态桩身承载力深度曲线图
桩阻力在桩打入高密度白垩土时体现得较大。然而，当大直径桩打入海上风力发电场中的中低密度白垩土中时则可以在它们的自重下贯穿(或移动)到相当大的深度；(Esper，2017; Carotenuto et al.，2018)。沉桩被认为会破坏高孔隙率材料的结构，以及
图.69.在Wade测试地点与Wikinger和St Nicholas的Mortimore(个人通讯，2016年)之后，在欧洲西北部添加了白垩土的分布
会在桩身周围留下低强度的“灰泥”(Hobbs amp; Atkinson， 1993)其低剪切阻力可以通过在实验室的直剪试验中施加高水平的循环荷载匹配得到(Carrington et al.， 2011; Diambra et al.， 2014)或在自然含水率下进行普罗克特压实试验(Doughty et al.， 2018)。海上桩“运行”的报告证明，当白垩土遇到很大的剪切应变时，在没有循环的情况下会产生非常低的桩身应力。
Vijayvergiya et al.(1977)，Skov amp; Denver (1988) and Lahrs amp; Kallias (2013)等人报道了在白垩土中打桩的基本设置。如图69所示的英国St Nicholas-at-Wade试验场进行的新型堆重试验计划也显示出白垩土明显的容量增长情况；Ciavaglia et al.(2017). Doughty et al. (2018)等人表明，在自然含水率下通过动态压实试验而产生的变形的白垩土灰泥在一定的含水量下其触变性会随着时间的推移而略有增强，但在更高的有效应力下，固结现象会发生更为显著的变化。围绕桩身的物理化学反应(包括桩钢的腐蚀)，也可能在打桩过程中随时间的推移在桩身周围发生。
图.70.在Wikinger安装的三个海上风电机组护套结构的照片；由苏格兰电力可再生能源公司提供
当下迫切需要进行研究以完善白垩地区的打桩能力评估和服务性能设计，从而制定出可与适用于粘土与砂土场地的ICP-05方法媲美的理想的有效应力规程。通过类似于图11和图12中所示的有关砂土的研究，获得有关“原始”桩的立桩特性的信息至关重要。同时在侧向和循环载荷方面也需要相关指导。受苏格兰电力可再生能源(SPR)的邀请，参加了其在德国波罗的海的Wikinger风力发电场项目(见图65和69)，为关于白垩土的合作研究提供了机会。其中包括进行第一次远程控制、全尺寸的海底海上桩荷载试验。Wikinger场地内涉及70台5 MW的涡轮机，该涡轮机安装在35至42 m的水中，并安装在外径为2.7 m的开放式钢桩上的四足护套上(见图70)；单个海上变电站采用六腿护套和3.66 m OD桩(Barbosa et al.，2015，2017)。
Wikinger的地面条件包括覆盖于白垩土层上的各种冰川剖面。在大约20个涡轮机的位置上，分属于不同土层的高密度砂土或硬质粘土在操作场地中占主要地位。尽管在其中六个地方遇到了较硬的石灰岩，但白垩土层仍然控制着其他大多数涡轮机的桩容量。根据Lord等人开发的(2002)系统研究可得，风电场区域中存在几种河流冰河通道结构，这些结构深深地切入了白垩土层，从D级(无结构低密度)到A1 / A2级(结构中低密度)不等。最深、最古老的单元是略微过度固结的白色“Schreibkreide”Maastrichtian白垩土(70.6至65.5 Ma)，其延伸深度远低于地基深度。在2014年至2015年冬季，通过在最终设计之前进行的动态和静态离岸测试，解决了桩的不确定性。九个外径为1.37 m，壁厚为40 mm的桩在三个具有代表性的位置打入16.8 m至31 m的穿透深度。在打桩过程中，使用应变仪和加速度计连续监测每个位置的两个桩。沉桩大约100天后，在每个位置对相同的一对“原始”桩进行了平行静态拉力测试和仪器重锤试验。后期是预估在打桩和涡轮机安装之时预期的最低要求。
