擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁在風(fēng)電項(xiàng)目中的應(yīng)用

文 | 劉磊

擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁在風(fēng)電項(xiàng)目中的應(yīng)用

文 | 劉磊

我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目大規(guī)模開(kāi)發(fā)與投產(chǎn)始于2006年初，距今已有8年有余，項(xiàng)目業(yè)主（包括五大發(fā)電集團(tuán)等）從最初 “追量”到如今“追質(zhì)”，其開(kāi)發(fā)投資已經(jīng)逐漸趨于理性，在追求項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也不斷注重技術(shù)創(chuàng)新，本文即介紹一種相對(duì)新型的樁基型式，并且在項(xiàng)目應(yīng)用中，確已產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁綜述以及其適用條件

擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁（見(jiàn)圖1）是采用擠擴(kuò)工藝在鉆孔側(cè)面不同部位形成若干個(gè)分支和承力盤(pán)的鋼筋混凝土灌注樁。分支是為了提高灌注樁支承力而在樁上設(shè)置的柱狀體，其形成過(guò)程是：在樁孔中用專(zhuān)用設(shè)備向外擠擴(kuò)一次形成一組對(duì)稱(chēng)的分支腔，再將設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)90°，向外擠擴(kuò)形成另外一組對(duì)稱(chēng)的分支腔，兩組分支腔構(gòu)成十字形分支腔。承力盤(pán)是為了提高灌注樁的支承力而在樁上設(shè)置的盤(pán)狀體，其形成過(guò)程是：通過(guò)支盤(pán)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)擠擴(kuò)形成承力盤(pán)腔，灌注混凝土后，在樁上形成承力盤(pán)。支盤(pán)機(jī)在土體中擠擴(kuò)時(shí)，機(jī)附液壓表顯示有油缸的壓力值，便于復(fù)核各分支以及承力盤(pán)所在土層的土體物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工，具較強(qiáng)的實(shí)際可操作性。

圖1 擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁示意圖

支盤(pán)樁適用范圍比較廣泛，但是對(duì)于支盤(pán)所在的土層有比較嚴(yán)格的限制條件，如：

（1）可塑至硬塑的黏性土，黏性土的液性指數(shù)IL范圍為0－0.75，即對(duì)黏性土的實(shí)際含水量有嚴(yán)格的要求，黏性土含水量太大，不宜設(shè)置支盤(pán)；在黏性土設(shè)置支盤(pán)，對(duì)其塑性指數(shù)Ip也有相關(guān)的要求（黏性土（粉質(zhì)粘土、黏性土）Ip＞10）。經(jīng)過(guò)研究表明，黏性土的許多力學(xué)性質(zhì)和變形參數(shù)均與其塑性指數(shù)有密切關(guān)系。對(duì)于變形參數(shù)（根據(jù)同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系研究成果）可知：不同塑性指數(shù)的飽和軟粘土，其壓縮指數(shù)Cc和回填指數(shù)Cs與塑性指數(shù)Ip有較好的線(xiàn)性關(guān)系，且都隨著Ip增大而增大。故塑性指數(shù)過(guò)大，對(duì)于支盤(pán)四周土體受壓后的反彈產(chǎn)生不利的影響，故對(duì)于此土層是否適合設(shè)置支盤(pán)，需試驗(yàn)論證。

（2）中密至密實(shí)的粉土（砂土），其相對(duì)密度Dr范圍為0.33－1；其孔隙比e范圍大致為0.6－0.85；對(duì)于標(biāo)貫N，水下設(shè)置支盤(pán)時(shí)宜為15－50，N大于50時(shí)，土質(zhì)偏硬，擠擴(kuò)機(jī)對(duì)于現(xiàn)有土層的擠擴(kuò)效果較差。

（3）卵礫石層（全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖）。理論上可以設(shè)置支盤(pán)，實(shí)際設(shè)計(jì)與施工中，不推薦使用支盤(pán)樁。

（4）對(duì)于各種地質(zhì)土層，設(shè)置支盤(pán)時(shí)，土體的壓縮模量不應(yīng)小于6MPa。

（5）對(duì)于設(shè)置支盤(pán)的土層，土層厚度宜大于2D（以樁干直徑為d0.8m的灌注樁為例，承力盤(pán)直徑為D1.6m，故設(shè)置支盤(pán)的土層厚度不小于3.2m）。

實(shí)際案例比較以及擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁計(jì)算要點(diǎn)

山東河口風(fēng)電場(chǎng)位于山東省東營(yíng)市河口經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)以北，本次河口五、六期施工圖設(shè)計(jì)考慮因素如下：

一、地勘資料，以某一鉆孔為例：

（1）填土，頂標(biāo)高3.60m，底標(biāo)高2.40m，層厚1.20m，

（2）粉土夾粘性土，頂標(biāo)高2.40m，底標(biāo)高－2.00m，層厚4.40m，qsik=15kpa，qpk=0kpa；

（3）1淤泥質(zhì)粘土，頂標(biāo)高－2.00m，底標(biāo)高－6.20m，層厚4.20m，qsik=15kpa，qpk=0kpa；

（4）2粉質(zhì)粘土，頂標(biāo)高－6.20m，底標(biāo)高－13.50m，層厚7.30m，qsik=35kpa，qpk=250kpa；

（5）1粉砂，頂標(biāo)高－13.50m，底標(biāo)高－31.70m，層厚18.20m，qsik=75kpa，qpk=1500kpa；

（6）粉質(zhì)粘土，頂標(biāo)高－31.70m，底標(biāo)高－42.55m，層厚10.85m，qsik=65kpa，qpk=1000kpa；

（7）粉砂夾粉土，頂標(biāo)高－42.55m，底標(biāo)高－56.70m，層厚14.15m，qsik=70kpa，qpk=1100kpa。

二、支盤(pán)樁計(jì)算

通過(guò)地勘資料可以得出，（5）1粉砂層，層厚，承載力高，適合做支盤(pán)持力層，故在（5）1層中設(shè)置兩個(gè)支盤(pán)，單個(gè)支盤(pán)的D取1.6m，h取0.8m。

