文 | 劉磊

擠擴支盤灌注樁在風電項目中的應用

文 | 劉磊

我國的風力發(fā)電項目大規(guī)模開發(fā)與投產(chǎn)始于2006年初，距今已有8年有余，項目業(yè)主（包括五大發(fā)電集團等）從最初 “追量”到如今“追質(zhì)”，其開發(fā)投資已經(jīng)逐漸趨于理性，在追求項目經(jīng)濟性的同時，也不斷注重技術(shù)創(chuàng)新，本文即介紹一種相對新型的樁基型式，并且在項目應用中，確已產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益。

擠擴支盤灌注樁綜述以及其適用條件

擠擴支盤灌注樁（見圖1）是采用擠擴工藝在鉆孔側(cè)面不同部位形成若干個分支和承力盤的鋼筋混凝土灌注樁。分支是為了提高灌注樁支承力而在樁上設置的柱狀體，其形成過程是：在樁孔中用專用設備向外擠擴一次形成一組對稱的分支腔，再將設備轉(zhuǎn)動90°，向外擠擴形成另外一組對稱的分支腔，兩組分支腔構(gòu)成十字形分支腔。承力盤是為了提高灌注樁的支承力而在樁上設置的盤狀體，其形成過程是：通過支盤機的轉(zhuǎn)動連續(xù)擠擴形成承力盤腔，灌注混凝土后，在樁上形成承力盤。支盤機在土體中擠擴時，機附液壓表顯示有油缸的壓力值，便于復核各分支以及承力盤所在土層的土體物理力學性質(zhì)，對于現(xiàn)場施工，具較強的實際可操作性。

圖1 擠擴支盤灌注樁示意圖

支盤樁適用范圍比較廣泛，但是對于支盤所在的土層有比較嚴格的限制條件，如：

（1）可塑至硬塑的黏性土，黏性土的液性指數(shù)IL范圍為0－0.75，即對黏性土的實際含水量有嚴格的要求，黏性土含水量太大，不宜設置支盤；在黏性土設置支盤，對其塑性指數(shù)Ip也有相關(guān)的要求（黏性土（粉質(zhì)粘土、黏性土）Ip＞10）。經(jīng)過研究表明，黏性土的許多力學性質(zhì)和變形參數(shù)均與其塑性指數(shù)有密切關(guān)系。對于變形參數(shù)（根據(jù)同濟大學地下建筑與工程系研究成果）可知：不同塑性指數(shù)的飽和軟粘土，其壓縮指數(shù)Cc和回填指數(shù)Cs與塑性指數(shù)Ip有較好的線性關(guān)系，且都隨著Ip增大而增大。故塑性指數(shù)過大，對于支盤四周土體受壓后的反彈產(chǎn)生不利的影響，故對于此土層是否適合設置支盤，需試驗論證。

（2）中密至密實的粉土（砂土），其相對密度Dr范圍為0.33－1；其孔隙比e范圍大致為0.6－0.85；對于標貫N，水下設置支盤時宜為15－50，N大于50時，土質(zhì)偏硬，擠擴機對于現(xiàn)有土層的擠擴效果較差。