辅助研究资源的支持由SPR的Pedro Barbosa和Imperial College(R. J. Jardine， S. Kontoe和R. M. Buckley)领导的Innovate UK小组 (项目101968)提供，投资由GCG的Drs Merritt和Schroeder提供。该团队致力于优化稳健和新颖的现场测试安排。他们通过高级信号匹配代码Impact(Randolph，2008)分析了设计前和后期生产打桩活动中的动态测量数据。他们使用了SPR采集的现场特征数据对静态和动态荷载测试进行了分析，并以Imperial College的专业实验室测试为辅助分析。Buckley(2018)进行的动态信号匹配分析表明：(a)随着相对桩尖深度的变化(h/R*，参见方程式(2))局部桩身阻力明显降低；(b)成桩可行性低；以及(c)在任何打桩暂停期间都可进行快速调校。Buckley等人(提交给Geacute;otechnique的“对海上桩打入白垩土和填土过程中的动态和静态轴向反应的全面观测”)报告了静态和动态的海上测试，证明了超孔隙压力的耗散和其他时效过程导致了较大的桩的容量的增加，在渗透性较高的白垩土中，这一显著特性要比在其它可变层中高两到三倍。
在类似的St Nicholas-at-Wade中低密度白垩土测试现场，用两个高度仪器化的封闭式102mm外径的ICP桩和七个139mm外径的OD钢管桩进行了额外的研究实验。Buckley(2018)和Jardine等人(2018)总结了研究的综合结果，并提出了一种新的针对白垩土的初步评估方法ICP-18来评估成桩可行性和长期静态能力。后者采用了与砂土的ICP-05法类似的基础和桩阻力计算方法(公式(1)、(2)、(5)和(6))，以及要求进行全CPT剖面分析和界面剪切测试，并给出关于白垩土在小应变下的剪切刚度的信息。Buckley等人(提交给Geacute;otechnique的“对海上桩打入白垩土和填土过程中的动态和静态轴向反应的全面观测”)提供了Wikinger现场测试的详细分析，并展示了白垩土 ICP-18方法如何能够测得全面的海上载荷测试结果并且展示了在St Nicholas-at-Wade和Fleury-sur-Andelle试验场测试的较小桩的性能。Jardine等人(2018)还描述了由工程和物理科学研究委员会(EPSRC，授予EP / P033091 / 1)和十个工业赞助商支持的ALPACA项目，该项目目前正在与牛津大学的一个团队(Byrne教授和McAdam教授)一起扩展研究，范围包括对在St Nicholas-at-Wade试验场中的装有光纤应变仪(Doherty等人(2015)描述的类型)的14个外径为508mm的OD钢管桩以及大量的较小管桩的静态、循环、动态、轴向和侧向实验。并行的原位测试试验和实验室测试试验也在进行中。
图.71.St Nicholas的Wade试验场的压电锥贯入试验成果图；在Buckley之后(2018)
在Buckley(2018)之后，在St Nicholas- at-Wade白垩土试验场建立的压电锥贯入试验结果如图71所示。白垩土的天然含水量接近其液限，通常为5＜qc＜35 MPa，在燧石带中具有更高的电阻。在压电锥面(u1)处记录
图.72.安装在St Nicholas at Wade的试验场的ICP桩的配置；在Buckley之后(2018)
到非常高的超静孔隙压力。在锥肩(u2)位置处压力会降低，但仍然相当大。白垩土在锥尖下方产生的高应力作用下会发生破坏并开始变形，但仍能保持足够的抗剪切性，使其在绕锥流动时能承受高达400kPa的套筒阻力。随着刀尖前进到更大的相对深度(h)，在CPT桩身上的较高点处继续进行剪切，最终逐渐减少灰泥的产生。
Imperial College的试验团队与 University of Western Australia(UWA)的Lehane教授在St Nicholas-at-Wade试验场共同进行了实验，使用如图72所示的封闭式循环顶伸ICP桩测量了局部轴向载荷、孔隙压力、径向桩身有效应力sigma;r和桩身上产生的剪应力tau;rz在穿透过程中所发生的变化。Buckley等人(2018a)报告说，与沙子一样：(a)封闭式ICP桩的桩端压力qb及其局部径向桩身应力sigma;r随局部CPT qc阻力而系统地变化；以及(b)局部sigma;r应力随着相对桩尖深度h /R的减小而减小。ICP实验还表明，静态载荷
