康 軍

(吉林省電力勘測設(shè)計院，長春 130000)

風(fēng)電場風(fēng)機基礎(chǔ)具有承受360°方向重復(fù)荷載和大偏心受力的特殊性，對地基和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性要求高．目前，我國大力開發(fā)建設(shè)風(fēng)力發(fā)電這種環(huán)保清潔能源，到2020年底，國家計劃風(fēng)電裝機容量達到3 000×104kW．本文以某工程在內(nèi)蒙古東部地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的特殊性，把風(fēng)電基礎(chǔ)受力的特點與地質(zhì)構(gòu)造相結(jié)合，設(shè)計出技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的地基處理方案，達到了降低工程造價的目的．

1 場地地貌與巖土工程地質(zhì)

風(fēng)電場本期工程裝機規(guī)模為48 MW，設(shè)計安裝24臺2 000 kW的風(fēng)力發(fā)電機組，風(fēng)機輪轂高度為70．5 m，輪直徑93 m，風(fēng)輪掃掠面積6 792 m2，風(fēng)機基礎(chǔ)采用混凝土圓板基礎(chǔ)，板厚，基底埋深3 m．

1．1 場地地貌

風(fēng)電場位于西遼河平原的西部，在大地構(gòu)造上屬于盆地的一部分，主要地貌形態(tài)為風(fēng)積沖積平原，分布于河谷沖積平原的外圍及河間地區(qū)，多為固定、半固定沙丘．沙丘之間為丘間洼地．場地地形較開闊，高低起伏，相對高差不大，最高點海拔標(biāo)高193．00 m，最低點海拔標(biāo)高191．00 m．

1．2 巖土工程地質(zhì)

本工程場地巖土為第四系全新世及晚更新世沖湖積粉質(zhì)粘土、細砂等，揭露的地基土層按物理力學(xué)性質(zhì)的差異可分為4個大層．現(xiàn)將各土層條件及工程地質(zhì)特性描述如下:

(1) 耕土(植生層)． 黃褐色，稍濕，松散，固結(jié)性差，厚度0．40 m～0．90 m，以細砂、粉土為主，含少量植物根系，不宜做基礎(chǔ)持力層;

(2)細砂． 黃褐色，單層厚度0．50 m～5．40 m，稍濕，松散，以石英及長石顆粒為主，粒度不均，局部偏中砂，不宜做基礎(chǔ)持力層;

(3)細砂． 黃褐色、淺黃色，單層厚度0．40 m～11．30 m，稍濕－飽和，稍密－中密，以石英及長石顆粒為主，局部偏中砂，粒度不均，夾③1粉質(zhì)粘土層，地基承載力特征值160 kPa;

(4)粉質(zhì)粘土． 黃褐色、灰褐色，可見厚度1．10 m～4．10 m，可塑狀態(tài)，無搖振反應(yīng)，切面稍有光澤，干強度中，韌性中，土質(zhì)不均，局部偏粉土層，地基承載力特征值115 kPa;

(5)細砂． 灰色，單層厚度25．0 m～30．00 m，飽和、密實，以石英及長石顆粒為主，局部偏粉砂，粒度不均，地基承載力特征值200 kPa．

1．3 地下水

在本次勘探控制深度內(nèi)，勘察場區(qū)地下水類型屬松散巖類孔隙潛水，含水層巖性主要為細砂，地下水水位埋深5．50 m～8．80 m．根據(jù)本地區(qū)長期水位觀測資料，地下水位歷年在八九月份最高，在四五月份最低，年變幅1．50 m左右．根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗和區(qū)域地下水水質(zhì)分析資料可知，地下水化學(xué)類型為HCO3—CaNa型水(重碳酸鈣鈉型水)，水質(zhì)良好，對混凝土無侵蝕性，適宜作為建筑施工用水．

2 巖土工程分析評價

(1)本次巖土工程勘察等級為乙級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，勘察場地內(nèi)地層分布較穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)作用，適宜作為建筑場地使用;

