風電工程土建施工樁基礎技術分析

張博寧

(華潤新能源投資有限公司寧夏分公司，寧夏 銀川 750000)

風電工程在不同的區域進行施工建設時，所選擇的樁基礎技術類型也有所不同。充分掌握風電工程樁基礎類型，結合工程項目建設實際對樁基礎施工技術進行分析研究，是風電工程項目質量到達預期目標的必要條件。因此，在土建樁基礎施工技術選擇時，需因地制宜選擇更為恰當的技術進行應用。本文首先對幾種常見樁基礎原理進行分析，結合具體的施工環境和項目背景，對獨立樁基礎施工技術在風電工程中的應用進行了詳細闡述，以期為同類工程項目建設提供支持和參考。

1 樁基礎在風電工程的應用背景

風電工程的施工環境相對更為復雜，風機設備對基礎承載能力、抗震性能、穩定性等方面要求又比較高。考慮到樁基礎本身具有穩定性強、承載能力強、抗震性能強的特點，同時可在結構出現變形，或出現一定程度的橫向偏移時，通過樁基礎的約束，可以有效降低此類問題發生的概率。另外，樁基礎通過樁體深入地基，實現下部土層與樁體的有力咬合。不管是摩擦型樁還是端承樁通過科學設計和嚴格的施工過程質量把控，對于整個風機的基礎承臺都能夠起到較好的承載和穩固作用[1]。在具體施工建設時，一方面要對樁基礎沉降以及承載力變化狀態進行重點關注[2]，這就要求從施工開始至驗收投運后，必須定期做好基礎沉降觀測與數據分析。另一方面，需要在施工過程中做好對樁施工質量把控，特別是對樁基礎施工完成后做好樁身完整性檢測和樁承載能力檢測。確保樁基礎施工驗收完成在投運之后，能夠為風機設備安全、可靠、穩定運行發揮基礎性的重要作用。

2 風電工程常見樁基礎類型

2.1 干作業成孔灌注樁

干作業成孔灌注樁是不采用泥漿或套管護壁而直接排土成孔的灌注樁，是在沒有地下水的情況下進行施工作業的方法。目前干作業成孔的灌注樁具體可分為螺旋鉆孔灌注樁、螺旋鉆孔擴孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、機動洛陽鏟挖孔灌注樁，在實踐中廣泛應用于地下水位以上一般粘性土、粉土、黃土以及密實的粘性土、砂土層。其中的鉆孔灌注樁具有適應性強、抗震性好﹑承載力大、工程造價適中、施工操作簡單、施工噪音小等諸多優點,在工程中的應用已極其廣泛。

2.2 長螺旋鉆孔壓灌樁

長螺旋鉆孔壓灌樁是通過長螺旋鉆機鉆孔至設計標高，利用混凝土泵把超流態細石混凝土從鉆頭底壓出，邊壓灌混凝土邊提升鉆頭直至成樁，混凝土灌注至設計標高，并向壓灌混凝土內插入鋼筋籠，從而形成鋼筋混凝土灌注樁。該樁型適用于粘性土、粉土、填土等各種土質，能在有縮徑的軟土、流沙層、沙卵石層、有地下水等復雜低質下成樁。長螺旋鉆機壓灌成樁由于施工設備行走靈活、成樁速度快，因適應性強從而被廣泛應用，同時能有效避免軟土、砂土地區出現成樁縮徑、斷樁的施工質量問題，有效解決了泥漿污染問題，并用于地下水位以下土層的成樁[3]。

2.3 沉管灌注樁

沉管灌注樁是工程樁基礎中的一種。是通過在與樁的設計尺寸相匹配的鋼管的端部套上樁尖，待沉入土中后在套管內吊放鋼筋骨架，然后在澆筑混凝土的同時振動或錘擊拔管， 在拔管過程中充分振動搗實混凝土而形成灌注樁。這種樁主要適用于在有地下水、淤泥、流砂的情況。根據沉管方法和拔管時振動方式不同，沉管灌注樁可分為錘擊沉管灌注樁和振動沉管灌注樁。利用錘擊沉樁設備沉管，拔管成樁的施工方式稱為錘擊沉管灌注樁。利用振動器振動沉管，拔管成樁的施工方式稱為振動沉管灌注樁。前者多適用一般黏性土、砂土、淤泥質土和人工填土地基。后者除以上地質條件外，還可用于稍密及中密度的碎石土地基。

