江苏响水风电场风机基础预应力高强混凝土管桩施工技术研究

冯致海

(中国水利水电第七工程局有限公司第二分局，四川郫县 611730)

1 概述

响水风电场位于江苏省响水县沿海滩涂地区，共安装134台1.5 MW的风力发电机，总装机容量201 MW。风电场所有风力发电机组均由东方电气集团东方汽轮机有限公司制造，机型为FD77A，单机容量1.5 MW，转轮直径77 m，轮毂高度61.5 m。风电场采用二级升压方式升高电压，风力发电机出口电压(690 V)经箱变升压至35 kV后接入220 kV升压站，经升压站主变升压后，以一回220 kV线路接入系统。

风机基础采用重力式现浇钢筋混凝土圆盘形基础，直径为17 m，基础总高度为2.5 m，圆台厚度为1～2.2 m，圆墩直径为 6.4 m，高度为 0.3 m，基础埋深为2.2 m。

风机基础采用2种PHC桩基础类型:Ⅰ型风机基础设置34根管桩，分三圈布置，其中外圈20根，中圈10根，内圈4根，桩长约22～27 m不等;Ⅱ型风机基础设置29根管桩，分三圈布置，其中外圈20根，中圈5根，内圈4根，桩长约25～34 m不等。管桩布置直径:外 圈 为15.8 m、中 圈 为11.6 m、内圈为4 m，沿圆周均匀布置。134台风机基础需要110 000 m左右的预应力混凝土管桩。

2 工程地质情况

场区自上而下分为8个地质层，分别为①素填土;②淤泥质粉质粘土、砂质粉土夹粉质粘土夹层;③砂质粉土夹粉质粘土;④－1粉砂、④－2粉细砂;⑤粉质粘土;⑥粘质粉土;⑦粉质粘土、粉细砂夹层;⑧粉细砂。

场区浅层地下水属孔隙性潜水类型。由水质分析得知，地表水对混凝土结构具结晶类硫酸盐型中等腐蚀性，对混凝土结构中钢筋具强腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性，地下水对混凝土结构具结晶类硫酸盐型中等腐蚀性，对混凝土结构中钢筋具强腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性，需采取防腐蚀措施，故场区地表水和地下水均不能作为施工拌和和养护用水。

该地区地震动峰值加速度为0.05 g，相当于地震基本烈度6度区，设计地震分组为第二组。场地土属软弱场地土，建筑场地类别为Ⅳ类，地震动反应谱特征周期为0.75 s。

3 预应力高强混凝土管桩施工技术要求

3.1 管桩制造及构造要求

预应力高强混凝土管桩外径为600 mm、壁厚为130 mm，混凝土强度等级为 C80，桩身配筋型式选用:AB型和 A型。上段桩配筋型式为 AB型，下段桩配筋型式为A型。管桩每个管节的长度应按设计需要进行生产。当设计对管节长度没有特殊规定时，管节长度按下述要求执行:当桩长小于或等于15 m时，应采用1个管节进行制作和运输，不得接桩;当桩长大于15 m时，每15 m允许接桩1次。管桩采用国标《预应力混凝土管桩》。所有管桩的产品质量均应为一等品或优等品。管桩采用工厂生产，管桩的生产厂家应至少具备混凝土预制构件专业资质二级。

