某风电场风机基础选型及施工工艺研究

卞恩林等某风电场风机基础选型及施工工艺研究143某风电场风机基础选型及施工工艺研究卞恩林，张灵熙，吴飞宇1神华国华江苏风电有限公司。江苏东台224248；2河海大学，南京210098【摘要】沿海滩涂地区的风机基础设计载荷大、工况复杂，基础选型的合理性及工艺的可行性是整个工程控制性关键工程。本文结合江苏沿海滩涂地区东台二期风电场工程，介绍了工程的地质条件，探讨了各种基础型式的特点，重点阐述PHC管桩基础在该工程的适用性优势，进而针对工程具体情况设计了桩基础的施工工艺流程及施工质量检测方法。通过工程实践为沿海滩涂风机基础桩基选型、施工、检测积累了一定的经验。【关键词】滩涂；风机基础；PHC管桩；施工工艺；桩基检测【中图分类号】TU4761【文献标识码】B【文章编号】10016864201412014303随着传统不可再生能源如煤炭、石油、天然气的EL渐枯竭，可再生能源越来越受到全世界各国的重视与发展。风能作为一种重要的可再生清洁能源，在我国能源发展蓝图中有着举足轻重的地位。我国拥有长达18万KM的海岸线，沿海滩涂风电的开发利用已成为我国风能发展的主要趋势。但在滩涂区开发风电同样面临一系列的难题。滩涂地区通常地质结构复杂，且多为软弱土地基，需要采用合适的基础来提高风机的稳定性、抗不均匀沉降、抗倾覆的能力，因此基础选型的合理性及工艺的可行性是整个工程控制性关键工程。然而目前这方面的研究尚不系统，需要进行深入的研究并积累经验。本文结合江苏沿海滩涂地区东台二期风电场工程的地质条件，介绍了不同类型基础对于该工程的适用性，分析了PHC管桩基础在优势，介绍了PHC管桩基础在该工程中的施工工艺流程设计及施工质量检测方法。通过工程实践为沿海滩涂风机基础桩基选型、施工、检测积累了一定的经验，形成了一套成熟的工艺流程。1工程概况国华东台风电二期200MW风电场工程位于东台市掠港镇东部，为典型沿海滩涂区。风场设计安装100台20MW风力发电机组，风机轮毂高度80M，轮毂直径93M。场址区位于东台市东南约70KM的掠港镇滨海地区，属黄海潮问带滩涂地貌单元，地势平坦开阔，自然地面标高在180465M之间1985国家高程。根据勘探资料，勘探深度内均为第四系沉积物，上部层为第四系全新统Q4冲海相粉土、粉砂，下部为晚更新世Q3陆相、滨海相沉积物。共分七个大层，细分为L0个亚层。从上至下为2层为耕植土，局部分布，层厚150410M。3层为充填土，局部分布，层厚130330M。1层为砂质粉土Q4，局部分布，层顶标高150394M，层厚100450M。一2层为砂质粉土Q4，广泛分布，层顶标高176333M，层厚130740M。一1层为粉砂夹砂质粉土Q4，全场分布，层顶标高一555070M，层厚1402060M。2层为粉砂Q4，局部夹粉土团块，该层全区分布，层顶标高一L928一一242M，本次深孑L揭露层厚4202410M。3为夹层粉土Q4，局部分布，层顶标高一2022一485M，层厚070950M。一1层为粉质粘土，局部分布，层顶高程一2463一2216M，层厚为110450M。2层为粉质粘土，局部分布，层顶高程一271L一一2552M，层厚为270980M。层为层状砂质粉土Q32，层顶标高一3062一一1762M，层厚140L000M。1层为粉砂夹砂质粉土Q32，大部分布，层顶标高一3870一1658M，层厚1201705M。一2层为粉砂Q32，大部分布，层顶标高一39O2一一2375M，揭露最大层厚1715M。3为夹层砂质粉土，局部分布，层顶标高一3682一2779M，层厚0601100M。