风电工程土建施工桩基础技术分析

摘 要：本文深入分析了风电工程土建施工中桩基础技术的多种类型及其应用要点，包括干作业成孔灌注桩、长螺旋钻孔压灌桩、沉管灌注桩以及泥浆护壁成孔灌注桩等。针对每种技术，文章详细探讨了其原理、优缺点，并对遇到的常见问题如塌孔、孔位偏移和导管堵塞提出了具体的优化措施。通过这些分析，本文为风电工程的桩基础施工提供系统的技术指导和建议。本文旨在为风电工程土建施工的决策者和工程师提供全面、深入的桩基础技术参考。

关键词：风电工程；土建施工；桩基础技术文章编号：2095-4085（2024）06-0043-03

0 引言

风电工程的发展对土建施工提出高标准的要求，其中桩基础作为支撑整个结构的关键部分，其技术的选择和应用对项目的成功有着决定性的影响。桩基础技术在不断发展和完善，适应各种复杂的地质条件和环境要求。从传统的锤击沉桩到现代的静压力桩技术，各种方法各有特点，适用于不同的工程环境和需求。此外，随着环境保护意识的提高和施工技术的进步，如何在保证结构安全和稳定的同时，减少对环境的影响，已成为桩基础施工中不可忽视的重要议题。

1 风电工程常见桩基础类型

1.1 干作业成孔灌注桩

干作业成孔灌注桩是一种广泛应用于风电工程的桩基础类型，特别适用于地质条件复杂和地下水位较低的地区。该技术通过钻机在地面上钻孔，然后在无水或干燥条件下进行混凝土灌注，以形成桩基。这种方法的主要优点是成本效率高，能够在不同的土壤类型中使用，包括砂质、黏土或砾石层。干作业成孔灌注桩在施工过程中对周围环境的干扰较小，降低对周边建筑物和结构的潜在风险影响。然而，它的主要缺点在于对施工条件的依赖性较高，如遇到地下水位较高的区域，施工难度会显著增加。此外，由于成孔和灌注是分开进行的，施工过程中若管理不善会导致孔壁坍塌或混凝土品质受影响［1］。

1.2 长螺旋钻孔压灌桩

长螺旋钻孔压灌桩技术是风电工程中的另一种常见桩基础类型，适合于各种地质条件下的应用，尤其在土质松散或含水量高的地区表现出色。该技术通过使用长螺旋钻头进行钻孔，同时在钻进过程中将混凝土通过螺旋杆压送至孔底，实现连续灌注。这种方法的主要优点在于施工速度快，能有效控制混凝土的质量，同时由于是在封闭系统下进行灌注，能大大减少混凝土与外界污染物的接触，提高桩的整体质量。此外，长螺旋钻孔压灌桩在施工过程中对环境的影响较小，尤其是噪音和振动控制得更为有效。然而，这种技术的缺点在于设备成本相对较高，且对操作人员的技能要求较高。在土质复杂或岩石层较硬的情况下，钻头的磨损和维护成本也会增加。

1.3 沉管灌注桩

沉管灌注桩，也称为沉井桩，是一种在风电工程中常用的深基础建设方法，特别适用于地下水位较高或土质较软的地区。该技术通过将预制的钢管或混凝土管段垂直沉入地下，达到预定深度后，在管内进行混凝土灌注以形成桩基。沉管灌注桩的主要优点在于其稳定性和承载力强，能够有效适应复杂的地质环境，如软土层和含水层。这种技术还允许在施工过程中进行地下障碍物的清除，确保桩基的垂直度和位置精准。此外，由于桩身是在封闭条件下灌注，可以减少混凝土与外界污染物的接触，从而提高整体结构的质量和耐久性。然而，沉管灌注桩的施工成本相对较高，尤其是在制作和运输预制管段方面。此外，施工过程中需要应对地下水和土壤压力的挑战，增加了技术难度。在选择沉管灌注桩时，需要考虑到施工环境、成本和技术能力的平衡。

1.4 泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁成孔灌注桩是一种在地质条件复杂或需要深基础的风电工程中广泛应用的桩基技术。这种方法在钻孔过程中使用特制的泥浆来维持孔壁稳定，防止坍塌，直到混凝土灌注完成。泥浆的使用可以有效控制孔壁的稳定性，尤其在松散或易坍塌的土层中尤为重要。此外，泥浆护壁技术允许更深的钻孔，以增加桩的承载能力。由于泥浆在灌注前需要被清除，这一步骤提供了对桩孔质量进行检查的机会，能确保桩基的质量。然而，泥浆护壁成孔灌注桩的缺点在于施工过程的复杂性和成本。泥浆的制备、循环和处理需要专业设备和技术，增加整体的施工成本，此外，不当的泥浆处理对环境造成污染［2］。

