風電工程土建施工樁基礎技術分析

摘 要：本文深入分析了風電工程土建施工中樁基礎技術的多種類型及其應用要點，包括干作業成孔灌注樁、長螺旋鉆孔壓灌樁、沉管灌注樁以及泥漿護壁成孔灌注樁等。針對每種技術，文章詳細探討了其原理、優缺點，并對遇到的常見問題如塌孔、孔位偏移和導管堵塞提出了具體的優化措施。通過這些分析，本文為風電工程的樁基礎施工提供系統的技術指導和建議。本文旨在為風電工程土建施工的決策者和工程師提供全面、深入的樁基礎技術參考。

關鍵詞：風電工程；土建施工；樁基礎技術文章編號：2095-4085（2024）06-0043-03

0 引言

風電工程的發展對土建施工提出高標準的要求，其中樁基礎作為支撐整個結構的關鍵部分，其技術的選擇和應用對項目的成功有著決定性的影響。樁基礎技術在不斷發展和完善，適應各種復雜的地質條件和環境要求。從傳統的錘擊沉樁到現代的靜壓力樁技術，各種方法各有特點，適用于不同的工程環境和需求。此外，隨著環境保護意識的提高和施工技術的進步，如何在保證結構安全和穩定的同時，減少對環境的影響，已成為樁基礎施工中不可忽視的重要議題。

1 風電工程常見樁基礎類型

1.1 干作業成孔灌注樁

干作業成孔灌注樁是一種廣泛應用于風電工程的樁基礎類型，特別適用于地質條件復雜和地下水位較低的地區。該技術通過鉆機在地面上鉆孔，然后在無水或干燥條件下進行混凝土灌注，以形成樁基。這種方法的主要優點是成本效率高，能夠在不同的土壤類型中使用，包括砂質、黏土或礫石層。干作業成孔灌注樁在施工過程中對周圍環境的干擾較小，降低對周邊建筑物和結構的潛在風險影響。然而，它的主要缺點在于對施工條件的依賴性較高，如遇到地下水位較高的區域，施工難度會顯著增加。此外，由于成孔和灌注是分開進行的，施工過程中若管理不善會導致孔壁坍塌或混凝土品質受影響［1］。

1.2 長螺旋鉆孔壓灌樁

長螺旋鉆孔壓灌樁技術是風電工程中的另一種常見樁基礎類型，適合于各種地質條件下的應用，尤其在土質松散或含水量高的地區表現出色。該技術通過使用長螺旋鉆頭進行鉆孔，同時在鉆進過程中將混凝土通過螺旋桿壓送至孔底，實現連續灌注。這種方法的主要優點在于施工速度快，能有效控制混凝土的質量，同時由于是在封閉系統下進行灌注，能大大減少混凝土與外界污染物的接觸，提高樁的整體質量。此外，長螺旋鉆孔壓灌樁在施工過程中對環境的影響較小，尤其是噪音和振動控制得更為有效。然而，這種技術的缺點在于設備成本相對較高，且對操作人員的技能要求較高。在土質復雜或巖石層較硬的情況下，鉆頭的磨損和維護成本也會增加。

1.3 沉管灌注樁

沉管灌注樁，也稱為沉井樁，是一種在風電工程中常用的深基礎建設方法，特別適用于地下水位較高或土質較軟的地區。該技術通過將預制的鋼管或混凝土管段垂直沉入地下，達到預定深度后，在管內進行混凝土灌注以形成樁基。沉管灌注樁的主要優點在于其穩定性和承載力強，能夠有效適應復雜的地質環境，如軟土層和含水層。這種技術還允許在施工過程中進行地下障礙物的清除，確保樁基的垂直度和位置精準。此外，由于樁身是在封閉條件下灌注，可以減少混凝土與外界污染物的接觸，從而提高整體結構的質量和耐久性。然而，沉管灌注樁的施工成本相對較高，尤其是在制作和運輸預制管段方面。此外，施工過程中需要應對地下水和土壤壓力的挑戰，增加了技術難度。在選擇沉管灌注樁時，需要考慮到施工環境、成本和技術能力的平衡。

1.4 泥漿護壁成孔灌注樁

泥漿護壁成孔灌注樁是一種在地質條件復雜或需要深基礎的風電工程中廣泛應用的樁基技術。這種方法在鉆孔過程中使用特制的泥漿來維持孔壁穩定，防止坍塌，直到混凝土灌注完成。泥漿的使用可以有效控制孔壁的穩定性，尤其在松散或易坍塌的土層中尤為重要。此外，泥漿護壁技術允許更深的鉆孔，以增加樁的承載能力。由于泥漿在灌注前需要被清除，這一步驟提供了對樁孔質量進行檢查的機會，能確保樁基的質量。然而，泥漿護壁成孔灌注樁的缺點在于施工過程的復雜性和成本。泥漿的制備、循環和處理需要專業設備和技術，增加整體的施工成本，此外，不當的泥漿處理對環境造成污染［2］。