3.2 管桩质量检验要求

(1)外观质量。外观质量应符合表1规定。

表1 管桩的外观质量表

(2)尺寸允许偏差。管桩的尺寸应符合表2规定。

表2 管桩尺寸允许偏差表 /mm

(3)力学性能。桩身的力学性能按照《先张法预应力混凝土管桩》GB13476－1999进行试验，其各项力学性能均需满足该标准。

3.3 预应力管桩施工技术要求

3.3.1 沉 桩

(1)一般要求。

①沉桩方式:采用锤击法沉桩。重锤轻击，并根据不同桩长选择相应锤重或调整落距。

②沉桩设备:采用适合于该工程的沉桩机械进行沉桩作业，机身配备 D80或以上的柴油式打桩锤，有条件时可配备液压振动锤。

(2)管桩施打。

锤击法沉桩时应选择适宜的桩帽和衬垫，桩帽内径宜大于桩径20～30 mm，其深度为300～400 mm并应有排气孔。锤和桩帽之间的锤垫可用竖向硬木，厚度为150～200 mm。桩帽与桩顶之间须嵌入富有弹性、韧性的桩垫，如足够厚度的纸垫、木夹板及橡胶制品等，以减少桩头的破损，桩垫锤击后的厚度宜为120～150 mm。当衬垫被打硬或烧焦时，应及时更换。一根桩原则上应一次打入，中途不得人为停锤，确需停锤时，亦应尽量缩短停锤时间。

(3)接 桩。

接桩均采用钢端板焊接法，桩段顶端距地面1 m左右即可接桩。接桩前，先将下段桩顶清洗干净，加上定位板，然后把上段桩吊放在下段桩端上，依靠定位板将上下桩段接直，接头处如有空隙，应采用楔形铁片全部填实焊牢，拼接处坡口槽电焊应分层、对称、多人同时进行，尽量在15 min内完成。焊接时，应采用措施减小焊接变形。接桩宜在桩尖穿过较硬的土层后进行，接桩时上下段桩的中心线偏差不宜大于3 mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。

(4)焊接后涂刷防腐涂层。

在施焊后约5 min涂刷环氧粉末防腐涂层，涂刷完成约10 min后继续沉桩。

(5)打桩顺序。

①打桩顺序为先内圈、再中圈、再外圈。

②同一圈桩需间隔至少一根跳打。

(6)其 它。

①待现场桩基试验完成后，桩长根据试验结果可做适当调整。

②由于挤密原因引起沉桩困难或地面隆起时，可采取预钻孔(钻孔直径不大于550 mm，孔深不超过桩长的1/3)或控制打桩速度、跳打、延长时间间隔等措施。

3.3.2 施工记录

沉桩过程中，应认真、准确的作好沉桩计录，计录内容至少应包括:桩号、沉桩开始时间、沉桩结束时间、中途间歇时间、前一半桩长时的锤击数、后一半桩长每1 m的锤击数，最后1 m的锤击数和贯入度。

3.3.3 桩顶连接

(1)预应力管桩桩顶与承台应可靠连接，桩顶内应设置托板并放入钢筋骨架，再在风机基础承台施工前至少7 d浇筑填芯混凝土。浇灌填芯混凝土前，应先将管桩内壁的浮浆清除干净。

(2)预应力管桩不宜截桩，如遇特殊情况确需截桩时，要征得监理工程师批准，可采用混凝土切割器、液压紧箍式切断机、液压千斤顶式截桩器等，不得采用人工凿桩。截桩后，将原设计采用的焊接于桩顶钢板的钢筋全部改用插芯钢筋;截桩后，桩顶与承台的连接根据施工图施工。发生断桩、碎桩时应征得现场监理工程师的同意并予以处理:当桩顶高程高于设计高程时，应将桩头截到设计高程，桩顶与基础的连接根据施工图施工;否则，应将破碎的部分桩段用机械切割截去，用钢筋混凝土(C40)结构接桩。接桩时，桩顶与承台的连接应根据施工图施工。截桩面应完整、无裂缝，否则应继续向下截桩，直至截桩面完整。

3.3.4 终止沉桩

终止沉桩的条件以桩长(标高)控制为主，贯入度控制为辅。

(1)第一根桩控制。第一根桩按设计的桩顶高程施打:第一根桩总锤击数应控制在400～1 500击且最后1 m锤击数应控制在80～200击之间。若总锤击数小于400击或最后1 m锤击数小于80击时，应继续施打，直至满足上述标准;若总锤击数大于1 500击或最后1 m锤击数大于200击，可以停止施打并记录桩顶高程。

