鄧 莉 貞

(大唐山西新能源有限公司，山西 太原 030032)

P&H無張力灌注樁在偏關(guān)風(fēng)電場(chǎng)工程的應(yīng)用

鄧 莉 貞

(大唐山西新能源有限公司，山西 太原 030032)

通過分析偏關(guān)水泉風(fēng)電場(chǎng)的地質(zhì)條件，對(duì)工程采用傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)或其他復(fù)合地基以及P&H無張力灌注樁的技術(shù)方案進(jìn)行了比較，指出P&H無張力灌注樁具有安全性高、降低造價(jià)且施工期短的優(yōu)勢(shì)，可在該工程中應(yīng)用。

P&H無張力灌注樁，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，安全

1 項(xiàng)目概述

大唐偏關(guān)水泉風(fēng)電場(chǎng)一期工程位于山西省忻州市偏關(guān)縣水泉鎮(zhèn)窄寨村附近，地貌屬于低中山區(qū)，地形起伏較大，工程場(chǎng)區(qū)高程為1 420 m～1 570 m 之間。風(fēng)電場(chǎng)范圍北起黃家梁，南至五關(guān)窯，西起古寺，東至后料高山。本期工程場(chǎng)址距偏關(guān)縣約25 km。本風(fēng)電場(chǎng)區(qū)可利用國(guó)道G209、縣鄉(xiāng)道路進(jìn)入，交通便利，可作為風(fēng)電場(chǎng)施工及交通運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ馈?/p>

偏關(guān)縣屬北溫帶大陸性氣候。冬季寒冷少雪，春季溫暖干燥，夏季炎熱而雨量集中，秋季涼爽而明快。境內(nèi)常年多刮SSE風(fēng)，近40年平均風(fēng)速為2.1 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向穩(wěn)定。

場(chǎng)址內(nèi)地層由老到新依次為奧陶系、石炭系及第四系地層。地層巖性主要以白云質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖、砂礫巖及黃土(粉土)為主。黃土(粉土)分布于整個(gè)擬選廠址，厚度從幾米到十幾米不等，濕陷厚度5 m～15 m，為Ⅱ級(jí)非自重～自重濕陷性黃土場(chǎng)地。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大部分以①層黃土(粉土)作為持力層，局部風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)以②層石英砂巖、砂礫巖作為持力層。擬選場(chǎng)址區(qū)地下水位埋深大于10 m，可不考慮地下水對(duì)基礎(chǔ)的影響。根據(jù)GB 18306-2001中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，擬選場(chǎng)址地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，相對(duì)應(yīng)地震烈度為6度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。

也就是說，項(xiàng)目安裝24臺(tái)2 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組，根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)載荷和地質(zhì)勘測(cè)資料，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大部分地質(zhì)條件為濕陷性黃土，這種地質(zhì)條件風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傳統(tǒng)采用樁基礎(chǔ)或灰土樁等其他復(fù)合地基，造價(jià)高且施工難度大，工期較長(zhǎng)。

通過對(duì)美國(guó)恩格公司專利技術(shù)P&H無張力灌注樁的了解，并與已投運(yùn)的國(guó)電陜西靖邊草山梁49.5 MW風(fēng)場(chǎng)，使用P&H樁安裝33臺(tái)聯(lián)合動(dòng)力1.5 MW風(fēng)機(jī)，其目前安全性高、造價(jià)低且施工期縮短。

2 P&H 無張力灌注樁與傳統(tǒng)工藝技術(shù)方案對(duì)比

2.1 結(jié)構(gòu)及施工方法不同

傳統(tǒng)的重力式擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工工序主要有基坑開挖、制作混凝土墊層、基礎(chǔ)環(huán)安裝、鋼筋綁扎、模板支護(hù)、混凝土澆筑、土石方回填等工序。

P&H無張力灌注樁不使用昂貴的塔筒基礎(chǔ)環(huán)，沒有復(fù)雜的調(diào)平工作，為空心混凝土圓柱體，一般外徑3.5 m～6 m，內(nèi)徑2.5 m～4 m?；A(chǔ)中使用波紋鋼筒用來作為模板和支撐，在波紋鋼筒內(nèi)筒空心部分底部有1 m高混凝土，混凝土上由素土回填?；A(chǔ)頂部通常為30 cm厚承臺(tái)板?；A(chǔ)深度主要由風(fēng)機(jī)類型、荷載以及地質(zhì)條件決定，通常埋深在9 m～11 m。和風(fēng)機(jī)塔架連接的錨桿螺栓經(jīng)過預(yù)應(yīng)力處理。P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)施工流程為：場(chǎng)地平整、錨桿鉆孔、吊裝模板上下環(huán)、高強(qiáng)螺桿安裝、綁扎鋼筋、承臺(tái)澆筑。

