風電工程土建施工樁基礎(chǔ)技術(shù)分析

張博寧

(華潤新能源投資有限公司寧夏分公司，寧夏 銀川 750000)

風電工程在不同的區(qū)域進行施工建設(shè)時，所選擇的樁基礎(chǔ)技術(shù)類型也有所不同。充分掌握風電工程樁基礎(chǔ)類型，結(jié)合工程項目建設(shè)實際對樁基礎(chǔ)施工技術(shù)進行分析研究，是風電工程項目質(zhì)量到達預期目標的必要條件。因此，在土建樁基礎(chǔ)施工技術(shù)選擇時，需因地制宜選擇更為恰當?shù)募夹g(shù)進行應用。本文首先對幾種常見樁基礎(chǔ)原理進行分析，結(jié)合具體的施工環(huán)境和項目背景，對獨立樁基礎(chǔ)施工技術(shù)在風電工程中的應用進行了詳細闡述，以期為同類工程項目建設(shè)提供支持和參考。

1 樁基礎(chǔ)在風電工程的應用背景

風電工程的施工環(huán)境相對更為復雜，風機設(shè)備對基礎(chǔ)承載能力、抗震性能、穩(wěn)定性等方面要求又比較高?？紤]到樁基礎(chǔ)本身具有穩(wěn)定性強、承載能力強、抗震性能強的特點，同時可在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，或出現(xiàn)一定程度的橫向偏移時，通過樁基礎(chǔ)的約束，可以有效降低此類問題發(fā)生的概率。另外，樁基礎(chǔ)通過樁體深入地基，實現(xiàn)下部土層與樁體的有力咬合。不管是摩擦型樁還是端承樁通過科學設(shè)計和嚴格的施工過程質(zhì)量把控，對于整個風機的基礎(chǔ)承臺都能夠起到較好的承載和穩(wěn)固作用[1]。在具體施工建設(shè)時，一方面要對樁基礎(chǔ)沉降以及承載力變化狀態(tài)進行重點關(guān)注[2]，這就要求從施工開始至驗收投運后，必須定期做好基礎(chǔ)沉降觀測與數(shù)據(jù)分析。另一方面，需要在施工過程中做好對樁施工質(zhì)量把控，特別是對樁基礎(chǔ)施工完成后做好樁身完整性檢測和樁承載能力檢測。確保樁基礎(chǔ)施工驗收完成在投運之后，能夠為風機設(shè)備安全、可靠、穩(wěn)定運行發(fā)揮基礎(chǔ)性的重要作用。

2 風電工程常見樁基礎(chǔ)類型

2.1 干作業(yè)成孔灌注樁

干作業(yè)成孔灌注樁是不采用泥漿或套管護壁而直接排土成孔的灌注樁，是在沒有地下水的情況下進行施工作業(yè)的方法。目前干作業(yè)成孔的灌注樁具體可分為螺旋鉆孔灌注樁、螺旋鉆孔擴孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、機動洛陽鏟挖孔灌注樁，在實踐中廣泛應用于地下水位以上一般粘性土、粉土、黃土以及密實的粘性土、砂土層。其中的鉆孔灌注樁具有適應性強、抗震性好﹑承載力大、工程造價適中、施工操作簡單、施工噪音小等諸多優(yōu)點,在工程中的應用已極其廣泛。

2.2 長螺旋鉆孔壓灌樁

長螺旋鉆孔壓灌樁是通過長螺旋鉆機鉆孔至設(shè)計標高，利用混凝土泵把超流態(tài)細石混凝土從鉆頭底壓出，邊壓灌混凝土邊提升鉆頭直至成樁，混凝土灌注至設(shè)計標高，并向壓灌混凝土內(nèi)插入鋼筋籠，從而形成鋼筋混凝土灌注樁。該樁型適用于粘性土、粉土、填土等各種土質(zhì)，能在有縮徑的軟土、流沙層、沙卵石層、有地下水等復雜低質(zhì)下成樁。長螺旋鉆機壓灌成樁由于施工設(shè)備行走靈活、成樁速度快，因適應性強從而被廣泛應用，同時能有效避免軟土、砂土地區(qū)出現(xiàn)成樁縮徑、斷樁的施工質(zhì)量問題，有效解決了泥漿污染問題，并用于地下水位以下土層的成樁[3]。

