浅析高强预应力混凝土管桩在风电场风机基础中的应用

李俊峰

(山东电力建设第一工程公司,山东济南 250131)

浅析高强预应力混凝土管桩在风电场风机基础中的应用

李俊峰

(山东电力建设第一工程公司,山东济南 250131)

高强预应力混凝土管桩(PHC桩)具有单桩承载力高、抗弯抗裂性能好、质量稳定可靠、穿透力强、耐久性好、桩身耐锤击性好、施工方便快捷、低噪声、运输吊装方便、造价便宜等特点。本文结合龙源山东滨州沾化五机部风电场工程,从施工的角度总结PHC预应力管桩在施工方面的体会。

高强预应力管桩 风电场 风机基础

1 工程概况

龙源山东滨州沾化五机部风电场工程,处于海滨冲积平原地带,风机基础采用重力式现浇钢筋混凝土圆形基础,基础下设高强预应力管桩(PHC桩)。基础直径为18m,厚0．9-2．1m,埋深3．1m。根据不同的地质条件,风机基础采用三种不同的布桩形式:形式Ⅰ每个基础下共布置28根PHC桩,分两圈布置,外圈25根,内圈3根,桩长35～45m；形式Ⅱ每个基础下共布置37根PHC桩,分三圈布置,外圈22根,中圈12根,内圈3根,20～25m；形式Ⅲ每个基础下共布置41根PHC桩,分三圈布置,外圈22根,中圈16根,内圈3根,桩长15～20m；桩外径为0．6m,桩的型号分为以下几种:PHC-AB600(130)-15、PHC-A600(130)-15a、PHC-A600(130)-7、PHC-A600(130)-8、PHC-A600(130)-9。

2 工程地质情况

场址区内地形较平坦,地势较为开阔,海拔高度约1．83～4．91m,场地地貌成因类型为黄河三角洲冲积平原,地貌类型为平地、洼地。场区自上而下分为5个地质层,分别为①粉质粘土,①-1粉土；②粉砂,②-1粉砂、②-2粉质粘土、②-3粉土；③粉质粘土；④粉砂,④-1粘土；⑤细砂,⑤-1粉质粘土。

地下水稳定水位埋深1．00～2．40m,根据当地水文、气象条件,地下水位主要受季节影响,丰水期(雨季)时最高地下水位可至地表,地下水年变化幅度约2．50m。根据水质腐蚀性分析试验成果,地下水在干湿交替作用及长期浸水条件下对混凝土结构均具有弱腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水条件下具有微腐蚀性。

该地区地震动峰值加速度为0．05g,相当于地震基本烈度6度区,风电机组地基基础的抗震设防分类定为丙类,地震动反应谱特征周期均为0．65s。

3 施工机械选型

根据本工程特点采用D80履带式柴油打桩锤施工,动力使用200KW柴油发电机组,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。

4 主要施工方法及控制要点

4.1 施工工序

锤击预制管桩的施打顺序为:先内圈、再中圈、再外圈,同一圈桩需间隔至少一根跳打。一般采用分段打入,逐段接长的方法,其程序为:定位放样→桩机就位及拖放桩→锤击沉桩→接桩→再锤击沉桩→送桩→终止锤桩→截桩头。

4.2 施工要点控制

4.2.1 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,并做好验收记录。

4.2.2 预应力管桩的现场全数检查

检查管桩的外观,有无蜂窝、露筋、裂缝；色感均匀、桩顶处无孔隙。对管桩尺寸进行检查:桩径(±5mm)、管壁厚度(±5mm)、桩尖中心线(＜2mm)、顶面平整度(＜10mm)、桩体弯曲(＜1/1000L)。检查管桩强度等级必须达到设计强度的100%,并且要达到龄期。

4.2.3 桩机就位及托送桩

(1)桩位复合无误后,桩机就位并起吊管桩对中,对中要求误差≤1cm。成桩设备安装就位平稳和稳固后,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。

(2)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0．3～0．5m),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0．3～0．5m。

(3)桩提升到垂直状态后,即可送人桩架的龙门导杆内,然后把桩准确的安放在桩位上。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,在装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。

4.2.4 锤击沉桩

(1)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20～30mm,其深度为300～400mm并应有排气孔。锤和桩帽之间的锤垫可用竖向硬木,厚度为150～200mm。桩帽与桩顶之间必须嵌入富有弹性、韧性的桩垫,以减少桩头的破损,桩垫锤击后的厚度宜为120～150mm。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。

(2)第一节管桩插入地面时的垂直度偏差不得超过0．5%,桩帽或送桩器应与桩身在同一中心线上。沉桩过程中应经常观测桩身的垂直度,若桩身垂直度偏差超过1%时,应找出原因并设法纠正；当桩尖进入较硬土层厚,严禁用移动桩机强行回扳的方法纠偏。沉桩过程中,出现进尺反常、桩身倾斜、位移、桩身或桩顶破损等异常情况时,应停止沉桩,待查明原因并进行必要的处理后,方可继续进行施工。

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(3)在沉桩过程中要认真记录桩入土深度和锤击数的关系,以判断桩身质量及承载力。当锤击数突然上升或下降时,要停机对照地质资料进行分析,判断是否遇到障碍物或产生断桩现象等。

(4)沉桩应连续进行,每一根桩应一次连续打(送)到底。如需接桩,可沉至桩顶距地面0．8m-1．0m时用焊接法接桩,接桩应避免桩端停在砂土层上,以免再压桩时阻力增大,压入困难。

4.2.5 接桩

桩段顶端距地面1m左右即可接桩,接桩均采用钢端板焊接法。接桩前,先将下端桩顶清洗干净,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15min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,接桩时上下桩段的中心线偏差不宜大于3mm。在两节桩施焊连接后约5min涂刷环氧粉末防腐涂层,涂刷完成后约10min后继续沉桩。

4.2.6 终止沉桩

(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400～1500击且最后1m锤击数应控制在80～200击之间。若总锤击数小于400击或最后1m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1500击或最后1m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。

(4)沉桩时当锤击数达到设计特征值的2．0～2．2倍时,即可停止沉桩。如果桩顶接近地面,而锤击数尚未达到规定值,则可以送桩。如果桩顶高出地面一段距离,而锤击数已达到规定值时则要截桩,以便打桩机移位。沉桩时应按试验桩报告确定的锤击数标准,控制好终止条件。

4.2.7 截桩及桩顶连接

(1)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,应将桩头截至设计高程,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,用钢筋砼结构接桩。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。

(2)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7d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。

5 结语

选择合理的打桩施工顺序,先施工中心区域管桩,再施工外围管桩,对于减小桩的侧向位移和减低成桩难度都非常有利。施工时遵循“对称施工”的原则,确保了基础内挤压应力的平衡。另外,“重锤低打”能有效降低锤击应力。桩锤对桩头的锤击速度越快,在桩身上产生的应力波强度也越高,所以为降低锤击应力并保持较好的贯入度,采用了较重的桩锤(桩锤重8t)和较低的速度施打,效果良好。