(2)本場地抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計基本地震加速度值為0．10 g，設(shè)計地震分組為第一組，場地類別為三類;

(3)根據(jù)區(qū)域地下水及巖土侵蝕性試驗資料和地區(qū)經(jīng)驗，地下水和巖土均對混凝土無侵蝕性，場地土的標(biāo)準(zhǔn)凍深為1．50 m;

(4)飽和砂土液化評價． 本區(qū)地震設(shè)防烈度7度，場地內(nèi)飽和砂土是第③層(細砂層)和第④層(細砂層)，形成地質(zhì)年代為第四紀(jì)中更新世，根據(jù)規(guī)范(GB 50011—2010)中4．3．3條第一款，可判定為不液化土;

(5)不良地質(zhì)作用與地質(zhì)災(zāi)害評價． 勘察場地位于西遼河沖積平原之上，第四紀(jì)地層厚度較大，地層分布較穩(wěn)定．勘察場地附近未發(fā)現(xiàn)明顯的活動性斷裂痕跡和影響建筑場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用，以及不安全隱患．

3 方案對比

依據(jù)勘察資料，在地面下5．5 m～10．5 m處有較厚軟弱層，承載力低，工程地質(zhì)條件差，采用天然地基不能滿足風(fēng)機基礎(chǔ)要求．在軟弱層下層④細砂為密實，承載力高，地質(zhì)條件好，可采用該層土為持力層的人工處理地基，可滿足風(fēng)機基礎(chǔ)正常運行工況和極端荷載工況等要求．風(fēng)機基礎(chǔ)采用混凝土圓板基礎(chǔ)，埋深3 m．該場地地勢復(fù)雜，地質(zhì)條件差，在滿足使用功能、符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、保證技術(shù)指標(biāo)等前提下，力爭節(jié)約投資．本工程進行了預(yù)制樁、換填法、強夯法、振沖地基法和混凝土灌注樁等幾種地基處理方案比較，總結(jié)出各種方案的優(yōu)缺點，提出最優(yōu)方案．

3．1 預(yù)制樁方案

3．1．1 施工準(zhǔn)備

(1)整平場地，清除樁基范圍內(nèi)的高空、地面、地下障礙物;架空高壓線距打樁架應(yīng)大于10 m;修設(shè)樁機進出、行走道路，做好排水措施;

(2) 按設(shè)計布置進行測量放線，定出樁位軸線和中心，將樁的準(zhǔn)確位置測設(shè)到地面，每一個樁位打一個小木樁;測出每個樁位的實際高度，場地外設(shè)2～3個水準(zhǔn)點，以便隨時檢查備用;

(3)檢查樁的質(zhì)量，根據(jù)平面布置圖將需用的樁堆放在打樁機附近，不合格的樁不能運至打樁現(xiàn)場;

(4)檢查打樁機設(shè)備及起重工具，鋪設(shè)水電管網(wǎng)，進行設(shè)備架立組裝和試打樁，在樁架上設(shè)置標(biāo)尺或在樁的側(cè)面畫上標(biāo)尺，以便能觀測樁的入土深度;

(5)熟悉樁基圖紙，進行會審，做好技術(shù)交底，特別是地址情況、設(shè)計要求、操作規(guī)程和安全措施的交底;

(6)準(zhǔn)備好樁基工程沉樁計錄和隱蔽工程驗收記錄．

3．1．2 打樁程序

(1)根據(jù)地質(zhì)土的情況，樁基平面布置，樁的平面尺寸、密集程度、深度、樁移動方便，以及施工現(xiàn)場實際情況等因素確定;

(2)按設(shè)計要求進行樁定位放線，確定樁位，每個樁中心釘一小樁，并設(shè)置油漆標(biāo)志．

3．1．3 打樁方法

(1)打樁用錘擊法．打樁時應(yīng)用導(dǎo)板夾具，樁位置及垂直度經(jīng)校正后，可將錘連同樁帽壓在樁頂，開始沉樁，樁錘、樁帽與樁身中心線要一致;

