江蘇響水風電場風機基礎預應力高強混凝土管樁施工技術研究

馮致海

(中國水利水電第七工程局有限公司第二分局，四川郫縣 611730)

1 概述

響水風電場位于江蘇省響水縣沿海灘涂地區，共安裝134臺1.5 MW的風力發電機，總裝機容量201 MW。風電場所有風力發電機組均由東方電氣集團東方汽輪機有限公司制造，機型為FD77A，單機容量1.5 MW，轉輪直徑77 m，輪轂高度61.5 m。風電場采用二級升壓方式升高電壓，風力發電機出口電壓(690 V)經箱變升壓至35 kV后接入220 kV升壓站，經升壓站主變升壓后，以一回220 kV線路接入系統。

風機基礎采用重力式現澆鋼筋混凝土圓盤形基礎，直徑為17 m，基礎總高度為2.5 m，圓臺厚度為1～2.2 m，圓墩直徑為 6.4 m，高度為 0.3 m，基礎埋深為2.2 m。

風機基礎采用2種PHC樁基礎類型:Ⅰ型風機基礎設置34根管樁，分三圈布置，其中外圈20根，中圈10根，內圈4根，樁長約22～27 m不等;Ⅱ型風機基礎設置29根管樁，分三圈布置，其中外圈20根，中圈5根，內圈4根，樁長約25～34 m不等。管樁布置直徑:外 圈 為15.8 m、中 圈 為11.6 m、內圈為4 m，沿圓周均勻布置。134臺風機基礎需要110 000 m左右的預應力混凝土管樁。

2 工程地質情況

場區自上而下分為8個地質層，分別為①素填土;②淤泥質粉質粘土、砂質粉土夾粉質粘土夾層;③砂質粉土夾粉質粘土;④－1粉砂、④－2粉細砂;⑤粉質粘土;⑥粘質粉土;⑦粉質粘土、粉細砂夾層;⑧粉細砂。

場區淺層地下水屬孔隙性潛水類型。由水質分析得知，地表水對混凝土結構具結晶類硫酸鹽型中等腐蝕性，對混凝土結構中鋼筋具強腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性，地下水對混凝土結構具結晶類硫酸鹽型中等腐蝕性，對混凝土結構中鋼筋具強腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性，需采取防腐蝕措施，故場區地表水和地下水均不能作為施工拌和和養護用水。

該地區地震動峰值加速度為0.05 g，相當于地震基本烈度6度區，設計地震分組為第二組。場地土屬軟弱場地土，建筑場地類別為Ⅳ類，地震動反應譜特征周期為0.75 s。

3 預應力高強混凝土管樁施工技術要求

3.1 管樁制造及構造要求

預應力高強混凝土管樁外徑為600 mm、壁厚為130 mm，混凝土強度等級為 C80，樁身配筋型式選用:AB型和 A型。上段樁配筋型式為 AB型，下段樁配筋型式為A型。管樁每個管節的長度應按設計需要進行生產。當設計對管節長度沒有特殊規定時，管節長度按下述要求執行:當樁長小于或等于15 m時，應采用1個管節進行制作和運輸，不得接樁;當樁長大于15 m時，每15 m允許接樁1次。管樁采用國標《預應力混凝土管樁》。所有管樁的產品質量均應為一等品或優等品。管樁采用工廠生產，管樁的生產廠家應至少具備混凝土預制構件專業資質二級。

