崔振磊,李建黨,田偉輝

(中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司,西安　710065)

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振沖碎石樁在風(fēng)機基礎(chǔ)砂土地基中的設(shè)計及應(yīng)用

崔振磊,李建黨,田偉輝

(中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司,西安710065)

摘要：針對風(fēng)機基礎(chǔ)設(shè)計過程中砂土天然地基承載力不足的問題，某風(fēng)電場工程選擇了振沖碎石樁加固地基設(shè)計方案,采用了振沖碎石樁處理砂土地基，并通過對復(fù)合地基原位試驗檢測成果的分析，論證了采用振沖碎石樁能夠有效提高地基承載力。

關(guān)鍵詞：振沖碎石樁;砂土地基;風(fēng)機基礎(chǔ)

1工程概況及工程地質(zhì)條件

某風(fēng)電場工程場址位于青海省，地貌類型為荒漠戈壁灘，場址地勢平緩、開闊，高程2 820.00～2 890.00 m。場址區(qū)地層主要由第四系上更新統(tǒng)松散堆積物組成，其中：第①層含礫粉細砂層結(jié)構(gòu)呈松散～中密狀態(tài)，力學(xué)強度較低，經(jīng)處理后可作為建筑物基礎(chǔ)持力層；第②層角礫層和第③層礫砂層，分布不連續(xù)，呈中密～密實狀態(tài)，力學(xué)強度較高，是良好的基礎(chǔ)持力層和下臥層；第④層粉細砂層分布不連續(xù)，結(jié)構(gòu)呈中密狀態(tài)，力學(xué)強度一般，經(jīng)處理后可作為基礎(chǔ)持力層。地基巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議值,見表1。

由于風(fēng)力作用,風(fēng)機葉片受到較大的水平力，并通過塔筒傳遞至風(fēng)機基礎(chǔ),使風(fēng)機基礎(chǔ)不僅承受了風(fēng)機自重，還承受了較大的水平力和傾覆彎矩，因此對地基承載力的要求較高。通過對基礎(chǔ)地基計算可知，風(fēng)機基礎(chǔ)在極端荷載工況下平均地基壓力為89 kPa，最大地基壓力為189 kPa，由表1可知第①層含礫粉細砂天然承載力不能滿足地基承載力要求，需要對粉細砂層進行地基處理。

針對本風(fēng)場中持力層為粉細砂的特點，本風(fēng)電場選擇了振沖碎石樁基礎(chǔ)，一方面依靠振沖器的強力振動能夠使砂顆粒重新排列，減小砂土的孔隙率；另一方面施工工程中利用振沖器在砂土中成孔，填入碎石料使砂層擠密，提高地基承載力[1-14]。這種方法施工簡單方便、施工周期短，加密效果好。

表1　地基巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議值表

2振沖碎石樁加固地基設(shè)計

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[15]中的要求，本工程在基礎(chǔ)外圍布置擴大1～2排樁。根據(jù)施工設(shè)備性能，振沖碎石樁直徑選用0.8 m，平面布置間距為2.0 m，呈等邊三角形布置(見圖1)。由于本風(fēng)電場粉細砂層以下為角礫層，角礫層承載力較高且埋深不大，樁長按照樁端進入角礫層確定，根據(jù)地質(zhì)報告本工程取5 m。

圖1　碎石樁等邊三角形布置圖　　單位：mm

圖2　復(fù)合地基在不同荷載下的沉降圖

(1)

(2)

式中:fspk為振沖樁復(fù)合地基承載力特征值，kPa;fpk為樁體承載力特征值，kPa;fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa；m為樁土面積置換率；d為樁平均直徑，本次工程取0.8 m。de為單根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，對于等邊三角形布樁de=1.05s，其中s為樁間距，本次工程樁間距取2 m。

對于碎石樁的單樁承載力的計算方法目前有Hughes和Wither(1974)、Wong H.Y(1975)、Braus(1978)、Broms(1979)、Vesic擴張理論等[3]。這里采用計算較為簡單Braus法。

(3)

