软弱地基风机基础浇筑锚栓笼不均匀沉降控制

王亮亮

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概况

1.1 工程地质

越南乐和风电项目建设于越南南部朔庄省永州市沿海潮间带红树林区域内，地基常年受海水侵蚀，承载力较差。地基表层为非常柔软的棕灰色、灰色、黑灰色有机沙质黏土，该土层主要由6.0%的砂、50.6%的淤泥及43.4%的黏土组成，平均含水率约为53.3%，平均自然密度约为1.642g/cm³，塑性指数Ip约为26.7%，层厚在19.5m～21.0m，平均厚度为20.08m，N30SPT击次在1～3，平均SPT值为1击次。该地层主要物理参数如表1所示。

表1 地基表层土壤物理参数

1.2 基础结构设计

考虑项目地质条件较差，风机基础受力结构设计为摩擦型群桩基础，风机通过承台结构将上部荷载传递至桩基础。为提高地基承载力，降低不均匀沉降值，承台底部设置一层厚30cm的碎石垫层，并浇筑一层厚20cm的C15混凝土垫层，在垫层混凝土中心位置、锚栓笼安装区域设置一层φ12mm@200mm钢筋网。锚栓笼支撑、调平系统固定于垫层混凝土上。风机基础结构简图如图1所示。

图1 风机基础结构简图

虽然设计人员已考虑项目地质情况，在地基上铺设碎石层、浇筑垫层混凝土，但是因地基承载力差、结构混凝土浇筑一次性完成，新浇筑液态混凝土的重力短时间内急剧增加，在结构混凝土强度不足以将新浇筑混凝土的重力传递给桩基时，地基将受到垫层混凝土、碎石层传递过来的压力而产生沉降，甚至产生不均匀沉降。当不均匀沉降超出允许值时，将导致风机安装不可进行，承台基础必须进行处理，甚至重新施工。

1.3 工程施工

在现场施工时，首先进行群桩基础施工，项目桩基均采用D600PHC高强度预应力混凝土管桩，采用打入的方式进行施工；在桩基施工完成后，开始进行基坑开挖和桩头切除工作，开挖时，基坑周边开挖深50cm排水沟，进行基坑降排水工作，保证工作面无积水；在基坑降水工作满足施工要求后，开始进行碎石层填筑工作，碎石层必须按设计要求进行压实，然后进行混凝土垫层施工；垫层混凝土浇筑前，必须将锚栓笼预埋板进行固定，防止倾斜；在垫层混凝土浇筑完成且强度满足要求后，首先进行风机锚栓笼安装，然后进行钢筋、模板及其他预埋件施工工作，最后进行结构混凝土浇筑工作[1]。

2 基础处理方式及沉降观测

为控制锚栓笼总体沉降值和不均匀沉降值，该院三个风电项目根据项目具体情况及业主要求，分别采用了不同的地基处理方式。综合分析三个项目对基础处理的具体方式，根据承台中心有无试验桩、是否进行利用及具体处理方式，风机基础处理方式分以下四种。1）基础中心无试验桩，采用打入木桩的方式对基础进行加固。2）基础中心无试验桩，采用设置连系梁的方式对基础进行加固。3）基础中心有试验桩，按结构桩进行处理。4）基础中心有试验桩，利用其支撑上部结构荷载。

2.1 沉降观测点布置及观测频率

在承台结构混凝土浇筑过程中及浇筑后的一段时间内，均需对承台基础进行持续性地沉降观测。为使沉降观测数据具有可对比性，沉降观测点必须固定。为观测锚栓笼总体沉降量和不均匀沉降量，在锚栓笼上锚板上对称设置四个沉降观测点，沉降观测时，按编号顺序依次进行观测、记录观测点标高，计算总体沉降量和不均匀沉降值。沉降观测点布置如图2所示。

图2 沉降观测点布置图

在承台结构混凝土浇筑前，首先进行初测，依次记录各沉降观测点初始标高，作为初始值。在结构混凝土开始浇筑后，每小时测量一次，以便在出现问题时及时采取处理措施。

2.2 基础中心无试验桩，打木桩进行加固

项目1在风机基础施工过程中，在业主、监理同意的情况下，未进行基础中心试验桩施工。基坑开挖完成后，采用打木桩的方式对基础进行加固，木桩长度为2.0m，间排距为20cm。木桩施工完成后，铺设直径为8cm的块石（碎石层），厚度30cm，采用挖掘机进行平整压实，压实完成后，碎石顶部铺设一层土工布，以保证垫层混凝土浇筑质量。混凝土垫层以上结构按图纸进行施工。其沉降观测值如表2所示。由表中数据可知，采用木桩进行基础加固时，最大沉降量平均值为-27.2mm，最小沉降量平均值为-20.4mm，不均匀沉降量平均值为6.8mm。