3.2 管樁質量檢驗要求

(1)外觀質量。外觀質量應符合表1規定。

表1 管樁的外觀質量表

(2)尺寸允許偏差。管樁的尺寸應符合表2規定。

表2 管樁尺寸允許偏差表 /mm

(3)力學性能。樁身的力學性能按照《先張法預應力混凝土管樁》GB13476－1999進行試驗，其各項力學性能均需滿足該標準。

3.3 預應力管樁施工技術要求

3.3.1 沉 樁

(1)一般要求。

①沉樁方式:采用錘擊法沉樁。重錘輕擊，并根據不同樁長選擇相應錘重或調整落距。

②沉樁設備:采用適合于該工程的沉樁機械進行沉樁作業，機身配備 D80或以上的柴油式打樁錘，有條件時可配備液壓振動錘。

(2)管樁施打。

錘擊法沉樁時應選擇適宜的樁帽和襯墊，樁帽內徑宜大于樁徑20～30 mm，其深度為300～400 mm并應有排氣孔。錘和樁帽之間的錘墊可用豎向硬木，厚度為150～200 mm。樁帽與樁頂之間須嵌入富有彈性、韌性的樁墊，如足夠厚度的紙墊、木夾板及橡膠制品等，以減少樁頭的破損，樁墊錘擊后的厚度宜為120～150 mm。當襯墊被打硬或燒焦時，應及時更換。一根樁原則上應一次打入，中途不得人為停錘，確需停錘時，亦應盡量縮短停錘時間。

(3)接 樁。

接樁均采用鋼端板焊接法，樁段頂端距地面1 m左右即可接樁。接樁前，先將下段樁頂清洗干凈，加上定位板，然后把上段樁吊放在下段樁端上，依靠定位板將上下樁段接直，接頭處如有空隙，應采用楔形鐵片全部填實焊牢，拼接處坡口槽電焊應分層、對稱、多人同時進行，盡量在15 min內完成。焊接時，應采用措施減小焊接變形。接樁宜在樁尖穿過較硬的土層后進行，接樁時上下段樁的中心線偏差不宜大于3 mm，節點彎曲矢高不得大于樁段的0.1%。

(4)焊接后涂刷防腐涂層。

在施焊后約5 min涂刷環氧粉末防腐涂層，涂刷完成約10 min后繼續沉樁。

(5)打樁順序。

①打樁順序為先內圈、再中圈、再外圈。

②同一圈樁需間隔至少一根跳打。

(6)其 它。

①待現場樁基試驗完成后，樁長根據試驗結果可做適當調整。

②由于擠密原因引起沉樁困難或地面隆起時，可采取預鉆孔(鉆孔直徑不大于550 mm，孔深不超過樁長的1/3)或控制打樁速度、跳打、延長時間間隔等措施。

3.3.2 施工記錄

沉樁過程中，應認真、準確的作好沉樁計錄，計錄內容至少應包括:樁號、沉樁開始時間、沉樁結束時間、中途間歇時間、前一半樁長時的錘擊數、后一半樁長每1 m的錘擊數，最后1 m的錘擊數和貫入度。

3.3.3 樁頂連接

(1)預應力管樁樁頂與承臺應可靠連接，樁頂內應設置托板并放入鋼筋骨架，再在風機基礎承臺施工前至少7 d澆筑填芯混凝土。澆灌填芯混凝土前，應先將管樁內壁的浮漿清除干凈。

(2)預應力管樁不宜截樁，如遇特殊情況確需截樁時，要征得監理工程師批準，可采用混凝土切割器、液壓緊箍式切斷機、液壓千斤頂式截樁器等，不得采用人工鑿樁。截樁后，將原設計采用的焊接于樁頂鋼板的鋼筋全部改用插芯鋼筋;截樁后，樁頂與承臺的連接根據施工圖施工。發生斷樁、碎樁時應征得現場監理工程師的同意并予以處理:當樁頂高程高于設計高程時，應將樁頭截到設計高程，樁頂與基礎的連接根據施工圖施工;否則，應將破碎的部分樁段用機械切割截去，用鋼筋混凝土(C40)結構接樁。接樁時，樁頂與承臺的連接應根據施工圖施工。截樁面應完整、無裂縫，否則應繼續向下截樁，直至截樁面完整。

3.3.4 終止沉樁

終止沉樁的條件以樁長(標高)控制為主，貫入度控制為輔。

(1)第一根樁控制。第一根樁按設計的樁頂高程施打:第一根樁總錘擊數應控制在400～1 500擊且最后1 m錘擊數應控制在80～200擊之間。若總錘擊數小于400擊或最后1 m錘擊數小于80擊時，應繼續施打，直至滿足上述標準;若總錘擊數大于1 500擊或最后1 m錘擊數大于200擊，可以停止施打并記錄樁頂高程。

