呂首琦

【摘 要】 對(duì)風(fēng)力發(fā)電廠風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，從上部荷載取值、基礎(chǔ)尺寸、樁基布置等方面進(jìn)行了論述，提供了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)樁基設(shè)計(jì)的方法。

【關(guān)鍵詞】 地基基礎(chǔ) 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ) 無張力灌注樁 復(fù)合地基

1 項(xiàng)目概況

某風(fēng)電廠風(fēng)場一期（49.5MW）工程位于陜西省定邊縣東南約25km處，海拔1650m～1860m，占地約35km2，為黃土高原北部的黃土低崗斜坡，場地開闊。

2 巖土工程條件概況

2.1 地形地貌及不良地質(zhì)作用

該風(fēng)電場場址區(qū)域地貌主要以特有的黃土塬、梁、峁地形為特征。場址區(qū)地勢較平緩，地表水系不發(fā)育，地下水埋深較深，滑坡、泥石流不發(fā)育。但黃土塬和梁的邊緣多有陡坎，坡面直立，高度可達(dá)20m，隨著雨水沖刷，可形成坍塌等破壞，在風(fēng)機(jī)布置時(shí)建議與黃土塬或梁的邊緣保持一定的安全距離，防止邊坡失穩(wěn)或者累進(jìn)性坍塌破壞影響基礎(chǔ)穩(wěn)定。

2.2 地層巖性分布特征

根據(jù)勘探資料，場址區(qū)地層以第四系松散堆積物為主，主要由風(fēng)積的壤土、黃土狀粉土、粉質(zhì)黏土及黃土層組成。

①層，全新統(tǒng)風(fēng)積（Q4eol）壤土，淺黃色，干燥，結(jié)構(gòu)松散，以風(fēng)成次生黃土及砂質(zhì)粉土為主，含植物根系和腐殖質(zhì)，地表廣泛分布，黃土梁、峁、丘頂部厚度較薄，一般幾十厘米不等，主要為耕地或荒山的表層土。

②層，黃土狀土（Q41），淺黃色，稍濕，可塑，土質(zhì)均勻，以粉粒為主，不具有層理結(jié)構(gòu)，大孔發(fā)育，含有植物根系腐敗后形成的空洞和蟲孔，發(fā)育有鈣質(zhì)斑點(diǎn)和結(jié)核，以粉土為主。本組地層較為發(fā)育，場區(qū)均有分布，厚度16.1m～19.6m，平均厚度17.8m。

③層，中更新統(tǒng)（Q2eol），粉質(zhì)黏土，黃褐色，稍濕，可塑，土質(zhì)均勻，發(fā)育有鈣質(zhì)結(jié)核，土體新鮮面上可見鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，主要以粉質(zhì)黏土為主，本組地層連續(xù)分布，厚度變化較大，厚度0.9m～6.4m，平均厚度4.2m，層頂埋深為17.3m～19.8m，平均埋深為18.4m。

④層，中更新統(tǒng)離石組（Q2l），老黃土，黃色～黃褐色，稍濕，可塑，土質(zhì)均勻，主要成分為粉土，含少量粉砂。不具有層理結(jié)構(gòu)，土體新鮮面上有鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，有少量氣孔發(fā)育，主要以粉土為主，該層主要分布在梁、峁的中部，鉆孔未揭穿該層。

2.3 地基土物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)貫試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，該風(fēng)電場工程地基土物理力學(xué)參數(shù)建議值。

2.4 地基土濕陷性評(píng)價(jià)

場地屬自重濕陷性場地，為中等濕陷性，濕陷性深度一般約18m，總濕陷量83.1mm～187mm，平均值131mm，總自重濕陷量76.6mm～159mm，平均值109mm，濕陷等級(jí)主要為Ⅱ。本場地主要濕陷性地層為②層，其中③層上部具輕微～中等濕陷性，下部為非濕陷性。