（3）卵礫石層（全風化巖、強風化軟質(zhì)巖）。理論上可以設置支盤，實際設計與施工中，不推薦使用支盤樁。

（4）對于各種地質(zhì)土層，設置支盤時，土體的壓縮模量不應小于6MPa。

（5）對于設置支盤的土層，土層厚度宜大于2D（以樁干直徑為d0.8m的灌注樁為例，承力盤直徑為D1.6m，故設置支盤的土層厚度不小于3.2m）。

實際案例比較以及擠擴支盤灌注樁計算要點

山東河口風電場位于山東省東營市河口經(jīng)濟開發(fā)區(qū)以北，本次河口五、六期施工圖設計考慮因素如下：

一、地勘資料，以某一鉆孔為例：

（1）填土，頂標高3.60m，底標高2.40m，層厚1.20m，

（2）粉土夾粘性土，頂標高2.40m，底標高－2.00m，層厚4.40m，qsik=15kpa，qpk=0kpa；

（3）1淤泥質(zhì)粘土，頂標高－2.00m，底標高－6.20m，層厚4.20m，qsik=15kpa，qpk=0kpa；

（4）2粉質(zhì)粘土，頂標高－6.20m，底標高－13.50m，層厚7.30m，qsik=35kpa，qpk=250kpa；

（5）1粉砂，頂標高－13.50m，底標高－31.70m，層厚18.20m，qsik=75kpa，qpk=1500kpa；

（6）粉質(zhì)粘土，頂標高－31.70m，底標高－42.55m，層厚10.85m，qsik=65kpa，qpk=1000kpa；

（7）粉砂夾粉土，頂標高－42.55m，底標高－56.70m，層厚14.15m，qsik=70kpa，qpk=1100kpa。

二、支盤樁計算

通過地勘資料可以得出，（5）1粉砂層，層厚，承載力高，適合做支盤持力層，故在（5）1層中設置兩個支盤，單個支盤的D取1.6m，h取0.8m。

計算時，?。?）1粉砂的qpk=1100kpa，對于支盤樁，支盤處的承載力受此處土層的qpk影響較大，而根據(jù)經(jīng)驗，對于同一地區(qū)的不同勘察報告而言，其qsik大致相同，但qpk有時候相差很大，故會造成承載力計算結(jié)果相距甚遠，故此處（5）1粉砂的qpk不采用1500kpa（地勘報告數(shù)據(jù)），實際計算時，應采取地勘資料和表1（參照《浙江省標準擠擴支盤樁混凝土灌注樁技術(shù)規(guī)程》）相結(jié)合的方法，確定某一土層的qpk。

根據(jù)相關(guān)計算方法，支盤樁計算結(jié)果為：在（5）1粉砂設置兩個支盤，樁頂標高為1.60m，樁長為21m，計算出的擠擴支盤灌注樁承載力標準值為2789KN，滿足風電機組樁基礎承載力要求，且樁基礎沉降也滿足要求。

三、灌注樁（后壓漿）計算

采用后壓漿新工藝進行相關(guān)設計與施工時，計算可得，樁頂標高為1.60m，樁長為27m，計算出的擠擴支盤灌注樁承載力標準值為2740KN，滿足風電機組樁基礎承載力要求，且樁基礎沉降也滿足要求。

四、普通灌注樁計算

采用普通灌注樁進行相關(guān)設計與施工時，計算可得，樁頂標高為1.60m，樁長為30m，計算出的擠擴支盤灌注樁承載力標準值為2717KN，滿足風電機組樁基礎承載力要求，且樁基礎沉降也滿足要求。

表1 支盤樁樁端土承載力特征值 qpa參照表

表2 工程經(jīng)濟性比較表

工程投資經(jīng)濟性比較

工程經(jīng)濟性比較如表2。

由表2可知，對于單根樁，支盤樁比普通灌注樁節(jié)省投資近2400元，據(jù)此推算，河口五期、六期總節(jié)約投資254萬左右。以上典型地勘資料，根據(jù)風電機組承載能力的要求，只設置兩個支盤即可滿足要求，若某土層可以設置三個支盤，則節(jié)約投資的效果會更加顯著。

擠擴支盤灌注樁施工注意點

由于詳勘資料對于實際地質(zhì)情況的反應，仍具有局限性，特別在地質(zhì)沖積為主要形成特征的灘涂區(qū)域，各土層深度方向分界線并非完全水平向，施工圖設計時，某幾個支盤的上下標高根據(jù)典型地勘資料已經(jīng)確定，而實際施工時，如完全按照圖紙施工，支盤可能處于非持力土層，故此時要用支盤機械的“首次擠擴壓力參考值”加以控制，如表3。

擠擴支盤樁施工時，如首次擠擴壓力值和典型土層參考值相差較大，此時應立即對支盤位置結(jié)合地質(zhì)分層表加以調(diào)整，以免對樁基承載力產(chǎn)生不利影響。如支盤持力層厚度有限，且下方臨近土層豎向承載力有所降低，則上盤宜盡量靠上布置，上盤的頂標高可與持力層的頂部齊平。如持力層厚度較大，則上盤頂標高宜盡量低于持力層頂部，整個支盤位于持力層中部，有利于支盤承載力的充分發(fā)揮。

表3 常見土層中首次擠擴壓力參考值

結(jié)語

擠擴支盤灌注樁和普通灌注樁相比而言，經(jīng)濟方面和樁基承載力提高方面優(yōu)勢比較明顯，但施工要求相對較高，現(xiàn)階段擠擴支盤灌注樁作為專利技術(shù)，須專利技術(shù)人員加以施工技術(shù)指導，有條件時可參與到具體施工中，以保證最終施工質(zhì)量，從而保證此項技術(shù)更好地服務于具體工程實際中。

(作者單位：上海勘測設計研究院)