(2)確定該臺風機的樁頂高程。若按上述(1)條控制的樁頂高程高于設計高程時，截樁至設計高程，后續樁按原設計高程施工并截樁;若按上述第(1)條控制的樁頂高程低于設計高程時，接樁至設計高程，后續樁按原設計高程施工并接樁。

(3)后續樁控制。后續樁按第(2)條確定的樁頂高程施打。后續樁的總錘擊數根據第一根樁的施工記錄控制。

后續樁的總錘擊數應控制在a/2～2 a且最后1 m錘擊數應控制在b/2～2 b，若后續樁總錘擊數小于a/2或最后1 m錘擊數小于b/2時，應繼續施打，直至滿足上述標準，并接樁至按第(2)條確定的樁頂高程;若后續樁總錘擊數大于2 a或最后1 m錘擊數大于2 b時可以停止施打，并截樁至按第(2)條確定的樁頂高程。a為第一根樁總錘擊數;b為第一根樁最后1 m錘擊數。

(4)特殊情況。若按上述第 (1)條、第(3)條控制的樁頂高程高于設計高程+1 m或低于設計高程－1 m時，則暫停該臺基礎樁基施工，通知設計單位并將施工記錄提交給設計單位，由設計單位修改樁長和樁基布置。

(5)當遇到下列情況之一時暫停打樁，并將沉樁記錄報告現場監理，分析原因，采取相應措施予以處置:

①樁頭打碎或樁身出現裂縫。

②樁身嚴重偏移、傾斜。

3.3.5 沉樁允許偏差

預應力混凝土管樁沉樁允許偏差:

(1)水平:＜100 mm。

(2)垂直:+20～ －50 mm。

(3)垂直度偏差:＜0.5%。

4 管樁施工技術研究

響水風電場管樁施工的關鍵技術在于控制管樁的終樁標準。由于工程地質條件的不均勻性，地質詳勘及試樁就顯得格外重要。響水風電場由于受道路平臺限制，道路平臺的施工及管樁設備的選型成為管樁施工成敗的關鍵。筆者就響水風電場管樁施工存在的一些問題及經驗教訓做一簡要說明，供大家交流及參考。

4.1 管樁道路平臺施工存在的問題及解決方法

響水風電場現場管樁施工道路及平臺地貌為典型的臨海灘涂，現場遍地積水，地下水豐富，地下水位極高，現場近似為濕地。管樁施工新建道路及施工平臺先采用干土回填壓實，再依次進行石灰土(灰劑量8%)、石灰土基層(灰劑量12%)、泥灰結碎石面層、砂礫磨耗層的鋪筑與壓實。

路基及施工平臺首先就近取土或采購粘土至施工現場。由于大部分風機平臺及新建道路位于溝渠、魚塘內，干土回填壓實施工困難且受施工場地制約，灰土層土料濕度較大的素填土翻曬時間較長，且夏季雨水天及冬季施工期粘土翻曬耗時較長，不確定因素較多。道路平臺施工進展較慢，影響總進度。

為減小填筑量，加快施工進度，施工平臺面尺寸由60 m×30 m優化為46 m×26 m(長×寬)，管樁施工平臺僅填筑至樁頂設計高程以上30 cm，施工時在粘土翻曬回填至樁頂高程以下40 cm后，采用反鏟將其它平臺(或新修路段)上晾曬快干的粘土挖運至拌和場，先用粘土機械打碎后摻入石灰粉攪拌均勻，再用20 t自卸汽車運至風機平臺(或新建道路)人工配合裝載機攤鋪平整，并采用反鏟來回行走壓實形成灰土墊層，再進行施工泥灰結碎石面層、砂礫磨耗層。

施工路面寬5 m，施工道路采用與施工平臺平行的布置方式，最大縱坡均小于8%，轉彎半徑大于40 m，能夠滿足樁基設備及運樁車輛通行的要求。

4.2 管樁設備選型研究

管樁施工的關鍵是管樁施工設備的選型。由于平臺優化后尺寸減少，對管樁設備要求更高，需要設備占地面積小，穩定性高且移動更方便。為此，進行了軸管式樁機、液壓步履式樁機、履帶式筒錘樁機各項經濟技術指標比選，最終選定液壓步履式樁機作為主要施工機械。其柴油錘為D80－23型，主要技術參數見表3。樁架為KLB8T－18C液壓步履式柴油錘樁架。該樁架具有就位快、不需要輔助機械起升樁架等特點。