(2)開始沉樁應(yīng)起錘輕壓并輕擊數(shù)錘，觀察樁身、樁架、樁錘等垂直一致，才可以轉(zhuǎn)入正常．

3．1．4 接樁形式和方法

混凝土預(yù)制長樁受運輸條件和打樁架的高度限制，一般分成數(shù)節(jié)制作，分節(jié)打入，在現(xiàn)場接樁．常用接頭方式有焊接、法蘭接及硫磺膠泥鉚接．

3．1．5 打樁的質(zhì)量控制

(1)樁端位于一般土層時，以控制樁端設(shè)計標(biāo)高為主，貫入度可作參考;

(2)樁端達到堅硬、硬塑的粘土，中密以上的粉土、砂土、碎石土、風(fēng)化巖時，以貫入度控制為主，樁端標(biāo)高可作參考．

預(yù)制樁的優(yōu)點是施工速度快，場地干凈，施工不受天氣影響;缺點是通過對上部荷載和布樁情況的計算可知，樁的長度大約25 m，地質(zhì)持力層在15．5 m左右的細砂層后狀態(tài)為密實，預(yù)制樁很難進入，不能發(fā)揮預(yù)制樁的作用．

3．2 換填法

砂和砂石地基(墊層)系采用砂或砂石混合物經(jīng)分層夯實作為地基的持力層，提高基礎(chǔ)下部地基強度，并通過墊層的壓力擴散作用，降低地基的壓應(yīng)力，減少變形量;同時變形可起排水作用，地基土中孔隙水可通過墊層快速排除，能加速下部土層的沉降和固結(jié)．

3．2．1 材料要求

(1)砂．用顆粒級配良好、質(zhì)地堅硬的中砂或粗砂;用細砂、粉砂時，應(yīng)摻加粒徑20 mm～50 mm的卵石或碎石，分布均勻;

(2)砂石．用自然級配的砂礫石或卵石、碎石混合物，粒徑應(yīng)在50 mm以下．

3．2．2 施工工藝

(1)鋪設(shè)墊層前應(yīng)驗槽，將基底表面浮土、淤泥、雜物清理干凈，兩側(cè)設(shè)一定坡度，防止振搗時塌方．

(2)分層鋪設(shè)時，接頭應(yīng)做成斜坡或階梯形搭接，每層錯開0．5 m～1．0 m，并充分搗實．

(3)墊層分層鋪設(shè)，分層壓實，基坑內(nèi)預(yù)先安好5 m×5 m網(wǎng)格標(biāo)樁，控制每層砂墊層的鋪設(shè)厚度．碾壓遍數(shù)、振實時間應(yīng)通過試驗確定．接觸下臥軟土層的墊層，應(yīng)根據(jù)施工機械設(shè)備及下臥層土質(zhì)條件的要求應(yīng)有足夠的厚度，墊層的分層鋪填厚度可取200 mm～300 mm．為保證分成壓實質(zhì)量，應(yīng)控制機械碾壓速度及含水率．墊層低面應(yīng)設(shè)在同一標(biāo)高，墊層的搭接處應(yīng)夯壓密實．墊層施工后，應(yīng)及時進行上部的基礎(chǔ)施工．

3．2．3 質(zhì)量控制

(1)施工前應(yīng)檢查砂、石等原材料質(zhì)量及砂、石拌合均勻程度;

(2)施工過程中必須檢查分層厚度、分段施工時搭接部分壓實情況、加水量、壓實遍數(shù)及壓實系數(shù);

(3)施工結(jié)束后，應(yīng)檢查砂及砂石地基的承載力．

換填法施工受天氣影響，工期長，換填厚度約在3 m～10．5 m，換填材料需求大，當(dāng)?shù)夭荒芙鉀Q需到外地購買，工程造價高．

3．3 強夯法

強夯法用起重機械(起重機或起重機配三角架、龍門架)將8 t～30 t夯錘起吊6 m～30 m高度后自由落下，給地基以強大的沖擊能量的夯擊，在土體中產(chǎn)生很大的沖擊波和沖擊應(yīng)力，迫使土層空隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點周圍產(chǎn)生裂隙，形成良好的通道，將空隙的水和氣體逸出，使土料重新排列，經(jīng)時效壓密達到固結(jié)，從而提高地基承載力，降低其壓縮性的一種有效的地基加固方法．