3 風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)方案選型

3.1 風(fēng)機(jī)荷載

3.2 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及地基處理方案比選

由于風(fēng)電場所在區(qū)域?yàn)樽灾貪裣菪詧龅?，地基土的濕陷等?jí)為Ⅱ級(jí)，且厚度較厚，采用天然地基將不能滿足風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)對(duì)承載力及地基變形的要求，風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)下地基必須處理或采用樁基礎(chǔ)。擬對(duì)P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)方案、混凝土灌注樁基方案、復(fù)合地基方案進(jìn)行比選，論證確定適合本風(fēng)電場的風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)形式。

（1） P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)

P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)為支持大型風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的專利技術(shù)。P&H 無張力灌注樁基礎(chǔ)不使用基礎(chǔ)環(huán)進(jìn)行基礎(chǔ)和風(fēng)機(jī)塔筒連接，而是通過塔筒下法蘭的螺栓孔使用高強(qiáng)螺桿將基礎(chǔ)同塔筒連接。連接用高強(qiáng)螺桿數(shù)量為110根（暫定，根據(jù)塔筒底法蘭孔數(shù)決定）。電纜線可以從承臺(tái)底部穿越，穿越高強(qiáng)螺桿之間的空隙，在基礎(chǔ)深1.5m處。風(fēng)機(jī)廠家的下法蘭不需要做任何的更改?；A(chǔ)主要由混凝土、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺桿和兩個(gè)CMP（波紋筒）筒構(gòu)成。根據(jù)可研階段的地勘報(bào)告和風(fēng)機(jī)荷載數(shù)據(jù)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)。P&H風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

基坑開挖上口直徑9.5m，下口6m，基坑深10.5m。基礎(chǔ)承臺(tái)直徑為5.1m，承臺(tái)高度為0.5m，高強(qiáng)螺桿豎向放置于兩個(gè)CMP筒之間，兩筒之間0.8m，之間澆筑C40混凝土，CMP外筒直徑為4.8m長10.5m。內(nèi)筒直徑為3.2m長10.5m。CMP內(nèi)外筒均為壁厚3mm，波深5cm，波距15cm。CMP外筒和基坑之間澆筑C15混凝土。CMP內(nèi)筒底部澆筑1mC40混凝土，回填土至上筒口。M42高強(qiáng)螺桿長度為11m。每個(gè)機(jī)位用110根（暫定）。

由于風(fēng)電場所在區(qū)域?yàn)樽灾貪裣菪詧龅?，地基土的濕陷等?jí)為Ⅱ級(jí)，且厚度較厚，P&H無張力灌注樁基在如何抵消濕陷性黃土負(fù)摩阻力、是否對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)有變形影響等問題上應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究。

（2）樁基

本方案風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用干作業(yè)法擴(kuò)底灌注樁（端承摩擦樁）

1）鋼筋混凝土灌注樁的計(jì)算方法及內(nèi)容：

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004第5.7.2條規(guī)定樁端應(yīng)穿透濕陷性黃土層，且應(yīng)支承在可靠的土層中。

本方案考慮濕陷性黃土負(fù)摩阻力影響，計(jì)算取樁頂以下12米樁長范圍存在負(fù)摩阻力。

2） 參數(shù)及布置

經(jīng)計(jì)算擬定樁基礎(chǔ)的布置為：承臺(tái)底部為直徑16.0m，高1.1m的圓柱；上部為頂面直徑6.2m，高1m的圓柱；中間為高0.8m的圓臺(tái)。承臺(tái)底部布置混凝土擴(kuò)底灌注樁20根，樁長20m，樁身直徑1.0m，擴(kuò)底直徑2.0m。擴(kuò)底灌注樁及承臺(tái)具體布置見圖1。

（3）復(fù)合地基

灰土擠密樁法地基處理方案，目的是消除濕陷性，提高地基承載力、減小不均勻沉降，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用擴(kuò)展基礎(chǔ)，基礎(chǔ)體型為圓板形。