計(jì)算時(shí)，取（5）1粉砂的qpk=1100kpa，對(duì)于支盤(pán)樁，支盤(pán)處的承載力受此處土層的qpk影響較大，而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于同一地區(qū)的不同勘察報(bào)告而言，其qsik大致相同，但qpk有時(shí)候相差很大，故會(huì)造成承載力計(jì)算結(jié)果相距甚遠(yuǎn)，故此處（5）1粉砂的qpk不采用1500kpa（地勘報(bào)告數(shù)據(jù)），實(shí)際計(jì)算時(shí)，應(yīng)采取地勘資料和表1（參照《浙江省標(biāo)準(zhǔn)擠擴(kuò)支盤(pán)樁混凝土灌注樁技術(shù)規(guī)程》）相結(jié)合的方法，確定某一土層的qpk。

根據(jù)相關(guān)計(jì)算方法，支盤(pán)樁計(jì)算結(jié)果為：在（5）1粉砂設(shè)置兩個(gè)支盤(pán)，樁頂標(biāo)高為1.60m，樁長(zhǎng)為21m，計(jì)算出的擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2789KN，滿(mǎn)足風(fēng)電機(jī)組樁基礎(chǔ)承載力要求，且樁基礎(chǔ)沉降也滿(mǎn)足要求。

三、灌注樁（后壓漿）計(jì)算

采用后壓漿新工藝進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)與施工時(shí)，計(jì)算可得，樁頂標(biāo)高為1.60m，樁長(zhǎng)為27m，計(jì)算出的擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2740KN，滿(mǎn)足風(fēng)電機(jī)組樁基礎(chǔ)承載力要求，且樁基礎(chǔ)沉降也滿(mǎn)足要求。

四、普通灌注樁計(jì)算

采用普通灌注樁進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)與施工時(shí)，計(jì)算可得，樁頂標(biāo)高為1.60m，樁長(zhǎng)為30m，計(jì)算出的擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2717KN，滿(mǎn)足風(fēng)電機(jī)組樁基礎(chǔ)承載力要求，且樁基礎(chǔ)沉降也滿(mǎn)足要求。

表1 支盤(pán)樁樁端土承載力特征值 qpa參照表

表2 工程經(jīng)濟(jì)性比較表

工程投資經(jīng)濟(jì)性比較

工程經(jīng)濟(jì)性比較如表2。

由表2可知，對(duì)于單根樁，支盤(pán)樁比普通灌注樁節(jié)省投資近2400元，據(jù)此推算，河口五期、六期總節(jié)約投資254萬(wàn)左右。以上典型地勘資料，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組承載能力的要求，只設(shè)置兩個(gè)支盤(pán)即可滿(mǎn)足要求，若某土層可以設(shè)置三個(gè)支盤(pán)，則節(jié)約投資的效果會(huì)更加顯著。

擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁施工注意點(diǎn)

由于詳勘資料對(duì)于實(shí)際地質(zhì)情況的反應(yīng)，仍具有局限性，特別在地質(zhì)沖積為主要形成特征的灘涂區(qū)域，各土層深度方向分界線(xiàn)并非完全水平向，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，某幾個(gè)支盤(pán)的上下標(biāo)高根據(jù)典型地勘資料已經(jīng)確定，而實(shí)際施工時(shí)，如完全按照?qǐng)D紙施工，支盤(pán)可能處于非持力土層，故此時(shí)要用支盤(pán)機(jī)械的“首次擠擴(kuò)壓力參考值”加以控制，如表3。

擠擴(kuò)支盤(pán)樁施工時(shí)，如首次擠擴(kuò)壓力值和典型土層參考值相差較大，此時(shí)應(yīng)立即對(duì)支盤(pán)位置結(jié)合地質(zhì)分層表加以調(diào)整，以免對(duì)樁基承載力產(chǎn)生不利影響。如支盤(pán)持力層厚度有限，且下方臨近土層豎向承載力有所降低，則上盤(pán)宜盡量靠上布置，上盤(pán)的頂標(biāo)高可與持力層的頂部齊平。如持力層厚度較大，則上盤(pán)頂標(biāo)高宜盡量低于持力層頂部，整個(gè)支盤(pán)位于持力層中部，有利于支盤(pán)承載力的充分發(fā)揮。

表3 常見(jiàn)土層中首次擠擴(kuò)壓力參考值

結(jié)語(yǔ)

擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁和普通灌注樁相比而言，經(jīng)濟(jì)方面和樁基承載力提高方面優(yōu)勢(shì)比較明顯，但施工要求相對(duì)較高，現(xiàn)階段擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁作為專(zhuān)利技術(shù)，須專(zhuān)利技術(shù)人員加以施工技術(shù)指導(dǎo)，有條件時(shí)可參與到具體施工中，以保證最終施工質(zhì)量，從而保證此項(xiàng)技術(shù)更好地服務(wù)于具體工程實(shí)際中。

(作者單位：上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)