烏克蘭水飽和砂性土中長螺旋鉆孔灌注樁施工研究

林志興 （中國電建集團福建工程有限公司，福建 福州 350001）

1 工程概況

Syvash風電項目是在烏克蘭南部開發的一個陸上風電場，風電場總裝機容量250MW，共計63臺風機渦輪發電機組。本項目項目地質剖面上部為第四紀和新近紀沉積的壤土、砂質壤土、砂土和粘土（詳見圖1），分部厚度及深度略有差異，但地質類型大體一致，礦物質類型為鈉鎂硫酸鹽及氯離子，風機承臺地基均采用樁基承載。樁基礎作為提高地基承載力的一種最有效的方式被廣泛采用，樁基礎一般分為灌注樁和預制樁，其中灌注樁占樁基礎施工中的比重約70%，鉆孔灌注樁的施工一般分為干作業和泥漿護壁作業。但是當地環境保護政策及合同環境保護要求影響，本項目禁止采用泥漿護壁[1]，同時在松散砂層、細角礫石層、流砂層、厚淤泥質層以及喀斯特地貌等地質情況下，進行泥漿護壁難以保證孔壁穩定，這種情況項目使用全護筒施工技術進行設計，因此項目設計初一共采用了兩種樁基形式，分別是適用于高水位地區的全護筒鉆孔灌注樁及無高水位地區的錘擊式預支樁，對應的承臺型號分別是FM-2及FM-3。

2 長螺旋鉆孔灌注樁的應用研究

圖1 現場典型地質剖面圖

2.1 原因及目的

除了項目地下水位深的采用預制樁的機位外，在該項目中高地下水位含砂性土地質條件的地質條件下[2]，采用的是全護筒鉆孔灌注樁，該技術是該地質條件下最穩妥安全的施工方案，但前期施工實踐證明其施工效率低，綜合單價偏高，共24根樁基的每個基礎平均每12天才能完成一臺，平均日施工根數2根，遇到雨天等不利天氣，現場泥濘，護筒搭接及拔插困難，樁基鋼筋籠就位也因需要人工輔助在場地條件不佳的情況下而效率急劇降低，使得工期更加嚴峻，鑒于此，項目決定進行長螺旋鉆孔混凝土灌注樁(Continuous flight auger，下文統稱CFA)應用的研究，并配套設計承臺基礎形式FM-4。

2.2 CFA樁介紹

CFA技術全稱為長螺旋鉆孔泵送流態混凝土后置鋼筋籠技術[3]，是由日本的CIP工法演變而來的，它與普通鉆孔樁不同，它采用專用長螺旋鉆孔機鉆至預定深度，通過鉆頭活門向孔內連續泵注流態混凝土，至樁頂為止，然后插入鋼筋籠而形成的樁體，是一種新型的樁基礎施工手段，較普通的先成孔放置鋼筋籠后澆筑混凝土的技術，能更好地控制斷樁、縮徑、塌孔等施工通病，施工質量容易得到保證；除此之外還有穿硬土層能力強、單樁承載力高、施工效率高、操作簡便、低噪音、不擾民、不需要泥漿護壁、不排污、不擠土、施工現場文明、綜合效益高的優點，工程成本與其他樁型相比也比較低廉。

2.3 CFA試樁

圖2 長螺旋鉆孔灌注樁樁機

需要指出的是，在可能采用CFA施工的地基區域，由于水飽和砂土均勻，且均勻系數U=d60/d10≈2,根據特殊巖土工程鉆孔灌注樁施工規范[4]要求，指出1.5

根據當地法律法規要求，制定了試樁程序 [Programme of pile testing by static loading for foundation FM-4 on CFA-piles]，經過設計人員的取芯試驗，確認了樁的均勻性及質量，才可考慮采用CFA進行基礎設計，另外，由于地下水屬于腐蝕性硫酸鹽地質，需要指出的是CFA灌注選用的混凝土選必須采用當地要求的抗硫酸鹽水泥進行配比。

