軟弱地基風機基礎澆筑錨栓籠不均勻沉降控制

王亮亮

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概況

1.1 工程地質

越南樂和風電項目建設于越南南部朔莊省永州市沿海潮間帶紅樹林區域內，地基常年受海水侵蝕，承載力較差。地基表層為非常柔軟的棕灰色、灰色、黑灰色有機沙質黏土，該土層主要由6.0%的砂、50.6%的淤泥及43.4%的黏土組成，平均含水率約為53.3%，平均自然密度約為1.642g/cm3，塑性指數Ip約為26.7%，層厚在19.5m～21.0m，平均厚度為20.08m，N30SPT擊次在1～3，平均SPT值為1擊次。該地層主要物理參數如表1所示。

表1 地基表層土壤物理參數

1.2 基礎結構設計

考慮項目地質條件較差，風機基礎受力結構設計為摩擦型群樁基礎，風機通過承臺結構將上部荷載傳遞至樁基礎。為提高地基承載力，降低不均勻沉降值，承臺底部設置一層厚30cm的碎石墊層，并澆筑一層厚20cm的C15混凝土墊層，在墊層混凝土中心位置、錨栓籠安裝區域設置一層φ12mm@200mm鋼筋網。錨栓籠支撐、調平系統固定于墊層混凝土上。風機基礎結構簡圖如圖1所示。

圖1 風機基礎結構簡圖

雖然設計人員已考慮項目地質情況，在地基上鋪設碎石層、澆筑墊層混凝土，但是因地基承載力差、結構混凝土澆筑一次性完成，新澆筑液態混凝土的重力短時間內急劇增加，在結構混凝土強度不足以將新澆筑混凝土的重力傳遞給樁基時，地基將受到墊層混凝土、碎石層傳遞過來的壓力而產生沉降，甚至產生不均勻沉降。當不均勻沉降超出允許值時，將導致風機安裝不可進行，承臺基礎必須進行處理，甚至重新施工。

1.3 工程施工

在現場施工時，首先進行群樁基礎施工，項目樁基均采用D600PHC高強度預應力混凝土管樁，采用打入的方式進行施工；在樁基施工完成后，開始進行基坑開挖和樁頭切除工作，開挖時，基坑周邊開挖深50cm排水溝，進行基坑降排水工作，保證工作面無積水；在基坑降水工作滿足施工要求后，開始進行碎石層填筑工作，碎石層必須按設計要求進行壓實，然后進行混凝土墊層施工；墊層混凝土澆筑前，必須將錨栓籠預埋板進行固定，防止傾斜；在墊層混凝土澆筑完成且強度滿足要求后，首先進行風機錨栓籠安裝，然后進行鋼筋、模板及其他預埋件施工工作，最后進行結構混凝土澆筑工作[1]。

2 基礎處理方式及沉降觀測

為控制錨栓籠總體沉降值和不均勻沉降值，該院三個風電項目根據項目具體情況及業主要求，分別采用了不同的地基處理方式。綜合分析三個項目對基礎處理的具體方式，根據承臺中心有無試驗樁、是否進行利用及具體處理方式，風機基礎處理方式分以下四種。1）基礎中心無試驗樁，采用打入木樁的方式對基礎進行加固。2）基礎中心無試驗樁，采用設置連系梁的方式對基礎進行加固。3）基礎中心有試驗樁，按結構樁進行處理。4）基礎中心有試驗樁，利用其支撐上部結構荷載。

2.1 沉降觀測點布置及觀測頻率

在承臺結構混凝土澆筑過程中及澆筑后的一段時間內，均需對承臺基礎進行持續性地沉降觀測。為使沉降觀測數據具有可對比性，沉降觀測點必須固定。為觀測錨栓籠總體沉降量和不均勻沉降量，在錨栓籠上錨板上對稱設置四個沉降觀測點，沉降觀測時，按編號順序依次進行觀測、記錄觀測點標高，計算總體沉降量和不均勻沉降值。沉降觀測點布置如圖2所示。

圖2 沉降觀測點布置圖

在承臺結構混凝土澆筑前，首先進行初測，依次記錄各沉降觀測點初始標高，作為初始值。在結構混凝土開始澆筑后，每小時測量一次，以便在出現問題時及時采取處理措施。

2.2 基礎中心無試驗樁，打木樁進行加固

項目1在風機基礎施工過程中，在業主、監理同意的情況下，未進行基礎中心試驗樁施工。基坑開挖完成后，采用打木樁的方式對基礎進行加固，木樁長度為2.0m，間排距為20cm。木樁施工完成后，鋪設直徑為8cm的塊石（碎石層），厚度30cm，采用挖掘機進行平整壓實，壓實完成后，碎石頂部鋪設一層土工布，以保證墊層混凝土澆筑質量。混凝土墊層以上結構按圖紙進行施工。其沉降觀測值如表2所示。由表中數據可知，采用木樁進行基礎加固時，最大沉降量平均值為-27.2mm，最小沉降量平均值為-20.4mm，不均勻沉降量平均值為6.8mm。

