復(fù)合地基在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)中的應(yīng)用

陶鐵鈴 陳玉梅 李宇飛

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010）

復(fù)合地基在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)中的應(yīng)用

陶鐵鈴 陳玉梅 李宇飛

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010）

本文針對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中天然地基承載力不足的問(wèn)題，結(jié)合某風(fēng)電場(chǎng)工程，采取水泥土攪拌樁處理風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)粉土地基，該方案能有效提高地基承載力，還能減少基礎(chǔ)工程投資，可供國(guó)內(nèi)類(lèi)似工程參考。

復(fù)合地基；風(fēng)機(jī)；基礎(chǔ)

1 工程概況及地質(zhì)

某風(fēng)電場(chǎng)工程位于河南省，地處黃河故道，為華北平原中黃河沖積平原的一個(gè)重要組成部分。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)多為耕地，存在少量樹(shù)木，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，海拔高度約50～60m。該場(chǎng)區(qū)的地層巖性主要為第四系（Q）的砂質(zhì)粉土、粉土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土、細(xì)砂組成。①砂質(zhì)粉土：褐黃色，稍濕～濕，稍密，中壓縮性。②粉土：黃褐色，濕，稍密，含云母，搖振反應(yīng)強(qiáng)烈，中～低壓縮性。③粉質(zhì)黏土：黃褐色，濕，中密，可塑，中～低壓縮性。④砂質(zhì)粉土：灰黃色，濕，中密～密實(shí)，搖振反應(yīng)中等，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性低。⑤細(xì)砂：黃色，稍濕，中密，主要成分為石英、長(zhǎng)石，含螺殼殘片。地層巖土物理力學(xué)指標(biāo)建議值見(jiàn)表1。

本風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)單機(jī)容量為2.0MW，葉輪直徑115m，輪轂高度100m，風(fēng)機(jī)荷載通過(guò)塔筒傳至風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)承受了較大的豎向力及傾覆彎矩，因此對(duì)地基承載力要求較高，①-④層天然地基承載力較低，不滿足地基承載力要求，需要進(jìn)行地基處理。

針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的地質(zhì)條件及風(fēng)機(jī)荷載資料，選用水泥土攪拌樁復(fù)合地基，水泥土攪拌樁是以水泥為固化劑，經(jīng)過(guò)水化反應(yīng)及水解反應(yīng)［1］，可生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣等化合物，在水中和空氣中逐漸硬化；鈣離子與土中交換性鈉鉀離子發(fā)生交換作用，使原來(lái)土顆粒集合成較大團(tuán)粒；水泥水化物中的游離氫氧化鈣吸收水和空氣中的二氧化碳，生成不溶于水的碳酸鈣，使水泥土強(qiáng)度增加，以此來(lái)提高地基承載力，該方法施工簡(jiǎn)便，成本較低。

表1 天然地基相關(guān)參數(shù)

2 水泥土攪拌樁地基加固設(shè)計(jì)

根據(jù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)受力特性，初擬風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)底板直徑約19m，在基底21m×21m的范圍內(nèi)采用正方形布樁形式，樁間距s=0.88m，水泥土攪拌樁面積置換率m=25%，樁徑0.5m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)6m，設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖1。固化劑選用強(qiáng)度等級(jí)為42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為18%，水泥漿水灰比為0.55。經(jīng)計(jì)算水泥土攪拌樁單樁承載力120kN，其復(fù)合地基承載力根據(jù)地基承載力深寬修正公式，修正后的復(fù)合地基承載力可達(dá)到200kPa以上，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)方案

3 水泥土攪拌樁施工方案

水泥土攪拌樁是在我國(guó)發(fā)展起來(lái)的地基處理新技術(shù)，它是通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械在地層深部就地將軟土和水泥強(qiáng)制拌和，使軟土硬結(jié)而提高地基強(qiáng)度。這種方法適用于軟弱地基，對(duì)于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土及飽和性土等軟土地基的處理效果顯著，在施工中無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；缺點(diǎn)是該地基處理方案對(duì)施工質(zhì)量控制的要求較高，質(zhì)量把控不到位，可能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力。