2 常见桩基础技术应用要点分析

2.1 长螺旋钻孔压灌桩技术应用要点分析

长螺旋钻孔压灌桩技术是一种先进的桩基施工方法，适用于多种土壤类型，尤其在松散或湿润土壤中表现优异。在此技术的应用中，首先需要对土壤类型进行精确分析，以确定适合的钻孔参数和混凝土配比。钻机的定位精度对整个桩基的稳定性和垂直度有着决定性影响。钻机定位后，必须进行严格的检验工作，确保其位置准确无误。在钻至设计深度并完成清孔作业后，钻杆应提升至适当高度以便进行混凝土浇筑。浇筑初期，需暂停10～20s进行加压，以确保混凝土在桩孔内均匀分布，随后缓慢提升钻杆并继续作业。这一过程中，持续监控混凝土的流动性和压力是关键，以防止混凝土分层或产生空洞。此外，钻孔的直径、深度和混凝土的质量也需严格控制，以确保桩基的整体性和承载力。

2.2 静压力桩施工技术应用要点分析

静压力桩施工技术是一种高效且环境友好的桩基建设方法，特别适用于城市或对噪音和振动敏感的区域。这种技术通过静压机械将预制桩或现场浇筑桩缓慢压入地下，而不是使用传统的打击或振动方法。关键的技术要点包括精确的桩位定位和垂直度控制。由于该技术依赖于桩的自重和额外的压力来实现穿透，因此选择合适的桩类型和尺寸至关重要，以匹配特定地点的土壤条件和预期的承载需求。在施工过程中，实时监控桩的压入速度和深度是必要的，以确保桩基按照设计要求准确安装。同时，应对周围土壤的压缩情况进行评估，防止对邻近结构造成损害。由于静压力桩施工过程中几乎无噪音和振动，它对周围环境的影响最小。

2.3 锤击沉桩施工技术应用要点分析

锤击沉桩施工技术是一种在各类土建工程中广泛使用的传统打桩方法，它通过使用重锤对桩体进行连续击打，使桩体穿透土层并达到预定深度。在施工中，对桩体周围间隙的控制至关重要，以保证桩基的稳定性和结构的均匀性。一般情况下，桩周间隙不应超过10mm。同时，桩体的垂直插入至关重要，其偏差必须严格控制在0.5％以内。在密集桩群的施工中，尤其是当桩距小于3.5倍桩径时，打桩顺序的合理安排是关键。为减少对周围建筑物或已有桩基的影响，通常遵循“先密后稀、先深后浅、先长后短”的原则进行施工。这种顺序可以有效减少由于打桩引起的土壤位移和对周围结构的潜在损害。此外，锤击沉桩过程中产生的振动和噪音对周围环境造成影响，因此在城市或敏感区域施工时需特别注意振动和噪音控制。

2.4 干作业成孔灌注桩技术应用要点分析

干作业成孔灌注桩技术是一种在土建工程中常见的桩基施工方法，尤其适用于地下水位较低的地区。此技术的核心在于先进行干燥条件下的钻孔，然后在孔内灌注混凝土以形成桩基。在施工过程中，精确的钻孔定位和孔深控制至关重要，以确保桩基的准确位置和所需承载能力。钻孔完成后，需仔细清理孔内杂物，保证灌注混凝土的质量。混凝土的浇筑应连续进行，以防止混凝土层间产生断层。在施工中，对混凝土的流动性、强度和稳定性要求较高，以确保桩体的结构完整性和持久性。考虑到干作业成孔灌注桩的施工特点，此技术尤其适合于土壤松散或易于钻进的地区。然而，由于其对干燥工作环境的依赖，此技术在地下水位高或土壤湿度大的情况下不适用。此外，由于需要使用专门的钻孔设备，相对于其他类型的桩基施工方法，干作业成孔灌注桩在设备投入和技术要求上更高［3］。

3 干作业成孔灌注桩施工要点问题及优化措施

3.1 塌孔问题分析及优化措施

在干作业成孔灌注桩施工过程中，塌孔是一种常见的问题，它指的是在钻孔过程中由于土壤结构不稳定或施工方法不当导致的孔壁坍塌。塌孔问题的出现会严重影响桩基的质量和结构安全。其主要原因包括土壤自身的物理性质、水分含量、以及施工过程中的操作技术。在松散或含水量高的土壤中，孔壁更容易发生坍塌。此外，钻孔速度过快或钻具选择不当也会导致塌孔。塌孔不仅会增加施工难度和成本，而且会导致混凝土灌注不均匀，进而影响桩基的整体稳定性和承载力。

针对塌孔问题，采取有效的预防和应对措施是确保干作业成孔灌注桩施工质量的关键。首先，使用护筒是一种有效的预防措施。护筒需要保证垂直状态，并至少高出地面0.3m，以稳固孔壁并防止坍塌。此外，在孔周围选择合适含水量的粘土原材料进行回填也有助于增强孔壁稳定性。在钻孔操作中，选择适合的地层，如松软砂层，可以降低塌孔风险。在操作过程中，控制成孔速度是另一个关键因素。成孔速度应保持在2m/h的范围内，这有助于减少因速度过快导致的孔壁压力不均和坍塌。同时，钻孔过程中持续监测孔壁状况，及时调整施工方法和工具，对于预防和减少塌孔也至关重要。

