崔振磊,李建黨,田偉輝

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安　710065)

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振沖碎石樁在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)砂土地基中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

崔振磊,李建黨,田偉輝

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安710065)

摘要：針對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中砂土天然地基承載力不足的問(wèn)題，某風(fēng)電場(chǎng)工程選擇了振沖碎石樁加固地基設(shè)計(jì)方案,采用了振沖碎石樁處理砂土地基，并通過(guò)對(duì)復(fù)合地基原位試驗(yàn)檢測(cè)成果的分析，論證了采用振沖碎石樁能夠有效提高地基承載力。

關(guān)鍵詞：振沖碎石樁;砂土地基;風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)

1工程概況及工程地質(zhì)條件

某風(fēng)電場(chǎng)工程場(chǎng)址位于青海省，地貌類型為荒漠戈壁灘，場(chǎng)址地勢(shì)平緩、開(kāi)闊，高程2 820.00～2 890.00 m。場(chǎng)址區(qū)地層主要由第四系上更新統(tǒng)松散堆積物組成，其中：第①層含礫粉細(xì)砂層結(jié)構(gòu)呈松散～中密狀態(tài)，力學(xué)強(qiáng)度較低，經(jīng)處理后可作為建筑物基礎(chǔ)持力層；第②層角礫層和第③層礫砂層，分布不連續(xù)，呈中密～密實(shí)狀態(tài)，力學(xué)強(qiáng)度較高，是良好的基礎(chǔ)持力層和下臥層；第④層粉細(xì)砂層分布不連續(xù)，結(jié)構(gòu)呈中密狀態(tài)，力學(xué)強(qiáng)度一般，經(jīng)處理后可作為基礎(chǔ)持力層。地基巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議值,見(jiàn)表1。

由于風(fēng)力作用,風(fēng)機(jī)葉片受到較大的水平力，并通過(guò)塔筒傳遞至風(fēng)機(jī)基礎(chǔ),使風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)不僅承受了風(fēng)機(jī)自重，還承受了較大的水平力和傾覆彎矩，因此對(duì)地基承載力的要求較高。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)地基計(jì)算可知，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在極端荷載工況下平均地基壓力為89 kPa，最大地基壓力為189 kPa，由表1可知第①層含礫粉細(xì)砂天然承載力不能滿足地基承載力要求，需要對(duì)粉細(xì)砂層進(jìn)行地基處理。

針對(duì)本風(fēng)場(chǎng)中持力層為粉細(xì)砂的特點(diǎn)，本風(fēng)電場(chǎng)選擇了振沖碎石樁基礎(chǔ)，一方面依靠振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)能夠使砂顆粒重新排列，減小砂土的孔隙率；另一方面施工工程中利用振沖器在砂土中成孔，填入碎石料使砂層擠密，提高地基承載力[1-14]。這種方法施工簡(jiǎn)單方便、施工周期短，加密效果好。

表1　地基巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議值表

2振沖碎石樁加固地基設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[15]中的要求，本工程在基礎(chǔ)外圍布置擴(kuò)大1～2排樁。根據(jù)施工設(shè)備性能，振沖碎石樁直徑選用0.8 m，平面布置間距為2.0 m，呈等邊三角形布置(見(jiàn)圖1)。由于本風(fēng)電場(chǎng)粉細(xì)砂層以下為角礫層，角礫層承載力較高且埋深不大，樁長(zhǎng)按照樁端進(jìn)入角礫層確定，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告本工程取5 m。

圖1　碎石樁等邊三角形布置圖　　單位：mm

圖2　復(fù)合地基在不同荷載下的沉降圖

(1)

(2)

式中:fspk為振沖樁復(fù)合地基承載力特征值，kPa;fpk為樁體承載力特征值，kPa;fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa；m為樁土面積置換率；d為樁平均直徑，本次工程取0.8 m。de為單根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，對(duì)于等邊三角形布樁de=1.05s，其中s為樁間距，本次工程樁間距取2 m。

對(duì)于碎石樁的單樁承載力的計(jì)算方法目前有Hughes和Wither(1974)、Wong H.Y(1975)、Braus(1978)、Broms(1979)、Vesic擴(kuò)張理論等[3]。這里采用計(jì)算較為簡(jiǎn)單Braus法。

(3)

