P&H無張力灌注樁在偏關(guān)風(fēng)電場工程的應(yīng)用

鄧 莉 貞

(大唐山西新能源有限公司，山西 太原 030032)

P&H無張力灌注樁在偏關(guān)風(fēng)電場工程的應(yīng)用

鄧 莉 貞

(大唐山西新能源有限公司，山西 太原 030032)

通過分析偏關(guān)水泉風(fēng)電場的地質(zhì)條件，對工程采用傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)或其他復(fù)合地基以及P&H無張力灌注樁的技術(shù)方案進行了比較，指出P&H無張力灌注樁具有安全性高、降低造價且施工期短的優(yōu)勢，可在該工程中應(yīng)用。

P&H無張力灌注樁，風(fēng)機基礎(chǔ)，安全

1 項目概述

大唐偏關(guān)水泉風(fēng)電場一期工程位于山西省忻州市偏關(guān)縣水泉鎮(zhèn)窄寨村附近，地貌屬于低中山區(qū)，地形起伏較大，工程場區(qū)高程為1 420 m～1 570 m 之間。風(fēng)電場范圍北起黃家梁，南至五關(guān)窯，西起古寺，東至后料高山。本期工程場址距偏關(guān)縣約25 km。本風(fēng)電場區(qū)可利用國道G209、縣鄉(xiāng)道路進入，交通便利，可作為風(fēng)電場施工及交通運輸?shù)闹饕ǖ馈?/p>

偏關(guān)縣屬北溫帶大陸性氣候。冬季寒冷少雪，春季溫暖干燥，夏季炎熱而雨量集中，秋季涼爽而明快。境內(nèi)常年多刮SSE風(fēng)，近40年平均風(fēng)速為2.1 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向穩(wěn)定。

場址內(nèi)地層由老到新依次為奧陶系、石炭系及第四系地層。地層巖性主要以白云質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖、砂礫巖及黃土(粉土)為主。黃土(粉土)分布于整個擬選廠址，厚度從幾米到十幾米不等，濕陷厚度5 m～15 m，為Ⅱ級非自重～自重濕陷性黃土場地。風(fēng)機基礎(chǔ)大部分以①層黃土(粉土)作為持力層，局部風(fēng)機基礎(chǔ)以②層石英砂巖、砂礫巖作為持力層。擬選場址區(qū)地下水位埋深大于10 m，可不考慮地下水對基礎(chǔ)的影響。根據(jù)GB 18306-2001中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖，擬選場址地震動峰值加速度為0.05g，相對應(yīng)地震烈度為6度，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。

也就是說，項目安裝24臺2 MW風(fēng)力發(fā)電機機組，根據(jù)設(shè)計單位提供的基礎(chǔ)設(shè)計載荷和地質(zhì)勘測資料，風(fēng)機基礎(chǔ)大部分地質(zhì)條件為濕陷性黃土，這種地質(zhì)條件風(fēng)機基礎(chǔ)傳統(tǒng)采用樁基礎(chǔ)或灰土樁等其他復(fù)合地基，造價高且施工難度大，工期較長。

通過對美國恩格公司專利技術(shù)P&H無張力灌注樁的了解，并與已投運的國電陜西靖邊草山梁49.5 MW風(fēng)場，使用P&H樁安裝33臺聯(lián)合動力1.5 MW風(fēng)機，其目前安全性高、造價低且施工期縮短。

2 P&H 無張力灌注樁與傳統(tǒng)工藝技術(shù)方案對比

2.1 結(jié)構(gòu)及施工方法不同

傳統(tǒng)的重力式擴展風(fēng)機基礎(chǔ)施工工序主要有基坑開挖、制作混凝土墊層、基礎(chǔ)環(huán)安裝、鋼筋綁扎、模板支護、混凝土澆筑、土石方回填等工序。

P&H無張力灌注樁不使用昂貴的塔筒基礎(chǔ)環(huán)，沒有復(fù)雜的調(diào)平工作，為空心混凝土圓柱體，一般外徑3.5 m～6 m，內(nèi)徑2.5 m～4 m?；A(chǔ)中使用波紋鋼筒用來作為模板和支撐，在波紋鋼筒內(nèi)筒空心部分底部有1 m高混凝土，混凝土上由素土回填?；A(chǔ)頂部通常為30 cm厚承臺板?；A(chǔ)深度主要由風(fēng)機類型、荷載以及地質(zhì)條件決定，通常埋深在9 m～11 m。和風(fēng)機塔架連接的錨桿螺栓經(jīng)過預(yù)應(yīng)力處理。P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)施工流程為：場地平整、錨桿鉆孔、吊裝模板上下環(huán)、高強螺桿安裝、綁扎鋼筋、承臺澆筑。