3.2 孔位偏移问题及优化措施

孔位偏移也是干作业成孔灌注桩施工中的一个主要问题，指的是钻孔位置与设计位置之间的偏差。这种偏差由多种因素引起，如设备定位不准确、操作技术不足、地质条件复杂或施工环境变化。孔位偏移的发生会对整个桩基的质量和结构安全产生负面影响。特别是在密集的建筑环境中，孔位偏移会导致邻近结构的损害或者施工安全事故。地质条件，如不均匀的土层、岩石层的存在，或者土壤中的障碍物，都会导致钻头偏离预定轨迹。此外，钻机的稳定性和精确性也对孔位的准确性起着决定性作用。孔位偏移不仅会增加施工成本和时间，还会导致桩基承载力不足，影响整个建筑物的稳定性和安全［4］。

为减少孔位偏移问题，采取一系列预防和校正措施是至关重要的。首先，确保钻机的精确定位是预防孔位偏移的关键步骤。使用高精度的定位设备和技术，如GPS或激光导航系统，可以显著提高钻孔的定位准确性。其次，施工前进行详细的地质勘查和分析，了解地下条件，特别是不均匀土层和障碍物的分布，有助于制定更有效的钻孔策略。在施工过程中，实时监控钻孔过程和钻头位置，对于及时发现和纠正偏移至关重要。此外，加强操作人员的培训和技术指导，确保他们能够熟练掌握设备操作和应对复杂地质条件的技巧。针对已发生的孔位偏移，采取有效的校正措施，如使用导向系统或调整钻孔路径，也是解决此问题的关键。最后，钻孔完成后，进行详细的检查和测量，确保每个桩孔都符合设计要求，对于保障工程质量和安全至关重要。

3.3 导管堵塞问题及优化措施

导管堵塞是干作业成孔灌注桩施工中遇到的一个技术难题，它指的是在混凝土灌注过程中，导管内部发生堵塞，阻碍混凝土的顺利流动。这种情况通常发生在混凝土的浇筑和输送阶段，尤其是当混凝土的流动性不足或导管内部有杂质时。导管堵塞不仅会延迟施工进度，还会导致混凝土灌注不均匀，影响桩基的整体质量和结构安全。堵塞的原因包括混凝土的粘度过高、配合比不当、灌注速度过快或过慢、导管内部清洁不足等。此外，施工环境的温度和湿度变化也会影响混凝土的流动性，增加导管堵塞的风险。

为有效预防和解决导管堵塞问题，需要采取一系列综合措施。首先，在混凝土配制阶段，应确保混凝土具有适当的流动性和稳定性。这包括选择合适的水泥品种、骨料级配和水泥用量，以及添加适量的减水剂和其他外加剂来改善混凝土的工作性。其次，施工前对导管进行彻底清洁，以去除内部的积垢和杂质，防止混凝土灌注过程中的堵塞。在混凝土灌注过程中，控制合适的灌注速度也至关重要。过快的灌注速度会导致混凝土在导管中迅速固化，而过慢则会导致混凝土分层。因此，需要根据混凝土的特性和环境条件调整灌注速度。此外，在混凝土灌注过程中实时监控压力和流量，可以及时发现和处理堵塞问题。最后，当发现导管堵塞时，应立即停止灌注，并采取有效的清理措施，如使用高压水或空气清洗导管，确保堵塞物被完全清除［5］。

4 结语

总而言之，风电工程的土建施工中，桩基础技术的选择和应用对整个项目的成功至关重要。从干作业成孔灌注桩到静压力桩，每种技术都有其独特的优势和应对的挑战。有效的施工策略，包括对于具体技术的深入了解和针对性的优化措施，不仅能提高结构的稳定性和安全性，还能确保施工过程的经济效益。在未来的风电工程发展中，继续探索和改进这些技术，将对提升工程质量和环境可持续性产生深远影响。

参考文献：

［1］张亚飞，田果.建筑工程土建施工中桩基础技术的应用研究［J］.建材发展导向，2021，19（20）：136-137.

［2］田建辉.桩基础技术在建筑工程土建施工中的应用研究［J］.中国建筑装饰装修，2021（10）：54-55.

［3］郭磊，潘雷雷，樊亮亮.研究桩基础技术在土建工程施工中的应用［J］.中国建筑金属结构，2021（9）：114-115.

［4］种生平，柴成平，季海兴.建筑工程土建施工中桩基础技术的应用研究［J］.智能城市，2021，7（14）：147-148.

［5］邹康.建筑工程土建施工中桩基础技术的应用探究［J］.智能城市，2021，7（13）：167-168.