2 常見樁基礎技術應用要點分析

2.1 長螺旋鉆孔壓灌樁技術應用要點分析

長螺旋鉆孔壓灌樁技術是一種先進的樁基施工方法，適用于多種土壤類型，尤其在松散或濕潤土壤中表現優異。在此技術的應用中，首先需要對土壤類型進行精確分析，以確定適合的鉆孔參數和混凝土配比。鉆機的定位精度對整個樁基的穩定性和垂直度有著決定性影響。鉆機定位后，必須進行嚴格的檢驗工作，確保其位置準確無誤。在鉆至設計深度并完成清孔作業后，鉆桿應提升至適當高度以便進行混凝土澆筑。澆筑初期，需暫停10～20s進行加壓，以確保混凝土在樁孔內均勻分布，隨后緩慢提升鉆桿并繼續作業。這一過程中，持續監控混凝土的流動性和壓力是關鍵，以防止混凝土分層或產生空洞。此外，鉆孔的直徑、深度和混凝土的質量也需嚴格控制，以確保樁基的整體性和承載力。

2.2 靜壓力樁施工技術應用要點分析

靜壓力樁施工技術是一種高效且環境友好的樁基建設方法，特別適用于城市或對噪音和振動敏感的區域。這種技術通過靜壓機械將預制樁或現場澆筑樁緩慢壓入地下，而不是使用傳統的打擊或振動方法。關鍵的技術要點包括精確的樁位定位和垂直度控制。由于該技術依賴于樁的自重和額外的壓力來實現穿透，因此選擇合適的樁類型和尺寸至關重要，以匹配特定地點的土壤條件和預期的承載需求。在施工過程中，實時監控樁的壓入速度和深度是必要的，以確保樁基按照設計要求準確安裝。同時，應對周圍土壤的壓縮情況進行評估，防止對鄰近結構造成損害。由于靜壓力樁施工過程中幾乎無噪音和振動，它對周圍環境的影響最小。

2.3 錘擊沉樁施工技術應用要點分析

錘擊沉樁施工技術是一種在各類土建工程中廣泛使用的傳統打樁方法，它通過使用重錘對樁體進行連續擊打，使樁體穿透土層并達到預定深度。在施工中，對樁體周圍間隙的控制至關重要，以保證樁基的穩定性和結構的均勻性。一般情況下，樁周間隙不應超過10mm。同時，樁體的垂直插入至關重要，其偏差必須嚴格控制在0.5％以內。在密集樁群的施工中，尤其是當樁距小于3.5倍樁徑時，打樁順序的合理安排是關鍵。為減少對周圍建筑物或已有樁基的影響，通常遵循“先密后稀、先深后淺、先長后短”的原則進行施工。這種順序可以有效減少由于打樁引起的土壤位移和對周圍結構的潛在損害。此外，錘擊沉樁過程中產生的振動和噪音對周圍環境造成影響，因此在城市或敏感區域施工時需特別注意振動和噪音控制。

2.4 干作業成孔灌注樁技術應用要點分析

干作業成孔灌注樁技術是一種在土建工程中常見的樁基施工方法，尤其適用于地下水位較低的地區。此技術的核心在于先進行干燥條件下的鉆孔，然后在孔內灌注混凝土以形成樁基。在施工過程中，精確的鉆孔定位和孔深控制至關重要，以確保樁基的準確位置和所需承載能力。鉆孔完成后，需仔細清理孔內雜物，保證灌注混凝土的質量。混凝土的澆筑應連續進行，以防止混凝土層間產生斷層。在施工中，對混凝土的流動性、強度和穩定性要求較高，以確保樁體的結構完整性和持久性。考慮到干作業成孔灌注樁的施工特點，此技術尤其適合于土壤松散或易于鉆進的地區。然而，由于其對干燥工作環境的依賴，此技術在地下水位高或土壤濕度大的情況下不適用。此外，由于需要使用專門的鉆孔設備，相對于其他類型的樁基施工方法，干作業成孔灌注樁在設備投入和技術要求上更高［3］。

3 干作業成孔灌注樁施工要點問題及優化措施

3.1 塌孔問題分析及優化措施

在干作業成孔灌注樁施工過程中，塌孔是一種常見的問題，它指的是在鉆孔過程中由于土壤結構不穩定或施工方法不當導致的孔壁坍塌。塌孔問題的出現會嚴重影響樁基的質量和結構安全。其主要原因包括土壤自身的物理性質、水分含量、以及施工過程中的操作技術。在松散或含水量高的土壤中，孔壁更容易發生坍塌。此外，鉆孔速度過快或鉆具選擇不當也會導致塌孔。塌孔不僅會增加施工難度和成本，而且會導致混凝土灌注不均勻，進而影響樁基的整體穩定性和承載力。

針對塌孔問題，采取有效的預防和應對措施是確保干作業成孔灌注樁施工質量的關鍵。首先，使用護筒是一種有效的預防措施。護筒需要保證垂直狀態，并至少高出地面0.3m，以穩固孔壁并防止坍塌。此外，在孔周圍選擇合適含水量的粘土原材料進行回填也有助于增強孔壁穩定性。在鉆孔操作中，選擇適合的地層，如松軟砂層，可以降低塌孔風險。在操作過程中，控制成孔速度是另一個關鍵因素。成孔速度應保持在2m/h的范圍內，這有助于減少因速度過快導致的孔壁壓力不均和坍塌。同時，鉆孔過程中持續監測孔壁狀況，及時調整施工方法和工具，對于預防和減少塌孔也至關重要。