2.4 泥漿護壁成孔灌注樁

泥漿護壁鉆孔灌注樁是通過樁機在泥漿護壁條件下緩慢鉆入， 將鉆渣通過泥漿帶出同時保護孔壁不致坍塌，成孔后再通過澆筑水下混凝土將泥漿置換出來而成的樁。 鉆孔機械成孔時為防止塌孔，通過在孔內用泥漿進行護壁的施工方式不論在地下水位高低的土層中都適用。根據泥漿護壁鉆孔灌注樁按成孔工藝和成孔機械的不同，常分為沖擊成孔灌注樁、沖抓成孔灌注樁、潛水鉆成孔灌注樁和回轉鉆成孔灌注樁。其中回轉鉆成孔灌注樁是國內應用范圍較廣的成樁方式。

3 常見樁基礎技術應用要點分析

3.1 長螺旋鉆孔壓灌樁技術應用要點分析

此種施工技術應用需對土壤類型以及鉆機定位位置進行合理確認，定位撞擊后要做好檢驗工作，鉆孔時需根據樁身混凝土設計強度進行針對性試驗。同時長螺旋施工設備因自重大，在設備進場前應對可能產生沉陷的地表進行專門處理，確保場地有足夠的承重能力。在鉆機鉆至設計深度并清孔后，先將鉆桿提升至一定高度，首批混凝土澆筑時需停頓10s～20s進行加壓，再緩慢提升鉆桿開始作業?；炷翝仓翗俄敃r應超過樁頂設計標高一定距離，以保持在鑿除樁頂的浮漿后，頂部的混凝土強度能符合設計要求。

3.2 靜壓力樁施工技術應用要點分析

樁體的重力和樁架的壓力都會使預制樁同步產生反向的作用力。在相互作用力下，樁體會更加快速進入土壤內部，從而達到穩定樁基礎的效果。在靜壓力環境下的土壤結構、土壤穩定性都會受到一定程度的影響而出現變化，因此，在選擇這種施工技術的時候，需提前制定專項施工方案從而降低該技術帶來的不良影響，確保工程質量能夠達到預期的效果。

3.3 錘擊沉樁施工技術應用要點分析

此種施工技術需要對樁體周圍間隙指標進行嚴格控制，一般不超過10mm，樁插入土體過程中應保持垂直度，垂直度偏差不得大于0.5%。另外需對打樁順序進行合理選擇，作業開始不得從單一方向推進。對于樁距小于3.5倍樁徑的打樁順序應符合下列要求：①當一側毗鄰建筑物時，應從毗鄰建筑物的一側向另一側施打。②對于密集樁群，應從中間向兩側或向四周對稱施打。③嚴格遵守先密后稀、先深后淺、先長后短三原則施工。在開始錘擊時，落距宜小，或通常采用“冷錘”。在沉樁過程中應注意樁身是否發生位移或傾斜，并做好沉樁過程記錄。

3.4 干作業成孔灌注樁技術應用要點分析

在實際沉樁過程中，受力方向與實際受力情況呈現反向關系。在實踐應用中，此種樁體結構容易出現上半段樁體強度無法維持穩定狀態的現象。因此，需要在施工建設中對于常規的孔壁攤落孔位偏移以及樁體強度無法有效保持等多方面問題進行重點關注和解決，下文主要以此種灌注樁施工為例，探討在相應的施工環境中如何做好對施工技術要點的把控，以期為具體工程項目建設提供參考。

4 干作業成孔灌注樁施工要點問題分析

4.1 施工環節要點問題分析

4.1.1 塌孔問題分析

塌孔問題在干作業成孔灌注樁施工技術應用中屬于常見問題，這主要與外部土壤環境緊密相關。對于本文探討的寧夏地區來說，主要以濕陷性黃土為主土壤復雜程度相對較高，土體的穩定性相對比較差。因此，在鉆孔操作的過程中，若鉆孔速度控制不合理或成孔后放置時間過長，鋼筋籠在沉籠過程中碰撞孔壁等現象發生，都會直接導致出現塌孔?？梢娡寥拉h境和土體結構是直接影響風電工程施工的關鍵性因素。一旦出現塌孔，會直接導致鉆孔操作中斷，影響整個施工技術應用和整體工程項目推進進度。

4.1.2 孔位偏移問題分析

孔位偏移主要是指在鉆孔過程中，既定孔位鉆孔點位在鉆孔過程中出現了偏移。具體來說引發孔位偏移問題的原因主要包括以下幾種。①施工現場環境在平整度和密實度方面有所不足，這會直接影響鉆機設備安裝后操作平臺的穩定性，鉆孔過程中的震動也會導致不均勻沉降現象的發生，在這類問題持續出現后，就會進一步引發鉆孔位置偏移。②鉆桿整體結構問題導致偏移。這類問題主要是指鉆桿在施工過程中出現了彎曲或鉆頭與鉆桿之間孔隙過大[4]，都會造成鉆孔作業時出現孔位偏移。③鉆頭翼板域出現磨損導致偏移。這類偏移主要是由于設備本身出現了質量問題或鉆頭受力不均勻，鉆孔位置失穩而造成。

