淺析高強預應力混凝土管樁在風電場風機基礎中的應用

李俊峰

(山東電力建設第一工程公司,山東濟南 250131)

淺析高強預應力混凝土管樁在風電場風機基礎中的應用

李俊峰

(山東電力建設第一工程公司,山東濟南 250131)

高強預應力混凝土管樁(PHC樁)具有單樁承載力高、抗彎抗裂性能好、質量穩定可靠、穿透力強、耐久性好、樁身耐錘擊性好、施工方便快捷、低噪聲、運輸吊裝方便、造價便宜等特點。本文結合龍源山東濱州沾化五機部風電場工程,從施工的角度總結PHC預應力管樁在施工方面的體會。

高強預應力管樁 風電場 風機基礎

1 工程概況

龍源山東濱州沾化五機部風電場工程,處于海濱沖積平原地帶,風機基礎采用重力式現澆鋼筋混凝土圓形基礎,基礎下設高強預應力管樁(PHC樁)。基礎直徑為18m,厚0．9-2．1m,埋深3．1m。根據不同的地質條件,風機基礎采用三種不同的布樁形式:形式Ⅰ每個基礎下共布置28根PHC樁,分兩圈布置,外圈25根,內圈3根,樁長35～45m；形式Ⅱ每個基礎下共布置37根PHC樁,分三圈布置,外圈22根,中圈12根,內圈3根,20～25m；形式Ⅲ每個基礎下共布置41根PHC樁,分三圈布置,外圈22根,中圈16根,內圈3根,樁長15～20m；樁外徑為0．6m,樁的型號分為以下幾種:PHC-AB600(130)-15、PHC-A600(130)-15a、PHC-A600(130)-7、PHC-A600(130)-8、PHC-A600(130)-9。

2 工程地質情況

場址區內地形較平坦,地勢較為開闊,海拔高度約1．83～4．91m,場地地貌成因類型為黃河三角洲沖積平原,地貌類型為平地、洼地。場區自上而下分為5個地質層,分別為①粉質粘土,①-1粉土；②粉砂,②-1粉砂、②-2粉質粘土、②-3粉土；③粉質粘土；④粉砂,④-1粘土；⑤細砂,⑤-1粉質粘土。

地下水穩定水位埋深1．00～2．40m,根據當地水文、氣象條件,地下水位主要受季節影響,豐水期(雨季)時最高地下水位可至地表,地下水年變化幅度約2．50m。根據水質腐蝕性分析試驗成果,地下水在干濕交替作用及長期浸水條件下對混凝土結構均具有弱腐蝕性；對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在長期浸水條件下具有微腐蝕性。

該地區地震動峰值加速度為0．05g,相當于地震基本烈度6度區,風電機組地基基礎的抗震設防分類定為丙類,地震動反應譜特征周期均為0．65s。

3 施工機械選型

根據本工程特點采用D80履帶式柴油打樁錘施工,動力使用200KW柴油發電機組,樁架為KLB8T-18C液壓步履式柴油錘樁架。該樁架具有就位快、不需要輔助機械起升樁架等特點。

4 主要施工方法及控制要點

4.1 施工工序

錘擊預制管樁的施打順序為:先內圈、再中圈、再外圈,同一圈樁需間隔至少一根跳打。一般采用分段打入,逐段接長的方法,其程序為:定位放樣→樁機就位及拖放樁→錘擊沉樁→接樁→再錘擊沉樁→送樁→終止錘樁→截樁頭。

4.2 施工要點控制

4.2.1 定位放樣

工程樁打樁前,應放出定位軸線及控制點,控制點位置應盡量遠離打樁區域。在打樁過程中,要經常對控制點進行復核,根據控制點成片測量出樁的中心點并插上毛竹簽,毛竹簽要插牢并與地面平或稍低,在毛竹簽頂部涂上紅油漆。對于成片放出的樣樁位,在打樁過程中,測量人員要對每條軸線進行校核,記錄人員要對每個樁位進行復核,并做好驗收記錄。

4.2.2 預應力管樁的現場全數檢查

檢查管樁的外觀,有無蜂窩、露筋、裂縫；色感均勻、樁頂處無孔隙。對管樁尺寸進行檢查:樁徑(±5mm)、管壁厚度(±5mm)、樁尖中心線(＜2mm)、頂面平整度(＜10mm)、樁體彎曲(＜1/1000L)。檢查管樁強度等級必須達到設計強度的100%,并且要達到齡期。

4.2.3 樁機就位及托送樁

(1)樁位復合無誤后,樁機就位并起吊管樁對中,對中要求誤差≤1cm。成樁設備安裝就位平穩和穩固后,要確保其在施工過程中不發生傾斜、移動,并在樁架上設置用于施工中觀測深度和斜度的裝置。

(2)樁運至樁架以下后,利用樁架上的滑輪組進行提升就位。首先綁好吊索,將樁水平提升一定高度(為樁長的一半加0．3～0．5m),然后提升其中的一組滑輪組使樁尖漸漸下降,從而使樁身旋轉至垂直于地面的位置,此時樁尖離地面約0．3～0．5m。

(3)樁提升到垂直狀態后,即可送人樁架的龍門導桿內,然后把樁準確的安放在樁位上。隨即將樁和導桿相連接,保證沉樁時不發生移動和傾斜。在樁頂墊上厚布墊,安上樁帽,緩緩將樁錘落到樁頂上面,在裝的自重和樁錘作用下,樁向土中沉入一定深度達到穩定位置,這時,再校正一次樁垂直度,然后進行沉樁。