3.2 孔位偏移問題及優化措施

孔位偏移也是干作業成孔灌注樁施工中的一個主要問題，指的是鉆孔位置與設計位置之間的偏差。這種偏差由多種因素引起，如設備定位不準確、操作技術不足、地質條件復雜或施工環境變化。孔位偏移的發生會對整個樁基的質量和結構安全產生負面影響。特別是在密集的建筑環境中，孔位偏移會導致鄰近結構的損害或者施工安全事故。地質條件，如不均勻的土層、巖石層的存在，或者土壤中的障礙物，都會導致鉆頭偏離預定軌跡。此外，鉆機的穩定性和精確性也對孔位的準確性起著決定性作用。孔位偏移不僅會增加施工成本和時間，還會導致樁基承載力不足，影響整個建筑物的穩定性和安全［4］。

為減少孔位偏移問題，采取一系列預防和校正措施是至關重要的。首先，確保鉆機的精確定位是預防孔位偏移的關鍵步驟。使用高精度的定位設備和技術，如GPS或激光導航系統，可以顯著提高鉆孔的定位準確性。其次，施工前進行詳細的地質勘查和分析，了解地下條件，特別是不均勻土層和障礙物的分布，有助于制定更有效的鉆孔策略。在施工過程中，實時監控鉆孔過程和鉆頭位置，對于及時發現和糾正偏移至關重要。此外，加強操作人員的培訓和技術指導，確保他們能夠熟練掌握設備操作和應對復雜地質條件的技巧。針對已發生的孔位偏移，采取有效的校正措施，如使用導向系統或調整鉆孔路徑，也是解決此問題的關鍵。最后，鉆孔完成后，進行詳細的檢查和測量，確保每個樁孔都符合設計要求，對于保障工程質量和安全至關重要。

3.3 導管堵塞問題及優化措施

導管堵塞是干作業成孔灌注樁施工中遇到的一個技術難題，它指的是在混凝土灌注過程中，導管內部發生堵塞，阻礙混凝土的順利流動。這種情況通常發生在混凝土的澆筑和輸送階段，尤其是當混凝土的流動性不足或導管內部有雜質時。導管堵塞不僅會延遲施工進度，還會導致混凝土灌注不均勻，影響樁基的整體質量和結構安全。堵塞的原因包括混凝土的粘度過高、配合比不當、灌注速度過快或過慢、導管內部清潔不足等。此外，施工環境的溫度和濕度變化也會影響混凝土的流動性，增加導管堵塞的風險。

為有效預防和解決導管堵塞問題，需要采取一系列綜合措施。首先，在混凝土配制階段，應確保混凝土具有適當的流動性和穩定性。這包括選擇合適的水泥品種、骨料級配和水泥用量，以及添加適量的減水劑和其他外加劑來改善混凝土的工作性。其次，施工前對導管進行徹底清潔，以去除內部的積垢和雜質，防止混凝土灌注過程中的堵塞。在混凝土灌注過程中，控制合適的灌注速度也至關重要。過快的灌注速度會導致混凝土在導管中迅速固化，而過慢則會導致混凝土分層。因此，需要根據混凝土的特性和環境條件調整灌注速度。此外，在混凝土灌注過程中實時監控壓力和流量，可以及時發現和處理堵塞問題。最后，當發現導管堵塞時，應立即停止灌注，并采取有效的清理措施，如使用高壓水或空氣清洗導管，確保堵塞物被完全清除［5］。

4 結語

總而言之，風電工程的土建施工中，樁基礎技術的選擇和應用對整個項目的成功至關重要。從干作業成孔灌注樁到靜壓力樁，每種技術都有其獨特的優勢和應對的挑戰。有效的施工策略，包括對于具體技術的深入了解和針對性的優化措施，不僅能提高結構的穩定性和安全性，還能確保施工過程的經濟效益。在未來的風電工程發展中，繼續探索和改進這些技術，將對提升工程質量和環境可持續性產生深遠影響。

參考文獻：

［1］張亞飛，田果.建筑工程土建施工中樁基礎技術的應用研究［J］.建材發展導向，2021，19（20）：136-137.

［2］田建輝.樁基礎技術在建筑工程土建施工中的應用研究［J］.中國建筑裝飾裝修，2021（10）：54-55.

［3］郭磊，潘雷雷，樊亮亮.研究樁基礎技術在土建工程施工中的應用［J］.中國建筑金屬結構，2021（9）：114-115.

［4］種生平，柴成平，季海興.建筑工程土建施工中樁基礎技術的應用研究［J］.智能城市，2021，7（14）：147-148.

［5］鄒康.建筑工程土建施工中樁基礎技術的應用探究［J］.智能城市，2021，7（13）：167-168.