3．3．1 強夯法加固的特點

使用工地常用簡單設(shè)備;施工工藝操作簡單;適用土質(zhì)范圍廣;加固效果顯著，可取得較高的承載力，一般的地基強度可提高2～5倍;變形沉降量小，壓縮性可降低2～10倍，加固影響深度可達6 m～10 m;土粒結(jié)合緊密，有較高的結(jié)構(gòu)強度;工效高，施工速度快，一套設(shè)備每月可加固5 000 m2～10 000 m2地基，較樁基和換填法可縮短工期;節(jié)省加固原材料;施工費用低，節(jié)省投資．同時耗用勞動力少，現(xiàn)場施工文明．

3．3．2 適用范圍

適用加固碎石土、砂土、低飽和度粉土、粘性土、濕陷性黃土、高填土、雜填土，以及圍海造地的地基、工業(yè)廢渣、垃圾地基等的處理;也可用于防止粉土及粉砂的液化，消除或降低大孔土的濕陷性等級．

3．3．3 機械設(shè)備

夯錘，用鋼板做外殼，內(nèi)部焊接鋼筋骨架后澆筑C 30混凝土，或者用鋼板做成組合成的鋼錘，以便于使用和運輸．夯錘底面有圓形和方形兩種，圓形不宜旋轉(zhuǎn)，定位方便，穩(wěn)定性和重合性好，采用較廣;錘底面積按土的性質(zhì)和錘重確定，錘底凈壓力值可取25 kPa～40 kPa;對于粗顆粒土(砂質(zhì)土和碎石土)選用較大值，一般錘底面積 3 m2～4 m2．10 t夯錘底面積用 4．5 m2，15 t夯錘用 6 m2較適宜．垂重一般為 8 t，10 t，12 t，16 t，25 t．夯錘中宜設(shè)1～4個直徑250 mm～300 mm上下貫通的排氣孔，以利空氣迅速排走，減少起錘時，錐底與土面間形成真空產(chǎn)生的強吸附力和夯錘下落時的空氣主力，以保證夯擊的有效性．

3．3．4 起重設(shè)備及脫鉤裝置

由于履帶式起重機重心低，穩(wěn)定性好，行走方便，多使用起重量為15 t，20 t，25 t，30 t，50 t的履帶式起重機．采用履帶式起重機作強夯起重設(shè)備，目前使用較多的是通過動滑輪組用脫鉤裝置來起落夯錘．脫鉤裝置要求有足夠的強度，使用靈活，脫鉤快速、安全．常用的工地自制自動脫鉤器由吊環(huán)、耳板、銷環(huán)等組成，系由鋼板焊接制成．

3．3．5 施工技術(shù)參數(shù)

(1)垂重與落距． 垂重M(t)與落距h(m)是影響夯擊能和加固深度的重要因素，它直接決定每一擊的夯擊能量．垂重一般不小于8 t，落距一般不小于6 m，多采用8 m，10 m，12 m，15 m，18 m，20 m，25 m等幾種;

(2)夯擊點布置及間距． 夯擊點布置應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)的形式和加固要求而定，對大面積一般采用等邊三角形、等腰三角形或正邊形;夯實點的間距取夯錘直徑的3倍，一般第一遍夯實點間距為5 m～9 m，以便夯實能向深部傳遞，以后各便夯實點可與第一遍相同，也可適當(dāng)減小．

強夯施工過程中應(yīng)有專人負責(zé)監(jiān)測工作，開夯前應(yīng)檢查夯錘重和落距，以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計要求，在每遍夯擊前，應(yīng)對夯點放線進行復(fù)核，夯擊后檢查夯坑位置，如有偏差或漏夯應(yīng)及時修正，檢查每個夯點的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量．強夯對土的含水率要求很高，土樣的試驗工作量大，施工受天氣影響很大．