4.2.4 錘擊沉樁

(1)錘擊法沉樁時應選擇適宜的樁帽和襯墊,樁帽內徑宜大于樁徑20～30mm,其深度為300～400mm并應有排氣孔。錘和樁帽之間的錘墊可用豎向硬木,厚度為150～200mm。樁帽與樁頂之間必須嵌入富有彈性、韌性的樁墊,以減少樁頭的破損,樁墊錘擊后的厚度宜為120～150mm。一根樁原則上應一次打入,中途不得人為停錘；確需停錘時,亦應盡量縮短停錘時間。

(2)第一節管樁插入地面時的垂直度偏差不得超過0．5%,樁帽或送樁器應與樁身在同一中心線上。沉樁過程中應經常觀測樁身的垂直度,若樁身垂直度偏差超過1%時,應找出原因并設法糾正；當樁尖進入較硬土層厚,嚴禁用移動樁機強行回扳的方法糾偏。沉樁過程中,出現進尺反常、樁身傾斜、位移、樁身或樁頂破損等異常情況時,應停止沉樁,待查明原因并進行必要的處理后,方可繼續進行施工。

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(3)在沉樁過程中要認真記錄樁入土深度和錘擊數的關系,以判斷樁身質量及承載力。當錘擊數突然上升或下降時,要停機對照地質資料進行分析,判斷是否遇到障礙物或產生斷樁現象等。

(4)沉樁應連續進行,每一根樁應一次連續打(送)到底。如需接樁,可沉至樁頂距地面0．8m-1．0m時用焊接法接樁,接樁應避免樁端停在砂土層上,以免再壓樁時阻力增大,壓入困難。

4.2.5 接樁

樁段頂端距地面1m左右即可接樁,接樁均采用鋼端板焊接法。接樁前,先將下端樁頂清洗干凈,加上定位板,然后把上段樁吊放在下段樁端上,依靠定位板將上下樁段接直,接頭處如有空隙,應采用楔形鐵片全部填實焊牢,拼接處坡口槽電焊應分層、對稱、多人同時進行,盡量在15min內完成。焊接時,應采用措施減小焊接變形。接樁宜在樁尖穿過較硬的土層后進行,接樁時上下樁段的中心線偏差不宜大于3mm。在兩節樁施焊連接后約5min涂刷環氧粉末防腐涂層,涂刷完成后約10min后繼續沉樁。

4.2.6 終止沉樁

(1)第一根樁控制。第一根樁按設計的樁頂高程施打:第一根樁總錘擊數應控制在400～1500擊且最后1m錘擊數應控制在80～200擊之間。若總錘擊數小于400擊或最后1m錘擊數小于80擊時,應繼續施打,直至滿足上述標準；若總錘擊數大于1500擊或最后1m錘擊數大于200擊,可以停止施打并記錄樁頂高程。

(2)確定該臺風機的樁頂高程。若按上述(1)條控制的樁頂高程高于設計高程時,截樁至設計高程,后續樁按原設計高程施工并截樁；若按上述第(1)條控制的樁頂高程低于設計高程時,接樁至設計高程,后續樁按原設計高程施工并接樁。

(3)后續樁控制。后續樁按第(2)條確定的樁頂高程施打。后續樁的總錘擊數根據第一根樁的施工記錄控制。

(4)沉樁時當錘擊數達到設計特征值的2．0～2．2倍時,即可停止沉樁。如果樁頂接近地面,而錘擊數尚未達到規定值,則可以送樁。如果樁頂高出地面一段距離,而錘擊數已達到規定值時則要截樁,以便打樁機移位。沉樁時應按試驗樁報告確定的錘擊數標準,控制好終止條件。

4.2.7 截樁及樁頂連接

(1)預應力管樁不宜截樁,如遇特殊情況確需截樁時,要征得監理工程師批準,可采用混凝土切割器、液壓千斤頂式截樁器等,不得采用人工鑿樁。截樁后,將原設計采用的焊接于樁頂鋼板的鋼筋全部改用插芯鋼筋；截樁后,樁頂與承臺的連接根據施工圖施工。發生斷樁、碎樁時應征得現場監理工程師的同意并予以處理:當樁頂高程高于設計高程時,應將樁頭截至設計高程,樁頂與基礎的連接根據施工圖施工；否則,應將破碎的部分樁段用機械切割截去,用鋼筋砼結構接樁。接樁時,樁頂與承臺的連接應根據施工圖施工。截樁面應完整、無裂縫,否則應繼續向下截樁,直至截樁面完整。

(2)預應力管樁樁頂與承臺應可靠連接,樁頂內應設置托板并放入鋼筋骨架,再在風機基礎承臺施工前至少7d澆筑填芯混凝土。澆灌填芯混凝土前,應先將管樁內壁的浮漿清除干凈。

5 結語

選擇合理的打樁施工順序,先施工中心區域管樁,再施工外圍管樁,對于減小樁的側向位移和減低成樁難度都非常有利。施工時遵循“對稱施工”的原則,確保了基礎內擠壓應力的平衡。另外,“重錘低打”能有效降低錘擊應力。樁錘對樁頭的錘擊速度越快,在樁身上產生的應力波強度也越高,所以為降低錘擊應力并保持較好的貫入度,采用了較重的樁錘(樁錘重8t)和較低的速度施打,效果良好。