2.3 沉管灌注樁

沉管灌注樁是工程樁基礎(chǔ)中的一種。是通過在與樁的設(shè)計尺寸相匹配的鋼管的端部套上樁尖，待沉入土中后在套管內(nèi)吊放鋼筋骨架，然后在澆筑混凝土的同時振動或錘擊拔管， 在拔管過程中充分振動搗實混凝土而形成灌注樁。這種樁主要適用于在有地下水、淤泥、流砂的情況。根據(jù)沉管方法和拔管時振動方式不同，沉管灌注樁可分為錘擊沉管灌注樁和振動沉管灌注樁。利用錘擊沉樁設(shè)備沉管，拔管成樁的施工方式稱為錘擊沉管灌注樁。利用振動器振動沉管，拔管成樁的施工方式稱為振動沉管灌注樁。前者多適用一般黏性土、砂土、淤泥質(zhì)土和人工填土地基。后者除以上地質(zhì)條件外，還可用于稍密及中密度的碎石土地基。

2.4 泥漿護壁成孔灌注樁

泥漿護壁鉆孔灌注樁是通過樁機在泥漿護壁條件下緩慢鉆入， 將鉆渣通過泥漿帶出同時保護孔壁不致坍塌，成孔后再通過澆筑水下混凝土將泥漿置換出來而成的樁。 鉆孔機械成孔時為防止塌孔，通過在孔內(nèi)用泥漿進行護壁的施工方式不論在地下水位高低的土層中都適用。根據(jù)泥漿護壁鉆孔灌注樁按成孔工藝和成孔機械的不同，常分為沖擊成孔灌注樁、沖抓成孔灌注樁、潛水鉆成孔灌注樁和回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁。其中回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁是國內(nèi)應用范圍較廣的成樁方式。

3 常見樁基礎(chǔ)技術(shù)應用要點分析

3.1 長螺旋鉆孔壓灌樁技術(shù)應用要點分析

此種施工技術(shù)應用需對土壤類型以及鉆機定位位置進行合理確認，定位撞擊后要做好檢驗工作，鉆孔時需根據(jù)樁身混凝土設(shè)計強度進行針對性試驗。同時長螺旋施工設(shè)備因自重大，在設(shè)備進場前應對可能產(chǎn)生沉陷的地表進行專門處理，確保場地有足夠的承重能力。在鉆機鉆至設(shè)計深度并清孔后，先將鉆桿提升至一定高度，首批混凝土澆筑時需停頓10s～20s進行加壓，再緩慢提升鉆桿開始作業(yè)?；炷翝仓翗俄敃r應超過樁頂設(shè)計標高一定距離，以保持在鑿除樁頂?shù)母{后，頂部的混凝土強度能符合設(shè)計要求。

3.2 靜壓力樁施工技術(shù)應用要點分析

樁體的重力和樁架的壓力都會使預制樁同步產(chǎn)生反向的作用力。在相互作用力下，樁體會更加快速進入土壤內(nèi)部，從而達到穩(wěn)定樁基礎(chǔ)的效果。在靜壓力環(huán)境下的土壤結(jié)構(gòu)、土壤穩(wěn)定性都會受到一定程度的影響而出現(xiàn)變化，因此，在選擇這種施工技術(shù)的時候，需提前制定專項施工方案從而降低該技術(shù)帶來的不良影響，確保工程質(zhì)量能夠達到預期的效果。

3.3 錘擊沉樁施工技術(shù)應用要點分析

此種施工技術(shù)需要對樁體周圍間隙指標進行嚴格控制，一般不超過10mm，樁插入土體過程中應保持垂直度，垂直度偏差不得大于0.5%。另外需對打樁順序進行合理選擇，作業(yè)開始不得從單一方向推進。對于樁距小于3.5倍樁徑的打樁順序應符合下列要求：①當一側(cè)毗鄰建筑物時，應從毗鄰建筑物的一側(cè)向另一側(cè)施打。②對于密集樁群，應從中間向兩側(cè)或向四周對稱施打。③嚴格遵守先密后稀、先深后淺、先長后短三原則施工。在開始錘擊時，落距宜小，或通常采用“冷錘”。在沉樁過程中應注意樁身是否發(fā)生位移或傾斜，并做好沉樁過程記錄。