3．4 振沖法

振沖法就是振動水沖法，起重機吊起振沖器，起動潛水電機帶動偏心塊，使振動器產(chǎn)生高頻振動，同時啟動水泵，通過噴嘴噴射高壓水流，在邊振邊沖的共同作用下，將振動器沉到土中的預(yù)定深度，經(jīng)清孔后，從地面向孔內(nèi)逐段填入碎石，使其在振動作用下被擠密，達到要求的密實度后即可提升振動器，如此重復(fù)的填料和振密直至地面，在地基中形成一個大直徑的密實樁體與原地基構(gòu)成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力，減少沉降和不均勻沉降，是一種快速、經(jīng)濟有效的加固方法．

3．4．1 特點及適用范圍

技術(shù)可靠，機械設(shè)備簡單，操作技術(shù)易于掌握，施工簡便，可節(jié)省鋼材、水泥、木材，采用碎石、卵石及砂等作填料;加固速度快，節(jié)約投資;碎石具有良好的透水性，可加固地基固結(jié)，可使地基承載力提高1～1．35倍．振沖法適用于處理砂土地基，加固地基的深度可達18 m，直徑為0．7 m～1．2 m．

(1)處理范圍應(yīng)大于基底面積，基礎(chǔ)外緣擴大1～2排樁．樁位布置采用等邊三角形，間距取1．5 m～2．5 m．樁長根據(jù)地質(zhì)情況按地基的變型容許值確定，初步確定為12 m，樁頂鋪設(shè)300厚碎石墊層，樁徑取1 m;

(2)振沖器電動功率為13 kW～75 kW，操縱振沖器的起吊設(shè)備采用10 t履帶式起重機．水泵要求水壓力為600 Pa，流量30 m3/h，每臺振沖器備用1臺水泵;

(3)控制設(shè)備． 控制電流操作臺、150 A電流表、500 V電壓表及供水管道、加料設(shè)備(吊斗或翻斗車);

(4)填料用碎石、中砂．

3．4．2 施工工藝

(1)施工前應(yīng)先進行振沖試驗，以確定成孔合適的水壓、水量、成孔速度和填料方法，以及達到土體密實時的電流、填料量和流振時間．振沖置換法施工順序為:定位—成孔—清孔—填料—振實．水壓可用400 kPa～600 kPa，水量可用200 L/min～400 L/min，使振沖器徐徐進入土中，直至達到設(shè)計處理深度以上0．3 m;

(2)填料和振料方法． 成孔后，將振沖器提起少許，從孔口往下填料，填料從孔壁間隙下落，邊填邊振，直至該段振實，然后將振沖器提升0．5 m，再從孔口往下填料，逐段施工．

3．4．3 質(zhì)量控制

施工前應(yīng)檢查振沖器的性能;電流表、電壓表的準(zhǔn)確度;填料的性能．施工中應(yīng)檢查密實電流、供水壓力、供水量、填料量、孔低留振時間、振沖點位置和振沖器施工參數(shù)(振沖參數(shù)有振沖試驗確定)．施工結(jié)束后，應(yīng)在有代表性的地段作地基強度(標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探)或地基承載力檢驗．

振沖法適用于處理砂土地基．本工程軟弱層為粉質(zhì)粘土，效果不顯著，而且換填材料需求大，當(dāng)?shù)夭荒芙鉀Q換填材料，需到外地購買．

3．5 混凝土灌注樁

混凝土灌注樁用沖擊式鉆機或卷揚機懸吊沖擊鉆頭上下往復(fù)沖擊，將粉質(zhì)土或砂土巖層破碎成孔，部分碎渣和泥漿擠入空隙中，大部分成為泥渣，用掏渣桶掏出成孔，然后再澆筑混凝土成樁．特點是設(shè)備構(gòu)造簡單，適用范圍廣，操作方便，所成孔壁較堅實、穩(wěn)定，坍孔少，不受施工場地限制，無噪音和振動影響．