表3 柴油錘技術參數表

4.3 管樁施工的關鍵技術

管樁施工的重點在于三個方面:一是樁位確定;二是安全拖送樁;三是控制終樁標準。施工前，確定樁位是施工的基本要求;施工過程中，要保證拖送樁安全是基本的安全保障，控制好終樁標準是保證施工質量的關鍵。

4.3.1 定位放樣

工程樁打樁前，應放出定位軸線及控制點，控制點位置應盡量遠離打樁區域。在打樁過程中，要經常對控制點進行復核，根據控制點，成片測量出樁的中心點并插上毛竹簽，毛竹簽要插牢并與地面平或稍低，在毛竹簽頂部涂上紅油漆。對于成片放出的樣樁位，在打樁過程中，測量人員要對每條軸線進行校核，記錄人員要對每個樁位進行復核。定位軸線及樣樁應會同有關單位進行復核檢查，并做好定位記錄和技術復核記錄。

4.3.2 拖送樁

成樁設備安裝就位平整和穩固后，要確保其在施工過程中不發生傾斜、移動，并在樁架上設置用于施工中觀測深度和斜度的裝置。

樁運至樁架以下后，利用樁架上的滑輪組進行提升就位。首先綁好吊索，將樁水平提升一定高度(為樁長的一半加0.3～0.5 m)，然后提升其中的一組滑輪組使樁尖漸漸下降，從而使樁身旋轉至垂直于地面的位置，此時樁尖離地面約0.3～0.5 m。

樁提升到垂直狀態后，即可送入樁架的龍門導桿內，然后把樁準確地安放在樁位上。隨即將樁和導桿相連接，保證沉樁時不發生移動和傾斜。在樁頂墊上厚布墊，安上樁帽，緩緩將樁錘落到樁頂上面，在樁的自重和樁錘作用下，樁向土中沉入一定深度達到穩定位置，這時，再校正一次樁垂直度，然后進行沉樁。

在拖送樁過程中，樁首先應水平放置在地面上，不允許樁堆碼3層及以上后拖樁，堆碼3層及以上的樁應先放置在地面后再拖樁。

4.3.3 終樁標準

在施工過程中，嚴格按設計技術要求的終樁標準進行控制。

5 施工資源的投入及施工工期

響水風電場管樁施工一個工作面投入1臺打樁機、2臺電焊機、1臺發電機，施工及管理人員10人。單就工作面施工工期而言:打樁機進場安裝(2 d)→管樁施工(4 d，200～300 m/d)→打樁機拆除轉運(2 d)→下一平臺管樁施工。管樁施工單工作面打樁機管樁施工需2+4+2=8(d)時間(不包括氣候及外界因素影響)。

6 結語

預應力高強混凝土管樁主要用于軟弱基礎的加固施工，沿海風電基礎基本采用該型式。通過對江蘇響水風電場的建設，筆者主要有以下經驗教訓可供參考:

(1)施工過程中發生的樁長調整對工期影響較大。樁長一調整，從管樁生產到現場再次施工最快需要5～7 d時間，不僅影響工期，而且樁機人員窩工也很嚴重，經濟損失較大。

(2)截樁比接樁相對容易處理，截樁相應增加成本10～15元/m。接樁最好控制在1 m范圍內;超過1 m時施工較困難。出現斷樁處理最困難，基本上要采用補樁方式進行處理。

(3)對軟弱地基要特別防止樁施工完成后后續開挖施工造成樁身的擠壓破壞。

(4)管樁樁機設備轉場及管樁運輸對道路要求較高，道路平臺的施工質量直接影響管樁的施工進度及施工安全。

(5)管樁施工過程中，拖拉樁要緩慢進行，拖拉樁盡量在平面上進行，以保證施工安全。