2.2 受力不同

重力式擴(kuò)展基礎(chǔ)依靠基礎(chǔ)本身重力和基礎(chǔ)下臥土的承載力來承擔(dān)作用于基礎(chǔ)上部的軸向力和彎矩,水平力由基礎(chǔ)下臥土的摩擦阻力承擔(dān)。

P&H無張力灌注樁受力與傳統(tǒng)重力式擴(kuò)展基礎(chǔ)不同，主要由環(huán)形基礎(chǔ)周圍土的水平承載力承載基礎(chǔ)所受的水平荷載和彎矩。

2.3 偏關(guān)水泉風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案

偏關(guān)水泉風(fēng)電場(chǎng)有21個(gè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)，適用于其濕陷性黃土地區(qū)地質(zhì)條件，其余3個(gè)基礎(chǔ)采用巖石錨桿基礎(chǔ)，不使用基礎(chǔ)環(huán)，適用于整塊巖石的地質(zhì)條件。P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)不使用基礎(chǔ)環(huán)進(jìn)行基礎(chǔ)和風(fēng)機(jī)塔筒連接，而是通過塔筒下法蘭的螺栓孔使用高強(qiáng)螺桿將基礎(chǔ)同塔筒連接，連接用高強(qiáng)螺桿數(shù)量為108根；電纜線可以從承臺(tái)底部穿越，穿越高強(qiáng)螺桿之間的空隙，在基礎(chǔ)深1.5 m處；風(fēng)機(jī)廠家的下法蘭不需要做任何的更改；基礎(chǔ)主要由混凝土、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺桿和兩個(gè)CMP(波紋筒)鋼筒構(gòu)成。

按照地勘報(bào)告和風(fēng)機(jī)荷載數(shù)據(jù)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

基坑開挖上口直徑8.6 m，下口7 m，深10.5 m?；A(chǔ)承臺(tái)直徑為5.6 m，承臺(tái)高度為0.4 m，高強(qiáng)螺桿豎向放置于兩個(gè)CMP筒之間，兩筒之間1 m，之間澆筑C40混凝土，CMP外筒直徑為5.2 m，長(zhǎng)10.5 m。內(nèi)筒直徑為3.2 m，長(zhǎng)10.5 m。CMP內(nèi)外筒均為壁厚3 mm，波深5 cm，波距15 cm，采用拼裝筒。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺桿環(huán)直徑4 270 mm,模板上環(huán)和底環(huán)內(nèi)徑4 100 mm。CMP外筒和基坑之間澆筑C15混凝土。CMP內(nèi)筒底部澆筑1 m高C40混凝土，回填土至上筒口。高強(qiáng)螺桿長(zhǎng)度為10.9 m，直徑為56 mm。每個(gè)機(jī)位用108根，高強(qiáng)螺桿外用內(nèi)徑60 mm的PE管保護(hù)，安裝好的高強(qiáng)螺桿要進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。模板下環(huán)上部外徑4 600 mm，上部?jī)?nèi)徑4 000 mm，下部外徑4 580 mm，下部?jī)?nèi)徑4 080 mm。支撐采用32B工字鋼進(jìn)行固定。

3 P&H無張力灌注樁的優(yōu)勢(shì)

3.1 安全性高

設(shè)計(jì)按照美國(guó)，歐盟設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，IEC 61400-1以及我國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)，校核。安全系數(shù)均高于規(guī)范要求，通過權(quán)威機(jī)構(gòu)德國(guó)勞氏船級(jí)社GL認(rèn)證。

2009年年底，美國(guó)棕櫚泉某風(fēng)場(chǎng)被洪水沖刷，擴(kuò)展基礎(chǔ)大部分被沖毀從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)倒塌，而P&H基礎(chǔ)沒有一臺(tái)出現(xiàn)問題。

3.2 降低造價(jià)

本工程原采用傳統(tǒng)的重力式擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，施工采用P&H無張力灌注樁。實(shí)際工程中，偏關(guān)水泉風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)工程量及材料用量比傳統(tǒng)式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)減少，施工難度降低，進(jìn)而工程造價(jià)降低，P&H無張力灌注樁與傳統(tǒng)的重力式擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)工程量對(duì)比如表1所示(1臺(tái)2 MW風(fēng)機(jī)基礎(chǔ))。

表1 P&H無張力灌注樁與重力式擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)工程量對(duì)比表

由此可見，單臺(tái)P&H基礎(chǔ)比擴(kuò)展基礎(chǔ)節(jié)省鋼筋53 t，節(jié)省混凝土50%，降低挖方量36%，根據(jù)工程量清單計(jì)價(jià)，偏關(guān)水泉單臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)總造價(jià)約72.76萬元，比單臺(tái)重力式擴(kuò)展基礎(chǔ)價(jià)格節(jié)省約40%。而且P&H無張力灌注樁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)還不需要使用基礎(chǔ)環(huán)。綜上，偏關(guān)水泉風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用P&H無張力灌注樁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)單臺(tái)造價(jià)較傳統(tǒng)基礎(chǔ)有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