表2 項目1風機基礎施工錨栓籠沉降觀測值

2.3 基礎中心無試驗樁，設置連系梁進行加固

項目2第一臺風機基礎施工時，未進行中心試驗樁施工。為減少施工過程中錨栓籠總沉降量和不均勻沉降量，在基坑開挖完成后，做好基礎降排水工作，然后采用小型機械對土層進行嚴格壓實；壓實完成后，鋪設0mm～31.5mm標準碎石，并進行嚴格壓實；碎石壓實完成后，在結構中心增設連系梁對基礎進行加固。墊層以上結構按圖紙進行施工。連系梁結構簡圖如圖3所示。采取增設連系梁的方式對基礎進行加固時，結構混凝土澆筑過程中，錨栓籠沉降觀記錄如表3所示。由表中數據可知，采用連系梁結構進行基礎加固時，其最大沉降量為-11mm，最大不均勻沉降量為2mm。

圖3 連系梁布置及典型斷面圖（單位：mm）

表3 錨栓籠沉降觀測記錄

2.4 基礎中心有試驗樁，按結構樁進行處理

項目3第一臺風機基礎施工時，嚴格按照圖紙進行施工，基礎中心試驗樁在完成相關試驗檢測后，按結構樁進行處理。在承臺混凝土澆筑時，因地基承載力太差，錨栓籠總沉降量平均值約為50mm，遠遠超出采取地基加固措施情況下的總沉降值。因此，有必要對地基進行加固處理。

2.5 基礎中心有試驗樁，利用其承載上部結構荷載

項目2和項目3在進行后續風機基礎施工時，為減少沉降量，降低施工風險，節約施工成本，均對中心試驗樁和墊層結構進行了調整，利用其支撐上部結構荷載。其主要做法如下：1）在墊層混凝土內增設一層鋼筋網；2）中心試驗樁頂部高程設置在墊層結構中心位置，對上層鋼筋網進行支撐；3）在中心試驗樁和周圍四根結構樁之間增設加強筋。調整后，其結構簡圖如圖4所示。在利用中心試驗樁承載上部結構荷載的情況下，結構混凝土澆筑過程中，錨栓籠沉降觀記錄如表4所示。由表中數據可知，利用中心試樁承載上部結構荷載時，其最大沉降量為-7mm，最大不均勻沉降量為1mm。

圖4 利用中心試驗樁承載上部結構荷載簡圖

表4 錨栓籠沉降觀測記錄

3 基礎處理方式對比分析

根據項目3第一臺風機基礎施工經驗，在不進行基礎加固的情況下，錨栓籠平均沉降量約為50mm，遠遠超出可控范圍，存在較大的施工風險，因此，必須采取適當的措施對基礎進行加固。

當未進行中心試驗樁施工時，可采取打木樁的方式或設置聯系梁的方式對基礎進行加固。將木樁打入地基內，其本質是提高了地基的承載力；設置連系梁，其本質是將荷載通過梁傳遞給樁基，減少地基受力。根據前述分析結果，設置連系梁的方式可有效降低錨栓籠沉降量，效果較好，但施工程序較為復雜，成本較打木樁的方式高。

當風機基礎中心有試驗樁時，應對其加以利用，承載上部結構荷載，以降低施工風險。項目2和項目3后續風機基礎施工時，均采用此種處理方式，取得良好效果。

4 施工建議

地基承載力差是錨栓籠在施工過程中產生沉降的主要原因，同時也與承臺混凝土澆筑過程存在較大的聯系。由表3中“觀測時間”和“沉降觀測平均值”可得出如下沉降曲線（如圖5）。由此曲線可以看出，錨栓籠沉降存在一個“先慢后快再慢”的過程，其原因如下：1）前期混凝土澆筑方量較少、厚度較薄，液態混凝土對基礎產生的作用力較小。2）隨著混凝土澆筑方量增大，液態混凝土對基礎產生的作用力增加，因此沉降加快。3）在澆筑過程中，底部混凝土逐漸初凝，結構混凝土重力逐漸通過已初凝的混凝土傳遞給樁基，錨栓籠沉降速度減慢。4）當底部混凝土強度足以支撐上部結構荷載時，沉降停止。

圖5 錨栓籠沉降曲線

5 結語

根據上述分析，為減少軟弱地基上風機基礎結構混凝土澆筑過程中錨栓籠沉降值，可以從三個方面進行處理：①對地基進行處理，提高地基承載力；②調整墊層混凝土與樁基的連接結構，將上部結構荷載傳遞給樁基；③控制結構混凝土澆筑速度，合理控制混凝土初凝強度。

除以上施工措施外，仍可采用變更結構設計的方式來解決該問題：1）將錨栓籠調平系統固定在結構鋼筋上；基礎結構混凝土分兩次澆筑，待底部混凝土強度滿足要求后，再進行上部結構混凝土澆筑。2）除控制錨栓籠總沉降量外，還應控制錨栓籠不均勻沉降值。在結構混凝土澆筑過程中，嚴格按照“對稱”澆筑的方式，可有效控制錨栓籠不均勻沉降值。在現場施工時，應結合現場實際情況，采取合理的措施，以降低施工風險、節約施工成本。