3.4 干作業(yè)成孔灌注樁技術(shù)應用要點分析

在實際沉樁過程中，受力方向與實際受力情況呈現(xiàn)反向關(guān)系。在實踐應用中，此種樁體結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)上半段樁體強度無法維持穩(wěn)定狀態(tài)的現(xiàn)象。因此，需要在施工建設(shè)中對于常規(guī)的孔壁攤落孔位偏移以及樁體強度無法有效保持等多方面問題進行重點關(guān)注和解決，下文主要以此種灌注樁施工為例，探討在相應的施工環(huán)境中如何做好對施工技術(shù)要點的把控，以期為具體工程項目建設(shè)提供參考。

4 干作業(yè)成孔灌注樁施工要點問題分析

4.1 施工環(huán)節(jié)要點問題分析

4.1.1 塌孔問題分析

塌孔問題在干作業(yè)成孔灌注樁施工技術(shù)應用中屬于常見問題，這主要與外部土壤環(huán)境緊密相關(guān)。對于本文探討的寧夏地區(qū)來說，主要以濕陷性黃土為主土壤復雜程度相對較高，土體的穩(wěn)定性相對比較差。因此，在鉆孔操作的過程中，若鉆孔速度控制不合理或成孔后放置時間過長，鋼筋籠在沉籠過程中碰撞孔壁等現(xiàn)象發(fā)生，都會直接導致出現(xiàn)塌孔?？梢娡寥拉h(huán)境和土體結(jié)構(gòu)是直接影響風電工程施工的關(guān)鍵性因素。一旦出現(xiàn)塌孔，會直接導致鉆孔操作中斷，影響整個施工技術(shù)應用和整體工程項目推進進度。

4.1.2 孔位偏移問題分析

孔位偏移主要是指在鉆孔過程中，既定孔位鉆孔點位在鉆孔過程中出現(xiàn)了偏移。具體來說引發(fā)孔位偏移問題的原因主要包括以下幾種。①施工現(xiàn)場環(huán)境在平整度和密實度方面有所不足，這會直接影響鉆機設(shè)備安裝后操作平臺的穩(wěn)定性，鉆孔過程中的震動也會導致不均勻沉降現(xiàn)象的發(fā)生，在這類問題持續(xù)出現(xiàn)后，就會進一步引發(fā)鉆孔位置偏移。②鉆桿整體結(jié)構(gòu)問題導致偏移。這類問題主要是指鉆桿在施工過程中出現(xiàn)了彎曲或鉆頭與鉆桿之間孔隙過大[4]，都會造成鉆孔作業(yè)時出現(xiàn)孔位偏移。③鉆頭翼板域出現(xiàn)磨損導致偏移。這類偏移主要是由于設(shè)備本身出現(xiàn)了質(zhì)量問題或鉆頭受力不均勻，鉆孔位置失穩(wěn)而造成。

4.1.3 導管堵塞問題分析

導管堵塞主要是由于導管在施工過程中出現(xiàn)變形所致，或在初步選擇導管時，直徑規(guī)格選擇不符合要求，導致在澆筑操作時混凝土出現(xiàn)了離析現(xiàn)象。粗骨料會在導管內(nèi)部出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，樁體澆筑質(zhì)量會因此受到影響。另外，混凝土在澆筑的過程中，若導管下端距孔底的間距過小，也會導致導管輸送不暢。若導管的預埋深度缺乏有效的數(shù)據(jù)計算，預埋長度過長，也會導致混凝土無法順暢流動堵塞導管。最后，混凝土配合比若沒有嚴格的過程質(zhì)量控制及檢測措施，也會影響混凝土拌合物的坍落度指標，竟而成為誘發(fā)導管堵塞的又一要因。不僅如此，混凝土澆筑之前必須考慮到溫度及周圍環(huán)境因素，確?；炷猎诎韬稀⑦\輸、澆筑過程中必須要有良好的和易性，特別是在炎熱夏季杜絕在施工澆筑過程中出現(xiàn)人為私自給混凝土加水。