3.3 縮短工期

傳統(tǒng)重力式擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)有繁瑣的鋼筋綁扎，上下錨板調(diào)平難度大，不利于流水作業(yè)，相對(duì)傳統(tǒng)基礎(chǔ)P&H無張力灌注樁施工裝配遠(yuǎn)快于重力式擴(kuò)展基礎(chǔ)，一般5 d施工一臺(tái)，24臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)3個(gè)月之內(nèi)可以全部施工完成，而傳統(tǒng)重力式擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)每臺(tái)需要15 d，大大縮短工期。偏關(guān)水泉風(fēng)電場(chǎng)工期計(jì)劃如圖1所示。

基礎(chǔ)節(jié)約工期在50%左右。

3.4 適用極其惡劣地質(zhì)條件

偏關(guān)縣水泉鎮(zhèn)因其濕陷性黃土的特殊地質(zhì)條件，采用傳統(tǒng)的重力式擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)受限，需在此基礎(chǔ)上進(jìn)行樁基礎(chǔ)處理，造價(jià)還會(huì)再次提高。而P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛，可以應(yīng)用于砂土、粉土、膨潤(rùn)土，垃圾填埋場(chǎng)，極軟土質(zhì)等極端惡劣地質(zhì)條件。因基礎(chǔ)直徑較小，材料利于運(yùn)輸，適合于山頂,山坡等傳統(tǒng)基礎(chǔ)不利于使用地區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)偏關(guān)水泉風(fēng)電場(chǎng)工程應(yīng)用P&H無張力灌注樁新型風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的技術(shù)分析、調(diào)研，我們認(rèn)為相對(duì)傳統(tǒng)基礎(chǔ)P&H無張力灌注樁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)的安全性、地質(zhì)的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、施工操作方面都具有顯著優(yōu)勢(shì)，可以在偏關(guān)水泉風(fēng)電場(chǎng)工程應(yīng)用。

1)樁基受力特征更適合風(fēng)機(jī)承受特殊風(fēng)載荷作用的受力特征。

2)受力安全性和抗傾倒能力更強(qiáng)，由于樁基深入地下10 m左右,抗傾覆能力顯著增強(qiáng)，另外由于基礎(chǔ)是一體的桶狀，沒有應(yīng)力集中的梯形臺(tái)集合處，抗疲勞應(yīng)力的能力也大大增強(qiáng)。

3)具有成本優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過對(duì)比分析，在施工量和耗材量上有較大成本節(jié)約，保守估計(jì)較現(xiàn)有的擴(kuò)展式基礎(chǔ)節(jié)約成本30%以上。

4)施工難度和周期大大縮短，施工時(shí)用長(zhǎng)臂(10 m)挖掘機(jī)和65 t的吊車即可完成所有的工作量，由于省去了鋼筋綁扎工藝，施工進(jìn)度很快，3 d～5 d就可以完成一個(gè)樁基的建設(shè)。較擴(kuò)展式基礎(chǔ)節(jié)省了50%以上的施工周期，這在施工條件惡劣的風(fēng)電場(chǎng)有現(xiàn)實(shí)的意義。

在業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方、施工方的共同努力下，工程安全有序推進(jìn)。P&H樁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)順利澆筑，為風(fēng)機(jī)吊裝后續(xù)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目的施工，為偏關(guān)特殊的地質(zhì)地貌擴(kuò)大利用進(jìn)行了有益的探索，我們會(huì)繼續(xù)加大對(duì)這種樁基礎(chǔ)的關(guān)注，研究其受力結(jié)構(gòu)和特征，并可以在其他項(xiàng)目中開發(fā)應(yīng)用。

[1] GB 50135-2006，高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 5007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] FD 003-2007，風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定[S].

[5] GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[7] GB 50021-2001，巖土工程勘測(cè)規(guī)范[S].

[8] JGJ 55-2000，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[9] GB/T 20065-2006，預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋[S].

[10] GB/T 50448-2008，水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[11] GB 50057-2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[12] GY 434-1996，預(yù)應(yīng)力后張法張拉施工工藝標(biāo)準(zhǔn)[S].

TheapplicationofP&HatonicboredpileinPianguanwindfarmproject

DENGLi-zhen

(DatangShanxiEnergyLimitedCompany,Taiyuan030032,China)

Through the analysis on geological conditions of Pianguan wind farms, this paper compared the technical scheme of project adopted pile foundation or other composite foundation and P&H atonic bored pile, drew the P&H atonic bored pile had high safety, lower cost and shorter construction period advantage, could be used in project.

P&H atonic bored pile, wind turbine foundation, safety

1009-6825(2014)33-0054-03

2014-09-16

鄧?yán)蜇?1982- )，女，助理工程師

TU473.13

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