一1层为粉质粘土，少量分布，层顶标高一2686一一2642M，揭露层厚180200M。一2层为粉质粘土夹薄层砂质粉土Q32，局部分布，层顶标高一3563一2822M，层厚5551175M。本工程设计基本地震动加速度值为015G，场地特征周期为055S，抗震设防烈度为7度，选定层粉砂层为桩基持力层。2基础选型分析与细部设计1选型分析。风机为高耸结构建筑物，受水平风荷载时，上部结构作用于基础的水平力和弯矩很大，同时风机对塔架倾斜较为敏感，而且要求基础的不均匀沉降要小。上述问题对软土地基上风机基础设计提出了很高的要求。从现有的应用情况看，风机基础一般有扩展基础、桩基础、锚杆基础等类型。144低温建筑技术2014年第L2期总第198期本工程风机场区地质属中软弱场地土，分析表明采用扩展基础无法满足风机对基础沉降及不均匀沉降的要求；采用锚杆基础时，锚杆锚固受力不能满足要求。桩基础具有承载力高、沉降速率低、沉降小且均匀等特点，能够较好的承受垂直荷载、水平荷载、上拔力及由风机产生的振动等动力作用，因此本工程风机基础拟采用桩基础。一般适用于沿海地区的桩基础有灌注桩、预制混凝土桩、钢桩等。钢桩因为费用较高，并且不适用于地下水有腐蚀性的滩涂地区。目前应用比较成熟的桩型为灌注桩和预制混凝土桩，灌注桩多采用大直径钻孔灌注桩，预制混凝土桩多采用目前较先进的预应力高强混凝土管桩PHC桩。由于沿海滩涂地质条件的特殊性，钻孔灌注桩存在难成孑L、易塌孑L、周期长、造价高等缺点；相对于大直径钻孔灌注桩，PHC管桩具有费用低、施工进度快等优点。通过工程造价、施工难度和工期等综合比较，本工程设计采用预应力高强混凝土管桩PHC桩。2基础细部设计。经过系列分析比较，本工程风机基础采用低桩承台式基础，基础埋深330M，其剖面型式为台阶式，基础底板最小厚度090M，最大厚度180M，墩台直径660M，墩台高度150M，单个基础混凝土总量为4108M，基础下共布置3排桩，总桩数42根。本工程PHC管桩桩身混凝土强度等级不得低于C80，最小水泥用量不小于300KGIN，保护层厚度不宜小于40MM，桩身外径600MM，桩身壁厚为130MM，桩长约为L923M和1120M根据密实状砂质粉土埋深和厚度确定，桩身配筋型式选用AB和A型。因本工程位于沿海滩涂，为了防止地下海水灌人，桩尖型式选用A型闭口十字型钢桩尖，并要求在管桩厂完成与桩端的封闭焊接。3桩基施工工艺设计本工程地质中含有较厚的密实状砂夹粉土，因此静压法难以正常沉桩，结合国华东台一期的施工经验，本工程PHC桩施工选用锤击法沉桩。施工机具采用D80型履带式柴油打桩机，同时配备履带吊以及电焊机、全站仪、水准仪等施工机具和仪器。PHC管桩锤击法沉桩施工工艺流程见图1、图2。图1PHC桩施工工艺流程图1打桩工艺。本工程风机基础为群桩基础，为了避免沉桩过程因为土的挤压发生桩的倾斜、断L一打桩机；2打桩锤；3桩；4接桩部位；5送桩器图2PHC桩施工工艺流程示意图5裂，打桩按照先内后外的顺序进行，即先打内圈，再打中圈，最后打外圈。各圈内打桩时，采用跳打的方式进行。送桩时桩帽内径宜大于桩径2030MM，其深度为300400MM，并应有排气孔，锤和桩帽之间的锤垫用竖向硬木，厚度为150200RAM，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120150RAM。风机基础桩基础施工需要基桩的准确定位和沉桩过程中保持桩身垂直，因此沉桩过程中施工测量工作十分重要。施工测量需同时设置平面控制桩和水准控制桩，布设测量控制网。