P&H無張力灌注樁在偏關風電場工程的應用

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風電場工程的應用

鄧 莉 貞

(大唐山西新能源有限公司，山西 太原 030032)

通過分析偏關水泉風電場的地質條件，對工程采用傳統樁基礎或其他復合地基以及P&H無張力灌注樁的技術方案進行了比較，指出P&H無張力灌注樁具有安全性高、降低造價且施工期短的優勢，可在該工程中應用。

P&H無張力灌注樁，風機基礎，安全

1 項目概述

大唐偏關水泉風電場一期工程位于山西省忻州市偏關縣水泉鎮窄寨村附近，地貌屬于低中山區，地形起伏較大，工程場區高程為1 420 m～1 570 m 之間。風電場范圍北起黃家梁，南至五關窯，西起古寺，東至后料高山。本期工程場址距偏關縣約25 km。本風電場區可利用國道G209、縣鄉道路進入，交通便利，可作為風電場施工及交通運輸的主要通道。

偏關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。境內常年多刮SSE風，近40年平均風速為2.1 m/s，主導風向穩定。

場址內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灰巖、石英砂巖、砂礫巖及黃土(粉土)為主。黃土(粉土)分布于整個擬選廠址，厚度從幾米到十幾米不等，濕陷厚度5 m～15 m，為Ⅱ級非自重～自重濕陷性黃土場地。風機基礎大部分以①層黃土(粉土)作為持力層，局部風機基礎以②層石英砂巖、砂礫巖作為持力層。擬選場址區地下水位埋深大于10 m，可不考慮地下水對基礎的影響。根據GB 18306-2001中國地震動參數區劃圖，擬選場址地震動峰值加速度為0.05g，相對應地震烈度為6度，地震動反應譜特征周期為0.45 s。

也就是說，項目安裝24臺2 MW風力發電機機組，根據設計單位提供的基礎設計載荷和地質勘測資料，風機基礎大部分地質條件為濕陷性黃土，這種地質條件風機基礎傳統采用樁基礎或灰土樁等其他復合地基，造價高且施工難度大，工期較長。

通過對美國恩格公司專利技術P&H無張力灌注樁的了解，并與已投運的國電陜西靖邊草山梁49.5 MW風場，使用P&H樁安裝33臺聯合動力1.5 MW風機，其目前安全性高、造價低且施工期縮短。

2 P&H 無張力灌注樁與傳統工藝技術方案對比

2.1 結構及施工方法不同

傳統的重力式擴展風機基礎施工工序主要有基坑開挖、制作混凝土墊層、基礎環安裝、鋼筋綁扎、模板支護、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環，沒有復雜的調平工作，為空心混凝土圓柱體，一般外徑3.5 m～6 m，內徑2.5 m～4 m。基礎中使用波紋鋼筒用來作為模板和支撐，在波紋鋼筒內筒空心部分底部有1 m高混凝土，混凝土上由素土回填。基礎頂部通常為30 cm厚承臺板。基礎深度主要由風機類型、荷載以及地質條件決定，通常埋深在9 m～11 m。和風機塔架連接的錨桿螺栓經過預應力處理。P&H無張力灌注樁基礎施工流程為：場地平整、錨桿鉆孔、吊裝模板上下環、高強螺桿安裝、綁扎鋼筋、承臺澆筑。

2.2 受力不同

重力式擴展基礎依靠基礎本身重力和基礎下臥土的承載力來承擔作用于基礎上部的軸向力和彎矩,水平力由基礎下臥土的摩擦阻力承擔。

P&H無張力灌注樁受力與傳統重力式擴展基礎不同，主要由環形基礎周圍土的水平承載力承載基礎所受的水平荷載和彎矩。

2.3 偏關水泉風機基礎設計方案

偏關水泉風電場有21個風機基礎采用P&H無張力灌注樁基礎，適用于其濕陷性黃土地區地質條件，其余3個基礎采用巖石錨桿基礎，不使用基礎環，適用于整塊巖石的地質條件。P&H無張力灌注樁基礎不使用基礎環進行基礎和風機塔筒連接，而是通過塔筒下法蘭的螺栓孔使用高強螺桿將基礎同塔筒連接，連接用高強螺桿數量為108根；電纜線可以從承臺底部穿越，穿越高強螺桿之間的空隙，在基礎深1.5 m處；風機廠家的下法蘭不需要做任何的更改；基礎主要由混凝土、預應力高強螺桿和兩個CMP(波紋筒)鋼筒構成。