水泥土攪拌樁施工過(guò)程中有幾個(gè)重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，如下。①水泥土攪拌樁正式開(kāi)工前必須做試樁施工，以檢驗(yàn)機(jī)具性能及施工工藝中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。其中包括最佳的灰漿稠度、工作壓力、鉆進(jìn)和提升速度等。②清理場(chǎng)地，并用壓路機(jī)碾壓平整，以利于樁機(jī)移位。③根據(jù)設(shè)計(jì)的總平面圖，先放出施工段內(nèi)軸線，根據(jù)樁位，鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁位對(duì)位，機(jī)身垂直。④在確認(rèn)漿液從攪拌葉的出漿口噴出后方可啟動(dòng)攪拌機(jī)，以60r/min的轉(zhuǎn)速和1m/min的鉆進(jìn)速度，順時(shí)針?lè)较蜻呫@邊注漿，直至設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，再繼續(xù)噴漿15min后停泵，改逆時(shí)針?lè)较驍嚢?，提升至設(shè)計(jì)樁頂。⑤為使軟土和水泥漿液攪拌均勻，再次將攪拌機(jī)鉆進(jìn)下沉，直至設(shè)計(jì)深度，再將攪拌機(jī)按規(guī)定速度反轉(zhuǎn)提升出地面。單個(gè)機(jī)位，采用1臺(tái)深層攪拌機(jī)設(shè)備，8～10d可完成對(duì)機(jī)位水泥土攪拌樁的打樁灌漿工作。⑥在成樁3d內(nèi)，采用輕型動(dòng)力觸探（N10）檢測(cè)上部樁的均勻性，檢測(cè)比例為1%，且不少于3根［3］。⑦樁體強(qiáng)度試驗(yàn)：成樁28d后，對(duì)攪拌樁進(jìn)行抽芯檢測(cè)，檢驗(yàn)樁身連續(xù)性和均勻程度。成樁的芯樣可進(jìn)行室內(nèi)樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，驗(yàn)證樁體的整體強(qiáng)度及樁體變形情況，經(jīng)取芯的樁需用水泥砂漿填滿，檢測(cè)比例為0.5%～1%。⑧復(fù)合地基靜載試驗(yàn)：成樁28d后，在交付使用前，做靜載試驗(yàn)，以驗(yàn)證攪拌樁的單樁承載力及復(fù)合地基的承載力，檢驗(yàn)其是否滿足設(shè)計(jì)要求，抽檢比例0.2%。

4 加固效果

為了判斷水泥土攪拌樁的處理效果，需要進(jìn)行單樁承載力及復(fù)合地基承載力檢測(cè)，常采用荷載試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果得知，單樁承載力及復(fù)合地基承載力均能滿足要求。

根據(jù)本項(xiàng)目的地質(zhì)條件，對(duì)粉土地基采用不同的地基處理方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)比較，若采用換填法則用于基礎(chǔ)處理的費(fèi)用約23萬(wàn)元，若采用混凝土灌注樁法則用于基礎(chǔ)處理的費(fèi)用約21萬(wàn)元，而采用水泥土攪拌樁法則用于基礎(chǔ)處理的費(fèi)用約15萬(wàn)元，通過(guò)該工程實(shí)例表明，在粉土地基中采用水泥土攪拌樁節(jié)約了基礎(chǔ)處理的投資，提高了工程的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用水泥土攪拌樁處理風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)粉土地基不僅能達(dá)到良好的處理效果，還能減少基礎(chǔ)工程投資，提高風(fēng)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，可供國(guó)內(nèi)類(lèi)似工程參考。

［1］薛殿基，仲林.復(fù)合地基樁處理技術(shù)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.6.

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ 79-2012）［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［3］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范（GB/T 50783-2012）［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.

Application of Composite Foundation in Fan Foundation

Tao Tieling Chen YumeiLi Yufei
（Yangtze River Survey Planning and Design Research Co.,Ltd.，Wuhan Hubei 430010）

Aiming at the problem of insufficient bearing capacity of natural foundation in wind turbine foun?dation design,combined with a wind farm project,the cement soil mixing pile is used to treat the founda?tion of the fan foundation.The scheme can effectively improve the bearing capacity of foundation and re?duce the investment of basic engineering which can provide similar engineering reference.

composite foundation；fan；foundation

TU753

A

1003-5168（2017）12-0098-02

2017-11-03

陶鐵鈴（1979-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：新能源工程。