3．5．1 機具設(shè)備

主要機具設(shè)備為回轉(zhuǎn)鉆機，多用轉(zhuǎn)盤式，鉆架多用龍門式(高6 m～9 m)，鉆頭常用三翼或四翼式鉆頭、牙輪合金鉆頭．配套機具有鉆桿、卷揚機、泥漿泵(或離心式水泵)、空氣壓縮機(6 m3/h～9 m3/h)、測量儀器及混凝土配制、鋼筋加工系統(tǒng)設(shè)備等．

3．5．2 施工方法

(1)平整場地，鋪好枕木并用水平尺效正，保證鉆機平穩(wěn)、牢固．在樁位置埋設(shè)6～8厚鋼板護筒，內(nèi)徑比孔大100 mm～200 mm，埋深1 m～1．5 m，同時挖好水源坑、排泥槽、泥漿池等;

(2)成孔采用正循環(huán)工藝，鉆進時如土層情況良好，可采取清水鉆進，自然造漿護壁，或者加入紅粘土或膨潤土泥漿護壁，泥漿密度為1．3 t/m3;

(3)鉆進時根據(jù)土層情況加壓，開始用輕壓力、慢轉(zhuǎn)速，逐步轉(zhuǎn)入正常，一般土層按鉆具自重鋼繩加壓，不超過10 kN;基巖中鉆進15 kN～25 kN，對合金鉆頭180 r/min，鋼粒鉆頭100 r/min．在松軟土層中或巖層中的鉆進速度，以鉆機不發(fā)生跳動為主;

(4)樁鉆孔完，用空氣壓縮機清孔，可將30 mm左右石塊排出，直至孔內(nèi)沉渣厚度小于100 mm．清孔后泥漿密度不大于1．2 t/m3;

(5)清孔后測量孔徑，然后用吊車吊放鋼筋籠，進行隱蔽工程驗收，合格后澆筑水下混凝土，混凝土強度為C30．水下混凝土的砂率為40% ～45%，用中粗砂，粗骨料最大粒徑小于40 mm，水泥用量不少于360 kg /m3，塌落度為180 mm ～ 220 mm，配合比通過試驗確定;

(6)澆筑混凝土的導(dǎo)管直徑為200 mm～250 mm，壁厚不小于3 mm，分節(jié)長度為2 m～2．5 m，導(dǎo)管與鋼筋應(yīng)保持100 mm距離，導(dǎo)管使用前應(yīng)試拼裝，以水壓力0．6 MPa～MPa進行試壓;

(7)開始澆筑水下混凝土?xí)r，管底至孔底的距離為300 mm～500 mm，并使導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下0.8 m以上，在以后的澆筑中導(dǎo)管埋深宜為2 m～6 m;

(8)樁頂澆筑高度不能偏低，應(yīng)使在鑿除泛漿層后，樁頂混凝土要達到設(shè)計強度等級．

混凝土灌注樁適用于本工程巖土工程條件和風(fēng)機基礎(chǔ)形式，可以很好地與基礎(chǔ)結(jié)合;施工時噪音小，樁質(zhì)量容易控制;設(shè)備構(gòu)造簡單，操作方便，所成孔壁較堅實、穩(wěn)定，坍孔少;不受施工場地限制，無噪音和振動影響．

4 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)場地的工程地質(zhì)條件和巖土特征，在分析地基土的工程特性基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的具體情況，經(jīng)過多方案比較，混凝土灌注樁機以其具有設(shè)備簡單、操作方便、費用較低，適用于粘性土、砂土和軟質(zhì)巖，符合本工程地質(zhì)條件及基礎(chǔ)形式等工程特點，確定該工程選用混凝土灌注樁．實踐證明，采用混凝土灌注樁不僅保證了工程建設(shè)質(zhì)量，而且取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益．

［1］ 工程地質(zhì)手冊(第四版)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:18－25．

［2］ 建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011－2010)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［3］ 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79－2002)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003．

［4］ 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007－2011)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012．