按照地勘報告和風機荷載數據，確定設計參數，主要設計參數如下：

基坑開挖上口直徑8.6 m，下口7 m，深10.5 m。基礎承臺直徑為5.6 m，承臺高度為0.4 m，高強螺桿豎向放置于兩個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10.5 m。內筒直徑為3.2 m，長10.5 m。CMP內外筒均為壁厚3 mm，波深5 cm，波距15 cm，采用拼裝筒。預應力高強螺桿環直徑4 270 mm,模板上環和底環內徑4 100 mm。CMP外筒和基坑之間澆筑C15混凝土。CMP內筒底部澆筑1 m高C40混凝土，回填土至上筒口。高強螺桿長度為10.9 m，直徑為56 mm。每個機位用108根，高強螺桿外用內徑60 mm的PE管保護，安裝好的高強螺桿要進行拉拔試驗。模板下環上部外徑4 600 mm，上部內徑4 000 mm，下部外徑4 580 mm，下部內徑4 080 mm。支撐采用32B工字鋼進行固定。

3 P&H無張力灌注樁的優勢

3.1 安全性高

設計按照美國，歐盟設計標準，IEC 61400-1以及我國規范設計，校核。安全系數均高于規范要求，通過權威機構德國勞氏船級社GL認證。

2009年年底，美國棕櫚泉某風場被洪水沖刷，擴展基礎大部分被沖毀從而導致風機倒塌，而P&H基礎沒有一臺出現問題。

3.2 降低造價

本工程原采用傳統的重力式擴展風機基礎，經優化設計，施工采用P&H無張力灌注樁。實際工程中，偏關水泉風電場風機基礎工程量及材料用量比傳統式風機基礎減少，施工難度降低，進而工程造價降低，P&H無張力灌注樁與傳統的重力式擴展風機基礎工程量對比如表1所示(1臺2 MW風機基礎)。

表1 P&H無張力灌注樁與重力式擴展風機基礎工程量對比表

由此可見，單臺P&H基礎比擴展基礎節省鋼筋53 t，節省混凝土50%，降低挖方量36%，根據工程量清單計價，偏關水泉單臺風機基礎總造價約72.76萬元，比單臺重力式擴展基礎價格節省約40%。而且P&H無張力灌注樁風機基礎還不需要使用基礎環。綜上，偏關水泉風電場應用P&H無張力灌注樁風機基礎單臺造價較傳統基礎有明顯的價格優勢。

3.3 縮短工期

傳統重力式擴展風機基礎有繁瑣的鋼筋綁扎，上下錨板調平難度大，不利于流水作業，相對傳統基礎P&H無張力灌注樁施工裝配遠快于重力式擴展基礎，一般5 d施工一臺，24臺風機基礎3個月之內可以全部施工完成，而傳統重力式擴展風機基礎每臺需要15 d，大大縮短工期。偏關水泉風電場工期計劃如圖1所示。

基礎節約工期在50%左右。

3.4 適用極其惡劣地質條件

偏關縣水泉鎮因其濕陷性黃土的特殊地質條件，采用傳統的重力式擴展風機基礎受限，需在此基礎上進行樁基礎處理，造價還會再次提高。而P&H無張力灌注樁基礎應用廣泛，可以應用于砂土、粉土、膨潤土，垃圾填埋場，極軟土質等極端惡劣地質條件。因基礎直徑較小，材料利于運輸，適合于山頂,山坡等傳統基礎不利于使用地區。

4 結語

通過對偏關水泉風電場工程應用P&H無張力灌注樁新型風機基礎的技術分析、調研，我們認為相對傳統基礎P&H無張力灌注樁風機基礎在設計的安全性、地質的適應性、經濟性、施工操作方面都具有顯著優勢，可以在偏關水泉風電場工程應用。

1)樁基受力特征更適合風機承受特殊風載荷作用的受力特征。

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

3)具有成本優勢。經過對比分析，在施工量和耗材量上有較大成本節約，保守估計較現有的擴展式基礎節約成本30%以上。

4)施工難度和周期大大縮短，施工時用長臂(10 m)挖掘機和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，施工進度很快，3 d～5 d就可以完成一個樁基的建設。較擴展式基礎節省了50%以上的施工周期，這在施工條件惡劣的風電場有現實的意義。

在業主方、設計方、監理方、施工方的共同努力下，工程安全有序推進。P&H樁風機基礎順利澆筑，為風機吊裝后續工作打下了堅實的基礎。該項目的施工，為偏關特殊的地質地貌擴大利用進行了有益的探索，我們會繼續加大對這種樁基礎的關注，研究其受力結構和特征，并可以在其他項目中開發應用。

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[2] GB 5007-2002，建筑地基基礎設計規范[S].

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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

鄧莉貞(1982- )，女，助理工程師

TU473.13

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