式中:fpk為單樁樁體承載力特征值；K為安全系數(shù)，本次計(jì)算取2；Cu為地基土的快剪強(qiáng)度；

經(jīng)初步計(jì)算,復(fù)合地基承載力特征值fspk=200 kPa，復(fù)合地基滿足風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)對(duì)地基承載力的要求。

3加固效果及評(píng)價(jià)

3.1質(zhì)量檢測(cè)方法

為了判別地基處理工程中振沖碎石樁的處理效果，需要進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，常用的檢測(cè)方法主要有荷載試驗(yàn)和動(dòng)力觸探。通過(guò)試驗(yàn)不僅可以檢測(cè)出碎石樁的密實(shí)度是否滿足要求，而且還能驗(yàn)證加密后的復(fù)合地基是否滿足風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)荷載對(duì)地基的要求。

3.2質(zhì)量檢測(cè)

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[15]對(duì)于復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)數(shù)量的要求，本風(fēng)電場(chǎng)選取了5臺(tái)需要處理的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選取3點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。

本文以11號(hào)風(fēng)機(jī)為例介紹檢測(cè)效果，在加載工程中若達(dá)不到極限荷載，而最大加載壓力已大于設(shè)計(jì)要求壓力值的2倍(即400 kPa)時(shí)，終止試驗(yàn)。在復(fù)合地基靜載荷加載中，每級(jí)荷載沉降量和穩(wěn)定時(shí)間較小，承壓板周邊的土沒(méi)有明顯側(cè)向擠出等現(xiàn)象；根據(jù)樁間土在不同荷載下的沉降曲線(p-s曲線見(jiàn)圖2)綜合分析，曲線呈緩變型，未出現(xiàn)明顯陡降段(拐點(diǎn))，比例界限點(diǎn)不明顯。依據(jù)JGJ79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》附錄B有關(guān)規(guī)定，各試驗(yàn)點(diǎn)按相對(duì)變形值s/d=0.01確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的1/2，則3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)地基承載力特征值均取200 kPa，極差為零，取其平均值為地基承載力特征值，該風(fēng)電場(chǎng)工程11號(hào)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)(振沖碎石樁)復(fù)合地基承載力特征值fak=200 kPa，變形模量E0=15.86 MPa。復(fù)合地基各試驗(yàn)點(diǎn)載荷試驗(yàn)表見(jiàn)表2。

表2　復(fù)合地基各試驗(yàn)點(diǎn)載荷試驗(yàn)表

3.3效果評(píng)價(jià)

從檢測(cè)結(jié)果可以看出，碎石樁較為密實(shí)，當(dāng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)持力層為砂土?xí)r采用振沖碎石樁加固效果明顯，滿足風(fēng)機(jī)荷載對(duì)地基承載力的要求。

3.4經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

根據(jù)本項(xiàng)目的工程特點(diǎn)，對(duì)松散砂土地基采用不同的地基處理方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)比較，若采用換填法則用于基礎(chǔ)處理的投資約26萬(wàn)元，若采用灌注樁法則用于基礎(chǔ)處理的投資約20萬(wàn)元，而采取振沖碎石樁則用于基礎(chǔ)處理只需要7萬(wàn)元，通過(guò)該工程實(shí)例表明在松散砂土地基中采用振沖碎石樁大大節(jié)約了基礎(chǔ)的工程投資，提高了工程的經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)語(yǔ)

綜合以上分析，應(yīng)用振沖碎石樁處理風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)砂土地基既能達(dá)到良好的處理效果，又能減少基礎(chǔ)工程投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，該項(xiàng)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，值得推介。

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Design and Application of Vibro-macadam Pile for WTG Foundation of Sandy Soil Ground

CUI Zhenlei, LI Jiandang, TIAN Weihui

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an710065，China)

Abstract:Concerning the insufficient bearing capacity of the natural sandy soil ground in WTG foundation design, the vibro-macadam pile is applied for the foundation reinforcement in one wind farm project design. The sandy soil ground is treated by the vibro-macadam pile. Based on analysis on inspection of the in-situ test of the compound ground, the vibro-macadam pile effectively improving the ground bearing capacity is demonstrated.

Key words:vibro-macadam pile; sandy soil ground; WTG foundation

中圖分類號(hào)：TV553；TM614

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.015

作者簡(jiǎn)介：崔振磊(1985- ),男,河南省新鄉(xiāng)市人，工程師，主要從事風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究工作.

收稿日期：2015-07-02

文章編號(hào)：1006—2610(2016)01—0057—03