2.2 受力不同

重力式擴展基礎(chǔ)依靠基礎(chǔ)本身重力和基礎(chǔ)下臥土的承載力來承擔作用于基礎(chǔ)上部的軸向力和彎矩,水平力由基礎(chǔ)下臥土的摩擦阻力承擔。

P&H無張力灌注樁受力與傳統(tǒng)重力式擴展基礎(chǔ)不同，主要由環(huán)形基礎(chǔ)周圍土的水平承載力承載基礎(chǔ)所受的水平荷載和彎矩。

2.3 偏關(guān)水泉風(fēng)機基礎(chǔ)設(shè)計方案

偏關(guān)水泉風(fēng)電場有21個風(fēng)機基礎(chǔ)采用P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)，適用于其濕陷性黃土地區(qū)地質(zhì)條件，其余3個基礎(chǔ)采用巖石錨桿基礎(chǔ)，不使用基礎(chǔ)環(huán)，適用于整塊巖石的地質(zhì)條件。P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)不使用基礎(chǔ)環(huán)進行基礎(chǔ)和風(fēng)機塔筒連接，而是通過塔筒下法蘭的螺栓孔使用高強螺桿將基礎(chǔ)同塔筒連接，連接用高強螺桿數(shù)量為108根；電纜線可以從承臺底部穿越，穿越高強螺桿之間的空隙，在基礎(chǔ)深1.5 m處；風(fēng)機廠家的下法蘭不需要做任何的更改；基礎(chǔ)主要由混凝土、預(yù)應(yīng)力高強螺桿和兩個CMP(波紋筒)鋼筒構(gòu)成。

按照地勘報告和風(fēng)機荷載數(shù)據(jù)，確定設(shè)計參數(shù)，主要設(shè)計參數(shù)如下：

基坑開挖上口直徑8.6 m，下口7 m，深10.5 m?；A(chǔ)承臺直徑為5.6 m，承臺高度為0.4 m，高強螺桿豎向放置于兩個CMP筒之間，兩筒之間1 m，之間澆筑C40混凝土，CMP外筒直徑為5.2 m，長10.5 m。內(nèi)筒直徑為3.2 m，長10.5 m。CMP內(nèi)外筒均為壁厚3 mm，波深5 cm，波距15 cm，采用拼裝筒。預(yù)應(yīng)力高強螺桿環(huán)直徑4 270 mm,模板上環(huán)和底環(huán)內(nèi)徑4 100 mm。CMP外筒和基坑之間澆筑C15混凝土。CMP內(nèi)筒底部澆筑1 m高C40混凝土，回填土至上筒口。高強螺桿長度為10.9 m，直徑為56 mm。每個機位用108根，高強螺桿外用內(nèi)徑60 mm的PE管保護，安裝好的高強螺桿要進行拉拔試驗。模板下環(huán)上部外徑4 600 mm，上部內(nèi)徑4 000 mm，下部外徑4 580 mm，下部內(nèi)徑4 080 mm。支撐采用32B工字鋼進行固定。

3 P&H無張力灌注樁的優(yōu)勢

3.1 安全性高

設(shè)計按照美國，歐盟設(shè)計標準，IEC 61400-1以及我國規(guī)范設(shè)計，校核。安全系數(shù)均高于規(guī)范要求，通過權(quán)威機構(gòu)德國勞氏船級社GL認證。

2009年年底，美國棕櫚泉某風(fēng)場被洪水沖刷，擴展基礎(chǔ)大部分被沖毀從而導(dǎo)致風(fēng)機倒塌，而P&H基礎(chǔ)沒有一臺出現(xiàn)問題。

3.2 降低造價

本工程原采用傳統(tǒng)的重力式擴展風(fēng)機基礎(chǔ)，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，施工采用P&H無張力灌注樁。實際工程中，偏關(guān)水泉風(fēng)電場風(fēng)機基礎(chǔ)工程量及材料用量比傳統(tǒng)式風(fēng)機基礎(chǔ)減少，施工難度降低，進而工程造價降低，P&H無張力灌注樁與傳統(tǒng)的重力式擴展風(fēng)機基礎(chǔ)工程量對比如表1所示(1臺2 MW風(fēng)機基礎(chǔ))。

表1 P&H無張力灌注樁與重力式擴展風(fēng)機基礎(chǔ)工程量對比表

由此可見，單臺P&H基礎(chǔ)比擴展基礎(chǔ)節(jié)省鋼筋53 t，節(jié)省混凝土50%，降低挖方量36%，根據(jù)工程量清單計價，偏關(guān)水泉單臺風(fēng)機基礎(chǔ)總造價約72.76萬元，比單臺重力式擴展基礎(chǔ)價格節(jié)省約40%。而且P&H無張力灌注樁風(fēng)機基礎(chǔ)還不需要使用基礎(chǔ)環(huán)。綜上，偏關(guān)水泉風(fēng)電場應(yīng)用P&H無張力灌注樁風(fēng)機基礎(chǔ)單臺造價較傳統(tǒng)基礎(chǔ)有明顯的價格優(yōu)勢。