式中:fpk為單樁樁體承載力特征值；K為安全系數(shù)，本次計算取2；Cu為地基土的快剪強度；

經(jīng)初步計算,復(fù)合地基承載力特征值fspk=200 kPa，復(fù)合地基滿足風(fēng)機基礎(chǔ)對地基承載力的要求。

3加固效果及評價

3.1質(zhì)量檢測方法

為了判別地基處理工程中振沖碎石樁的處理效果，需要進行質(zhì)量檢測，常用的檢測方法主要有荷載試驗和動力觸探。通過試驗不僅可以檢測出碎石樁的密實度是否滿足要求，而且還能驗證加密后的復(fù)合地基是否滿足風(fēng)機基礎(chǔ)荷載對地基的要求。

3.2質(zhì)量檢測

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[15]對于復(fù)合地基靜載荷試驗檢驗數(shù)量的要求，本風(fēng)電場選取了5臺需要處理的風(fēng)機基礎(chǔ)，每臺風(fēng)機基礎(chǔ)選取3點進行復(fù)合地基靜載荷試驗。

本文以11號風(fēng)機為例介紹檢測效果，在加載工程中若達不到極限荷載，而最大加載壓力已大于設(shè)計要求壓力值的2倍(即400 kPa)時，終止試驗。在復(fù)合地基靜載荷加載中，每級荷載沉降量和穩(wěn)定時間較小，承壓板周邊的土沒有明顯側(cè)向擠出等現(xiàn)象；根據(jù)樁間土在不同荷載下的沉降曲線(p-s曲線見圖2)綜合分析，曲線呈緩變型，未出現(xiàn)明顯陡降段(拐點)，比例界限點不明顯。依據(jù)JGJ79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》附錄B有關(guān)規(guī)定，各試驗點按相對變形值s/d=0.01確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的1/2，則3個試驗點地基承載力特征值均取200 kPa，極差為零，取其平均值為地基承載力特征值，該風(fēng)電場工程11號風(fēng)機基礎(chǔ)(振沖碎石樁)復(fù)合地基承載力特征值fak=200 kPa，變形模量E0=15.86 MPa。復(fù)合地基各試驗點載荷試驗表見表2。

表2　復(fù)合地基各試驗點載荷試驗表

3.3效果評價

從檢測結(jié)果可以看出，碎石樁較為密實，當(dāng)風(fēng)機基礎(chǔ)持力層為砂土?xí)r采用振沖碎石樁加固效果明顯，滿足風(fēng)機荷載對地基承載力的要求。

3.4經(jīng)濟評價

根據(jù)本項目的工程特點，對松散砂土地基采用不同的地基處理方案進行了經(jīng)濟比較，若采用換填法則用于基礎(chǔ)處理的投資約26萬元，若采用灌注樁法則用于基礎(chǔ)處理的投資約20萬元，而采取振沖碎石樁則用于基礎(chǔ)處理只需要7萬元，通過該工程實例表明在松散砂土地基中采用振沖碎石樁大大節(jié)約了基礎(chǔ)的工程投資，提高了工程的經(jīng)濟效益。

4結(jié)語

綜合以上分析，應(yīng)用振沖碎石樁處理風(fēng)機基礎(chǔ)砂土地基既能達到良好的處理效果，又能減少基礎(chǔ)工程投資，提高經(jīng)濟效益。因此，該項技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，值得推介。

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Design and Application of Vibro-macadam Pile for WTG Foundation of Sandy Soil Ground

CUI Zhenlei, LI Jiandang, TIAN Weihui

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an710065，China)

Abstract:Concerning the insufficient bearing capacity of the natural sandy soil ground in WTG foundation design, the vibro-macadam pile is applied for the foundation reinforcement in one wind farm project design. The sandy soil ground is treated by the vibro-macadam pile. Based on analysis on inspection of the in-situ test of the compound ground, the vibro-macadam pile effectively improving the ground bearing capacity is demonstrated.

Key words:vibro-macadam pile; sandy soil ground; WTG foundation

中圖分類號：TV553；TM614

文獻標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.015

作者簡介：崔振磊(1985- ),男,河南省新鄉(xiāng)市人，工程師，主要從事風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)計研究工作.

收稿日期：2015-07-02

文章編號：1006—2610(2016)01—0057—03