表2 项目1风机基础施工锚栓笼沉降观测值

2.3 基础中心无试验桩，设置连系梁进行加固

项目2第一台风机基础施工时，未进行中心试验桩施工。为减少施工过程中锚栓笼总沉降量和不均匀沉降量，在基坑开挖完成后，做好基础降排水工作，然后采用小型机械对土层进行严格压实；压实完成后，铺设0mm～31.5mm标准碎石，并进行严格压实；碎石压实完成后，在结构中心增设连系梁对基础进行加固。垫层以上结构按图纸进行施工。连系梁结构简图如图3所示。采取增设连系梁的方式对基础进行加固时，结构混凝土浇筑过程中，锚栓笼沉降观记录如表3所示。由表中数据可知，采用连系梁结构进行基础加固时，其最大沉降量为-11mm，最大不均匀沉降量为2mm。

图3 连系梁布置及典型断面图（单位：mm）

表3 锚栓笼沉降观测记录

2.4 基础中心有试验桩，按结构桩进行处理

项目3第一台风机基础施工时，严格按照图纸进行施工，基础中心试验桩在完成相关试验检测后，按结构桩进行处理。在承台混凝土浇筑时，因地基承载力太差，锚栓笼总沉降量平均值约为50mm，远远超出采取地基加固措施情况下的总沉降值。因此，有必要对地基进行加固处理。

2.5 基础中心有试验桩，利用其承载上部结构荷载

项目2和项目3在进行后续风机基础施工时，为减少沉降量，降低施工风险，节约施工成本，均对中心试验桩和垫层结构进行了调整，利用其支撑上部结构荷载。其主要做法如下：1）在垫层混凝土内增设一层钢筋网；2）中心试验桩顶部高程设置在垫层结构中心位置，对上层钢筋网进行支撑；3）在中心试验桩和周围四根结构桩之间增设加强筋。调整后，其结构简图如图4所示。在利用中心试验桩承载上部结构荷载的情况下，结构混凝土浇筑过程中，锚栓笼沉降观记录如表4所示。由表中数据可知，利用中心试桩承载上部结构荷载时，其最大沉降量为-7mm，最大不均匀沉降量为1mm。

图4 利用中心试验桩承载上部结构荷载简图

表4 锚栓笼沉降观测记录

3 基础处理方式对比分析

根据项目3第一台风机基础施工经验，在不进行基础加固的情况下，锚栓笼平均沉降量约为50mm，远远超出可控范围，存在较大的施工风险，因此，必须采取适当的措施对基础进行加固。

当未进行中心试验桩施工时，可采取打木桩的方式或设置联系梁的方式对基础进行加固。将木桩打入地基内，其本质是提高了地基的承载力；设置连系梁，其本质是将荷载通过梁传递给桩基，减少地基受力。根据前述分析结果，设置连系梁的方式可有效降低锚栓笼沉降量，效果较好，但施工程序较为复杂，成本较打木桩的方式高。

当风机基础中心有试验桩时，应对其加以利用，承载上部结构荷载，以降低施工风险。项目2和项目3后续风机基础施工时，均采用此种处理方式，取得良好效果。

4 施工建议

地基承载力差是锚栓笼在施工过程中产生沉降的主要原因，同时也与承台混凝土浇筑过程存在较大的联系。由表3中“观测时间”和“沉降观测平均值”可得出如下沉降曲线（如图5）。由此曲线可以看出，锚栓笼沉降存在一个“先慢后快再慢”的过程，其原因如下：1）前期混凝土浇筑方量较少、厚度较薄，液态混凝土对基础产生的作用力较小。2）随着混凝土浇筑方量增大，液态混凝土对基础产生的作用力增加，因此沉降加快。3）在浇筑过程中，底部混凝土逐渐初凝，结构混凝土重力逐渐通过已初凝的混凝土传递给桩基，锚栓笼沉降速度减慢。4）当底部混凝土强度足以支撑上部结构荷载时，沉降停止。

图5 锚栓笼沉降曲线

5 结语

根据上述分析，为减少软弱地基上风机基础结构混凝土浇筑过程中锚栓笼沉降值，可以从三个方面进行处理：①对地基进行处理，提高地基承载力；②调整垫层混凝土与桩基的连接结构，将上部结构荷载传递给桩基；③控制结构混凝土浇筑速度，合理控制混凝土初凝强度。

除以上施工措施外，仍可采用变更结构设计的方式来解决该问题：1）将锚栓笼调平系统固定在结构钢筋上；基础结构混凝土分两次浇筑，待底部混凝土强度满足要求后，再进行上部结构混凝土浇筑。2）除控制锚栓笼总沉降量外，还应控制锚栓笼不均匀沉降值。在结构混凝土浇筑过程中，严格按照“对称”浇筑的方式，可有效控制锚栓笼不均匀沉降值。在现场施工时，应结合现场实际情况，采取合理的措施，以降低施工风险、节约施工成本。