3.3 縮短工期

傳統(tǒng)重力式擴展風(fēng)機基礎(chǔ)有繁瑣的鋼筋綁扎，上下錨板調(diào)平難度大，不利于流水作業(yè)，相對傳統(tǒng)基礎(chǔ)P&H無張力灌注樁施工裝配遠快于重力式擴展基礎(chǔ)，一般5 d施工一臺，24臺風(fēng)機基礎(chǔ)3個月之內(nèi)可以全部施工完成，而傳統(tǒng)重力式擴展風(fēng)機基礎(chǔ)每臺需要15 d，大大縮短工期。偏關(guān)水泉風(fēng)電場工期計劃如圖1所示。

基礎(chǔ)節(jié)約工期在50%左右。

3.4 適用極其惡劣地質(zhì)條件

偏關(guān)縣水泉鎮(zhèn)因其濕陷性黃土的特殊地質(zhì)條件，采用傳統(tǒng)的重力式擴展風(fēng)機基礎(chǔ)受限，需在此基礎(chǔ)上進行樁基礎(chǔ)處理，造價還會再次提高。而P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛，可以應(yīng)用于砂土、粉土、膨潤土，垃圾填埋場，極軟土質(zhì)等極端惡劣地質(zhì)條件。因基礎(chǔ)直徑較小，材料利于運輸，適合于山頂,山坡等傳統(tǒng)基礎(chǔ)不利于使用地區(qū)。

4 結(jié)語

通過對偏關(guān)水泉風(fēng)電場工程應(yīng)用P&H無張力灌注樁新型風(fēng)機基礎(chǔ)的技術(shù)分析、調(diào)研，我們認為相對傳統(tǒng)基礎(chǔ)P&H無張力灌注樁風(fēng)機基礎(chǔ)在設(shè)計的安全性、地質(zhì)的適應(yīng)性、經(jīng)濟性、施工操作方面都具有顯著優(yōu)勢，可以在偏關(guān)水泉風(fēng)電場工程應(yīng)用。

1)樁基受力特征更適合風(fēng)機承受特殊風(fēng)載荷作用的受力特征。

2)受力安全性和抗傾倒能力更強，由于樁基深入地下10 m左右,抗傾覆能力顯著增強，另外由于基礎(chǔ)是一體的桶狀，沒有應(yīng)力集中的梯形臺集合處，抗疲勞應(yīng)力的能力也大大增強。

3)具有成本優(yōu)勢。經(jīng)過對比分析，在施工量和耗材量上有較大成本節(jié)約，保守估計較現(xiàn)有的擴展式基礎(chǔ)節(jié)約成本30%以上。

4)施工難度和周期大大縮短，施工時用長臂(10 m)挖掘機和65 t的吊車即可完成所有的工作量，由于省去了鋼筋綁扎工藝，施工進度很快，3 d～5 d就可以完成一個樁基的建設(shè)。較擴展式基礎(chǔ)節(jié)省了50%以上的施工周期，這在施工條件惡劣的風(fēng)電場有現(xiàn)實的意義。

在業(yè)主方、設(shè)計方、監(jiān)理方、施工方的共同努力下，工程安全有序推進。P&H樁風(fēng)機基礎(chǔ)順利澆筑，為風(fēng)機吊裝后續(xù)工作打下了堅實的基礎(chǔ)。該項目的施工，為偏關(guān)特殊的地質(zhì)地貌擴大利用進行了有益的探索，我們會繼續(xù)加大對這種樁基礎(chǔ)的關(guān)注，研究其受力結(jié)構(gòu)和特征，并可以在其他項目中開發(fā)應(yīng)用。

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[3] GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[4] FD 003-2007，風(fēng)電機組地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)定[S].

[5] GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[6] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

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TheapplicationofP&HatonicboredpileinPianguanwindfarmproject

DENGLi-zhen

(DatangShanxiEnergyLimitedCompany,Taiyuan030032,China)

Through the analysis on geological conditions of Pianguan wind farms, this paper compared the technical scheme of project adopted pile foundation or other composite foundation and P&H atonic bored pile, drew the P&H atonic bored pile had high safety, lower cost and shorter construction period advantage, could be used in project.

P&H atonic bored pile, wind turbine foundation, safety

1009-6825(2014)33-0054-03

2014-09-16

鄧莉貞(1982- )，女，助理工程師

TU473.13

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