(2)确定该台风机的桩顶高程。若按上述(1)条控制的桩顶高程高于设计高程时，截桩至设计高程，后续桩按原设计高程施工并截桩;若按上述第(1)条控制的桩顶高程低于设计高程时，接桩至设计高程，后续桩按原设计高程施工并接桩。

(3)后续桩控制。后续桩按第(2)条确定的桩顶高程施打。后续桩的总锤击数根据第一根桩的施工记录控制。

后续桩的总锤击数应控制在a/2～2 a且最后1 m锤击数应控制在b/2～2 b，若后续桩总锤击数小于a/2或最后1 m锤击数小于b/2时，应继续施打，直至满足上述标准，并接桩至按第(2)条确定的桩顶高程;若后续桩总锤击数大于2 a或最后1 m锤击数大于2 b时可以停止施打，并截桩至按第(2)条确定的桩顶高程。a为第一根桩总锤击数;b为第一根桩最后1 m锤击数。

(4)特殊情况。若按上述第 (1)条、第(3)条控制的桩顶高程高于设计高程+1 m或低于设计高程－1 m时，则暂停该台基础桩基施工，通知设计单位并将施工记录提交给设计单位，由设计单位修改桩长和桩基布置。

(5)当遇到下列情况之一时暂停打桩，并将沉桩记录报告现场监理，分析原因，采取相应措施予以处置:

①桩头打碎或桩身出现裂缝。

②桩身严重偏移、倾斜。

3.3.5 沉桩允许偏差

预应力混凝土管桩沉桩允许偏差:

(1)水平:＜100 mm。

(2)垂直:+20～ －50 mm。

(3)垂直度偏差:＜0.5%。

4 管桩施工技术研究

响水风电场管桩施工的关键技术在于控制管桩的终桩标准。由于工程地质条件的不均匀性，地质详勘及试桩就显得格外重要。响水风电场由于受道路平台限制，道路平台的施工及管桩设备的选型成为管桩施工成败的关键。笔者就响水风电场管桩施工存在的一些问题及经验教训做一简要说明，供大家交流及参考。

4.1 管桩道路平台施工存在的问题及解决方法

响水风电场现场管桩施工道路及平台地貌为典型的临海滩涂，现场遍地积水，地下水丰富，地下水位极高，现场近似为湿地。管桩施工新建道路及施工平台先采用干土回填压实，再依次进行石灰土(灰剂量8%)、石灰土基层(灰剂量12%)、泥灰结碎石面层、砂砾磨耗层的铺筑与压实。

路基及施工平台首先就近取土或采购粘土至施工现场。由于大部分风机平台及新建道路位于沟渠、鱼塘内，干土回填压实施工困难且受施工场地制约，灰土层土料湿度较大的素填土翻晒时间较长，且夏季雨水天及冬季施工期粘土翻晒耗时较长，不确定因素较多。道路平台施工进展较慢，影响总进度。

为减小填筑量，加快施工进度，施工平台面尺寸由60 m×30 m优化为46 m×26 m(长×宽)，管桩施工平台仅填筑至桩顶设计高程以上30 cm，施工时在粘土翻晒回填至桩顶高程以下40 cm后，采用反铲将其它平台(或新修路段)上晾晒快干的粘土挖运至拌和场，先用粘土机械打碎后掺入石灰粉搅拌均匀，再用20 t自卸汽车运至风机平台(或新建道路)人工配合装载机摊铺平整，并采用反铲来回行走压实形成灰土垫层，再进行施工泥灰结碎石面层、砂砾磨耗层。

施工路面宽5 m，施工道路采用与施工平台平行的布置方式，最大纵坡均小于8%，转弯半径大于40 m，能够满足桩基设备及运桩车辆通行的要求。

4.2 管桩设备选型研究

管桩施工的关键是管桩施工设备的选型。由于平台优化后尺寸减少，对管桩设备要求更高，需要设备占地面积小，稳定性高且移动更方便。为此，进行了轴管式桩机、液压步履式桩机、履带式筒锤桩机各项经济技术指标比选，最终选定液压步履式桩机作为主要施工机械。其柴油锤为D80－23型，主要技术参数见表3。桩架为KLB8T－18C液压步履式柴油锤桩架。该桩架具有就位快、不需要辅助机械起升桩架等特点。