4.2 干作業(yè)成孔灌注樁技術(shù)問題優(yōu)化措施分析

干作業(yè)成孔灌注樁技術(shù)對寧夏地區(qū)地質(zhì)環(huán)境來說，具有一定的適宜性。在風電工程建設(shè)中，干作業(yè)成孔灌注樁施工技術(shù)的選擇需要結(jié)合具體工程項目實際情況，提前做好施工準備與過程控制。結(jié)合上文暴露的典型問題，下文提出幾點針對性的優(yōu)化措施。

4.2.1 塌孔問題優(yōu)化措施分析

塌孔問題優(yōu)化措施要點主要包括以下幾方面。①由于土壤環(huán)境因素，需要在塌孔隱患高發(fā)區(qū)域按照技術(shù)要求預埋護筒裝置。護筒必須保證垂直狀態(tài)，并至少高出地面0.3m。在護筒周邊區(qū)域，要選擇含水量適當?shù)恼惩猎牧线M行回填。為確保護筒作用發(fā)揮，還需在周邊區(qū)域設(shè)置排水裝置。②在選擇鉆孔土層時，應盡可能選擇松軟砂層進行鉆孔操作。沖孔速度需結(jié)合地質(zhì)情況，以及結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)指標做好施工過程控制。當進入到砂層、砂礫層土層的鉆孔區(qū)域時，若速度控制不合理會導致樁體出現(xiàn)徑向擺動問題，就會導致孔壁塌孔。因此，需要在鉆孔方法上進行合理選擇，適當應用跳鉆方法進行成孔操作并做好孔邊輔助澆筑施工。③成孔過程中，速度控制需保持在2m/h的范圍內(nèi)，在鋼筋等安裝完成后，馬上進行混凝土澆筑作業(yè)，澆筑持續(xù)時間也應控制在3h之內(nèi)。

4.2.2 孔位偏移問題優(yōu)化措施

為了避免孔位偏移問題出現(xiàn)，施工作業(yè)前應當對場地平整度進行測量與修正。在安裝鉆機過程中，轉(zhuǎn)盤中心與鉆架起吊滑輪要保持在同一軸線范圍內(nèi)，鉆桿偏差也不應大于20cm。若遇不均勻地層，可能會導致鉆孔出現(xiàn)穩(wěn)定性不足的現(xiàn)象。因此，需選用鉆桿強度更高、鉆桿和鉆進設(shè)備自重更大的設(shè)備，用低速開展豎向鉆孔作業(yè)。若已經(jīng)發(fā)生斜孔現(xiàn)象，則可采用回填技術(shù)避免孔位偏移過大，也可通過人為輔助矯正的方式達到預防孔位偏移的目標。在實踐操作中，需在鉆孔過程反復進行調(diào)整和矯正操作，并同步對孔位位置進行監(jiān)測，避免出現(xiàn)孔位偏移現(xiàn)象。

4.2.3 導管堵塞問題優(yōu)化措施

導管堵塞問題的優(yōu)化需在澆筑前就做好預防處理，并且在澆筑過程中采取針對性措施解決堵塞問題。問題處理要點包括以下幾部分。①在前期準確測量孔深與導管長度，確保單獨區(qū)域?qū)Ч荛L度整齊統(tǒng)一。另外，導管距孔底深度也應準確控制，一般不得超過50cm。②在階段性澆筑操作完成時，需依據(jù)混凝土強度等級嚴格控制配合比和加強對混凝土原材料攪拌。盡可能保持坍落度指標和混凝土易和性保持在設(shè)計要求范圍內(nèi)。③整體灌注操作開展前，需針對設(shè)備質(zhì)量及運行過程可靠性進行有效檢驗分析，避免由于設(shè)備自身因素導致灌注操作出現(xiàn)堵管問題。

5 結(jié) 語

綜合本文分析可知，在風電工程項目建設(shè)中，風機設(shè)備及地質(zhì)環(huán)境對風電工程項目樁基礎(chǔ)選型會產(chǎn)生直接影響。因此，在項目建設(shè)流程推進的過程中，需結(jié)合不同地質(zhì)環(huán)境合理選擇樁技術(shù)類型進行應用。以本文探討的寧夏地區(qū)為例，由于此地區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征，干作業(yè)成孔灌注樁技術(shù)在實踐應用中的效果更好，需要工程設(shè)計、項目管理人員、施工技術(shù)人員等結(jié)合常見問題進行系統(tǒng)性分析，并進一步提出優(yōu)化樁技術(shù)施工措施。