图.73.在St Nicholas at Wade试验场应力加载期间，ICP桩的前SST位置的局部桩身有效应力路径失效；在Buckley等人之后(2018b)
加载失败将会导致如图73中所示的局部tau;rz-sigma;r路径。与早期在砂土中进行的ICP测
试一样，界面膨胀现象受到了明显的限制，井壁破坏受库仑有效应力界面滑动准则的控制，在这种情况下给出delta;asymp;31°。后者的角度与在遵循ICP-05测试程序的环剪测试中找到的极限角度相匹配，并且在现场将白垩土剪切到与桩身的材料和表面粗糙度相匹配的界面。
通过在139mm外径的开放式桩上进行的实验，对同一地点的不同现象进行了研究，这些桩在打入5.5 m深度时配备了应变仪和加速度计。与Wikinger的开孔大桩一样，小直径的开孔桩在打桩时一直没有封堵，其内部的软白垩岩心在打桩结束时上升到了周围的地表高度。Buckley等人(2018a)通过对试验进行分析得出了五个主要结论。
图.74.在 Wade试验场荷载试验的失败得出了敞开式(139mmOD桩)和循环顶伸(102mmOD桩)封闭式ICP桩的桩身承载力随时间的变化趋势
- 在打桩过程中，在环形尖端区域上形成的桩端承压力qb与局部qc值成比例。完全取芯的桩在其内部桩身区域上会产生很小的阻力tau;rz。
- 打桩结束时桩身外的平均抗剪强度tau;rz接近Lord等人(2002)给出的20 kPa静态设计建议值。但是，由动态信号匹配推导得到的tau;rz深度分布明显不均匀。与砂土或粘土的情况相比，随着相对桩尖穿透力的增加(方程式(2)定义的h / R *)，局部剪应力的下降幅度甚至更大。
- 在10、106和249日龄下对相同的“原始”桩进行分阶段的张力测试，得到了如图74中所示的桩身承载力-时间趋势图，阻力增加了五倍。先前失败的桩无法通过重新测试恢复“原始”桩的老化趋势。
- 打入桩的最终设计参数超过了砂土的设计参数(见图12)，并且如Tan等人(2004年)所提出的，桩身承载力Qs可能与时间具有双曲线关系。与此相反，循环顶伸ICP桩没有显示出任何此类现象。在白垩土中，设计参数似乎与桩尖条件(封闭式而不是开放式)或安装方法(缓慢顶进而不是动态驱动)有着十分密切的联系。ALPACA研究计划包括研究设计参数如何随桩形、竖井材料和地下水条件的变化而变化。
图.75.在St Nicholas at Wade试验场进行了139mm外径的钢管桩的轴向循环试验，得到了其整体循环相互作用图；在Buckley等人之后(2018a)
- 在打桩的第250天后进行的批量单向轴向循环，其响应范围从不稳定到基本稳定超过1000个循环，具体取决于图20中定义的循环加载变量的组合。图75所示的相互作用图给出了经过10、100或1000次循环后可能出现故障的条件的解释轮廓。还显示了指示等效移动利用率(UR)水平的线条，其中UR定义为循环荷载峰值Qmax除以静态(预测试)拉力Qt。
图75与图21和图32中所示的砂土案例共有几个共同特征。单向轴向循环荷载似乎并不能对打入白垩土中250天后的桩造成很大的影响。Alpaca研究计划中包括的实验表明高水平的双向循环对轴向载荷的影响更大。该计划还包括多种仪器测试，以探讨静态和周期性横向载荷对打入桩的影响。
全面海上荷载试验
如第1部分中所述，通常认为在海上工程中，在大型桩上进行海底静态测试是不切实际的。作者所知的唯一先前的静态近海桩测试是在现有结构的甲板上进行的，并且所涉及的桩的外径不超过0.76 m。以同样的方式，很少有人认为进行长期再扰动是可行的。Wikinger的现场试验表明，在最终设计之前，远程操作的静态海底系统可以有效地部署，与完全可回收的驱动仪表进行长期重锤作业的同时，对经过完全老化的桩进行测试。测试桩被安装在如图76(a)所示的桁架结构上，首先作为临时模板被放置在海床的每个位置上。直到108天后，再重新部署了相同的桁架，作为静态测试的位移测量参考系。安装在框架上的导向锥、可动环和海底引伸计允许在相对于参考梁的三个点上进行轴向位移测量，参考梁位于坚实的、液压可调的泥垫基础上，牢固地坐落在海床上，并与试桩保持适当距离。将模板置于中心试桩之上后，通过降低参考系将可移动的引伸环定位，
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