表3 柴油锤技术参数表

4.3 管桩施工的关键技术

管桩施工的重点在于三个方面:一是桩位确定;二是安全拖送桩;三是控制终桩标准。施工前，确定桩位是施工的基本要求;施工过程中，要保证拖送桩安全是基本的安全保障，控制好终桩标准是保证施工质量的关键。

4.3.1 定位放样

工程桩打桩前，应放出定位轴线及控制点，控制点位置应尽量远离打桩区域。在打桩过程中，要经常对控制点进行复核，根据控制点，成片测量出桩的中心点并插上毛竹签，毛竹签要插牢并与地面平或稍低，在毛竹签顶部涂上红油漆。对于成片放出的样桩位，在打桩过程中，测量人员要对每条轴线进行校核，记录人员要对每个桩位进行复核。定位轴线及样桩应会同有关单位进行复核检查，并做好定位记录和技术复核记录。

4.3.2 拖送桩

成桩设备安装就位平整和稳固后，要确保其在施工过程中不发生倾斜、移动，并在桩架上设置用于施工中观测深度和斜度的装置。

桩运至桩架以下后，利用桩架上的滑轮组进行提升就位。首先绑好吊索，将桩水平提升一定高度(为桩长的一半加0.3～0.5 m)，然后提升其中的一组滑轮组使桩尖渐渐下降，从而使桩身旋转至垂直于地面的位置，此时桩尖离地面约0.3～0.5 m。

桩提升到垂直状态后，即可送入桩架的龙门导杆内，然后把桩准确地安放在桩位上。随即将桩和导杆相连接，保证沉桩时不发生移动和倾斜。在桩顶垫上厚布垫，安上桩帽，缓缓将桩锤落到桩顶上面，在桩的自重和桩锤作用下，桩向土中沉入一定深度达到稳定位置，这时，再校正一次桩垂直度，然后进行沉桩。

在拖送桩过程中，桩首先应水平放置在地面上，不允许桩堆码3层及以上后拖桩，堆码3层及以上的桩应先放置在地面后再拖桩。

4.3.3 终桩标准

在施工过程中，严格按设计技术要求的终桩标准进行控制。

5 施工资源的投入及施工工期

响水风电场管桩施工一个工作面投入1台打桩机、2台电焊机、1台发电机，施工及管理人员10人。单就工作面施工工期而言:打桩机进场安装(2 d)→管桩施工(4 d，200～300 m/d)→打桩机拆除转运(2 d)→下一平台管桩施工。管桩施工单工作面打桩机管桩施工需2+4+2=8(d)时间(不包括气候及外界因素影响)。

6 结语

预应力高强混凝土管桩主要用于软弱基础的加固施工，沿海风电基础基本采用该型式。通过对江苏响水风电场的建设，笔者主要有以下经验教训可供参考:

(1)施工过程中发生的桩长调整对工期影响较大。桩长一调整，从管桩生产到现场再次施工最快需要5～7 d时间，不仅影响工期，而且桩机人员窝工也很严重，经济损失较大。

(2)截桩比接桩相对容易处理，截桩相应增加成本10～15元/m。接桩最好控制在1 m范围内;超过1 m时施工较困难。出现断桩处理最困难，基本上要采用补桩方式进行处理。

(3)对软弱地基要特别防止桩施工完成后后续开挖施工造成桩身的挤压破坏。

(4)管桩桩机设备转场及管桩运输对道路要求较高，道路平台的施工质量直接影响管桩的施工进度及施工安全。

(5)管桩施工过程中，拖拉桩要缓慢进行，拖拉桩尽量在平面上进行，以保证施工安全。