4.1.3 導管堵塞問題分析

導管堵塞主要是由于導管在施工過程中出現變形所致，或在初步選擇導管時，直徑規格選擇不符合要求，導致在澆筑操作時混凝土出現了離析現象。粗骨料會在導管內部出現卡頓現象，樁體澆筑質量會因此受到影響。另外，混凝土在澆筑的過程中，若導管下端距孔底的間距過小，也會導致導管輸送不暢。若導管的預埋深度缺乏有效的數據計算，預埋長度過長，也會導致混凝土無法順暢流動堵塞導管。最后，混凝土配合比若沒有嚴格的過程質量控制及檢測措施，也會影響混凝土拌合物的坍落度指標，竟而成為誘發導管堵塞的又一要因。不僅如此，混凝土澆筑之前必須考慮到溫度及周圍環境因素，確?；炷猎诎韬?、運輸、澆筑過程中必須要有良好的和易性，特別是在炎熱夏季杜絕在施工澆筑過程中出現人為私自給混凝土加水。

4.2 干作業成孔灌注樁技術問題優化措施分析

干作業成孔灌注樁技術對寧夏地區地質環境來說，具有一定的適宜性。在風電工程建設中，干作業成孔灌注樁施工技術的選擇需要結合具體工程項目實際情況，提前做好施工準備與過程控制。結合上文暴露的典型問題，下文提出幾點針對性的優化措施。

4.2.1 塌孔問題優化措施分析

塌孔問題優化措施要點主要包括以下幾方面。①由于土壤環境因素，需要在塌孔隱患高發區域按照技術要求預埋護筒裝置。護筒必須保證垂直狀態，并至少高出地面0.3m。在護筒周邊區域，要選擇含水量適當的粘土原材料進行回填。為確保護筒作用發揮，還需在周邊區域設置排水裝置。②在選擇鉆孔土層時，應盡可能選擇松軟砂層進行鉆孔操作。沖孔速度需結合地質情況，以及結合相關數據指標做好施工過程控制。當進入到砂層、砂礫層土層的鉆孔區域時，若速度控制不合理會導致樁體出現徑向擺動問題，就會導致孔壁塌孔。因此，需要在鉆孔方法上進行合理選擇，適當應用跳鉆方法進行成孔操作并做好孔邊輔助澆筑施工。③成孔過程中，速度控制需保持在2m/h的范圍內，在鋼筋等安裝完成后，馬上進行混凝土澆筑作業，澆筑持續時間也應控制在3h之內。

4.2.2 孔位偏移問題優化措施

為了避免孔位偏移問題出現，施工作業前應當對場地平整度進行測量與修正。在安裝鉆機過程中，轉盤中心與鉆架起吊滑輪要保持在同一軸線范圍內，鉆桿偏差也不應大于20cm。若遇不均勻地層，可能會導致鉆孔出現穩定性不足的現象。因此，需選用鉆桿強度更高、鉆桿和鉆進設備自重更大的設備，用低速開展豎向鉆孔作業。若已經發生斜孔現象，則可采用回填技術避免孔位偏移過大，也可通過人為輔助矯正的方式達到預防孔位偏移的目標。在實踐操作中，需在鉆孔過程反復進行調整和矯正操作，并同步對孔位位置進行監測，避免出現孔位偏移現象。

4.2.3 導管堵塞問題優化措施

導管堵塞問題的優化需在澆筑前就做好預防處理，并且在澆筑過程中采取針對性措施解決堵塞問題。問題處理要點包括以下幾部分。①在前期準確測量孔深與導管長度，確保單獨區域導管長度整齊統一。另外，導管距孔底深度也應準確控制，一般不得超過50cm。②在階段性澆筑操作完成時，需依據混凝土強度等級嚴格控制配合比和加強對混凝土原材料攪拌。盡可能保持坍落度指標和混凝土易和性保持在設計要求范圍內。③整體灌注操作開展前，需針對設備質量及運行過程可靠性進行有效檢驗分析，避免由于設備自身因素導致灌注操作出現堵管問題。

5 結 語

綜合本文分析可知，在風電工程項目建設中，風機設備及地質環境對風電工程項目樁基礎選型會產生直接影響。因此，在項目建設流程推進的過程中，需結合不同地質環境合理選擇樁技術類型進行應用。以本文探討的寧夏地區為例，由于此地區地質環境特征，干作業成孔灌注樁技術在實踐應用中的效果更好，需要工程設計、項目管理人員、施工技術人員等結合常見問題進行系統性分析，并進一步提出優化樁技術施工措施。