2.4 試樁情況

為了使試驗結果可靠并且具有代表性，根據現場地質條件分布，綜合地質勘查結果情況，選取了兩個代表性區域（24及28號機位）進行工程試樁，每個試驗區5根樁，樁的具體排列以及測試項目，根據合同及當地法規及合同規定，采用了原位樁測試法[5]進行。

試樁單位及設計單位根據以往類似土壤中的經驗提出試樁方案。并結合擬承包樁基施工單位具備的施工能力，提出調整試驗方案的建議。最終確認CFA樁的直徑為820mm，設計長度為11m[6](樁長度為12 m樁端1 m作為樁頭混凝土砍去)，此設計長度的優點是不需要進行鋼筋籠主筋接長，減少因鋼筋連接不穩定造成的結構鋼筋造成的結構承載力風險，設計單位根據計算給出CFA樁的具體配筋[7]，完成這些工作后，試樁承包單位根據試樁程序分別在兩個試樁區域分別完成了5根試驗樁的施工。

在完成足夠的養護期后分別進行了樁基的抗壓試驗、抗拉試驗以及樁的水平荷載試驗，形成了如下測試記錄：

①Log 018/1C of static testing of piles with tensile load(WTG 28);

②Log 018C of static testing of piles with compressive load(WTG 28);

③Log 018/2C of static testing of piles with lateral load(WTG 28);

④Log 020C of static testing of piles with tensile load(WTG 24);

⑤Log 020/2C of static testing of piles with lateral load(WTG 24);

⑥Log 020/1C of static testing of piles with compressive load(WTG 24)。

但需要注意的是，所有的需要進行試驗的樁試驗前應采用低應變法進行樁的完整性試驗，只有確保樁的完整性，才能確保試樁數據的準確可用。根據上述6個試樁結果報告，CFA-pile的設計承載力總結如下表。

另外，在完成所有試驗數據的采集后，需要對CFA施工技術在項目具體的土質條件下發生縮頸的情況進行確認，此步驟非常關鍵，為了不影響CFA承載力試驗結果，此確認步驟放在了所有試驗數據采集之后進行，具體操作為將所有10根試驗樁周邊的土體開挖至砂性土層，將樁體清洗干凈，目測法觀察并沒有任何試驗樁發生任何的縮頸情況，證明該技術在本項目具體地質條件下能夠很好地抑制縮頸情況的發生。

設計承載力總結

2.5 試樁結論

所有的試驗項目數據表明，確認應用該CFA樁施工技術在烏克蘭錫瓦什風電項目具體地址條件下并不會發生縮頸情況，并且其承載力達到該類型樁其設計長度及樁徑應有的承載力，得出該CFA樁基技術在本項目地質情況下可行性的結論，但具體的風機承臺基礎還需要將該樁基具體的試驗結果數據另外進行承臺設計，并最終確認是否可以采用該CFA樁基用于整體的風機基礎設計。抗性要求，為配合比設計提供參考，通過對最終確認形成的“Calculation report on WTG foundations utilising foundation raft on continuous flight auger(CFA)piles”計算書，計算結果顯示，該CFA技術可用于烏克蘭錫瓦什風電項目基礎承臺樁基施工，經過最終的優化配筋后，最終形成施工圖。由于其施工速度快，且單個基礎總造價相較于采用全護筒鉆孔灌注樁的節省5%，最終完成現場CFA樁技術對全護筒灌注樁技術的替換，大大推動了項目進度并節約了施工成本。

3 結論及成果

確認了CFA具體的技術參數后，根據試驗結果的樁基承載力，進行最后的承臺基礎設計，由于承臺設計為常規性計算，這里不做贅述，需要注意的是因為高地下水位，又處在錫瓦什湖邊上的硫酸鹽、氯鹽地質中，不管是樁基設計還是承臺的設計，都需要考慮混凝土抗腐蝕性要求，在最后的設計成果中提出具體