灰土擠密樁復(fù)合地基方案是通過向樁孔內(nèi)夯實(shí)2：8灰土的方法對(duì)灰土樁進(jìn)行擠密夯擴(kuò)，從而達(dá)到擠密地基土、消除濕陷性、減少沉降的目的。

灰土擠密樁的地基處理深度以濕陷土層15.0m考慮，基礎(chǔ)底部采用擠密樁進(jìn)行地基處理，擠密樁成孔直徑0.4m，成樁直徑≥0.55m，有效樁長為14m，等邊三角形布置，樁間距1.1m，樁身平均壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，擠密后樁間土的擠密系數(shù)不小于0.88，平均擠密系數(shù)不小于0.93。處理深度將根據(jù)場地的土質(zhì)情況、工程要求和成孔及夯實(shí)設(shè)備等綜合因素確定，處理范圍為超出基礎(chǔ)底面外緣寬度宜大于處理土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于2.0m，故處理范圍應(yīng)為直徑35.0m的圓，預(yù)計(jì)布樁929根，處理后的地基承載力特征值應(yīng)達(dá)到220kPa，樁頂標(biāo)高以上應(yīng)設(shè)置0.5m厚的灰土墊層，一方面扣除樁頂松動(dòng)層的影響，另一方面有利于改善應(yīng)力擴(kuò)散，調(diào)整樁土的應(yīng)力比，并對(duì)減小樁身應(yīng)力集中有良好作用。擴(kuò)展基礎(chǔ)的體型為：承臺(tái)底部為直徑21m，高1.1m的圓柱；上部為頂面直徑6m，高1m的圓柱；中間為高0.9m的圓臺(tái)。

（4）防濕陷措施

以上各種處理方案在風(fēng)機(jī)安裝完畢后，在地面基坑范圍內(nèi)做散水，做法為填土夯實(shí)300mm厚灰土墊層，鋪防水土工布膜，100mm厚C20素混凝土墊層。

（5）投資及施工技術(shù)條件比較

P&H無張力灌注樁的優(yōu)點(diǎn)是施工周期短，造價(jià)低，但未穿透濕陷性土層，且如何控制地基變形應(yīng)進(jìn)一步深入研究，且預(yù)應(yīng)力螺栓質(zhì)量控制不易保證，部分工地存在拉斷現(xiàn)象，該樁為專利技術(shù)，施工單位單一，施工精度要求高，施工質(zhì)量控制要求較高，樁基檢測復(fù)雜。

樁基方案的優(yōu)點(diǎn)是穿透濕陷性土層，全部消除地基土的濕陷性，施工、檢測周期較短，地基變形的均勻性好，不均勻沉降較小。擴(kuò)底樁增加一道工序，但采用機(jī)械鉆孔結(jié)合人工擴(kuò)底很容易解決。造價(jià)稍高但施工隊(duì)伍較多，可選擇余地較大，且混凝土灌注樁施工質(zhì)量較容易控制。

灰土擠密樁復(fù)合地基可以消除地基濕陷性，有效提高地基承載力，減小不均勻沉降，本工程場地濕陷性土層較厚，灰土擠密樁較長，造價(jià)較高，施工較復(fù)雜。

4 結(jié)論

根據(jù)以上比較，擴(kuò)底混凝土灌注樁方案為首推方案。其次是P&H無張力灌注樁，但應(yīng)與專利方進(jìn)行充分溝通其存在的不確定因素，另風(fēng)力發(fā)電機(jī)組屬高聳建筑物，對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降要求較嚴(yán)格，混凝土灌注樁施工簡便，質(zhì)量易于保證，安全可靠，有利于減少地基不均勻沉降，是本風(fēng)場的較為適宜方案，待中標(biāo)后將結(jié)合詳勘資料對(duì)每個(gè)機(jī)位的地基處理與樁基方案綜合比選，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)確定合適的地基方案。

參考文獻(xiàn)

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