沉桩时，桩身、桩帽、送桩的桩锤应在同一中心线上，以防水平偏打。锤击沉桩宜重锤低击，开始落距较小，待入土一定深度且桩身稳定后再按要求落距进行。一根桩原则上应一次打入，中途不得人为停锤，确需停锤，亦应尽量缩短停锤时间。2接桩工艺。接桩均采用钢端板焊接法进行，桩顶端距地面LM左右开始接桩。接桩前先将下段桩的桩顶清洗干净，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。拼接处坡口槽的电焊应两人对称同时进行分层施焊，焊接时应采用措施减小焊接变形，焊缝应连续饱满，焊后应清除焊渣，检查焊缝饱满程度。由于海边腐蚀较为严重，管桩外露钢圈应事先做环氧树脂涂层防腐焊缝处除外，施焊后约10MIN后涂刷环氧树脂涂层，涂层完成约10MIN后继续沉桩。3终止标准。本工程终止沉桩的条件以桩长控制为主，当桩端进入持力层，且总锤击数超过1000击或最后一米锤击数超过200击或最后10击的贯入度小于20RAM10击时，可终止沉桩。4补救工艺。由于沿海滩涂土质有密实状砂土或厚软土层，当由于土体挤密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550MM，孔深不超过桩长的13或控制打桩速度、跳打、延长时间杨景森等饱和汶川砂孔压增长模型的适用性研究145饱和汶川砂孔压增长模型的适用性研究杨景森，丰土根1河海大学土木与交通学院，南京210098；2河海大学岩工程研究所南京210098【摘要】土体的振动孔压增长模型是用有效应力法进行动力计算的基础。针对四川汶川地区砂土，为研究其不用固结应力比时的孔压发展规律，在实验室完成了4组砂土试样的动三轴试验。根据试验结果，分析了砂土振动过程中孔隙水压力的发展规律。通过曲线拟合方法，对不同固结应力比下砂土孔压增长模型的适用性进行探讨，给出了相应的模型参数，为后续动力计算提供了必要的理论基础。关键词】汶川砂；固结应力比；孔压模型；孔压极限值【中图分类号】TU4415【文献标识码】B【文章编号】100168642014120145040引言目前，对于饱和砂土孑L压增长简化模型已有很多成果发表并已用于工程实际。这些模型在构造形式上是以一定次数等幅荷载为变量，基于试验寻求等幅荷载若干次数作用后孔压增长的最后结果。其中多为应力模型，一类是寻求孔压比与振次比的关系，其中具有代表性的是SEED提出的孔压增长公式。另一类是寻求孔压比与动应力及振次的关系，如ISHIBASHI和SHERIF_2提出的孔压增长模型，这类计算孔压的应力模型还有很多，如魏汝龙等、何广讷等。但这些孔压增长模型均没有考虑土体实际固结比的影响，只是将固结比看作1，但实际情况却与此相差甚远，且不说结构下的固结比有较大变化1430，即使是水平自由场地，其固结比也在16左右。因为现有的试验结果表明固结比对孔压增长影响很大，因而这些孔压增长公式并不能反应孔压的真实增长情况。对于偏压固结情况，FINN等，徐志英等分别对SEED公式进行了修正，王天颂等也提出了相应的考虑了固结比的孔压增长模型。本文重点通过对不同固结应力比KC的5种重塑问隔等措施。在本工程中，有一定数量的桩无法沉桩到设计标高锤击数过高，现场应及时将沉桩数据反馈设计人员，补充进行高应变检测，根据设计变更，现场采取截桩或者补桩措施。4桩基检测设计在制定桩基检测工艺前，首先进行了风机基础工程桩的桩身完整性和竖向抗压承载力试桩检测，通过比对高应变打桩监测和静载试验结果，得出检测控制相关参数。依据建筑桩基检测技术规范，在工程桩检测中，桩身完整性检测采用低应变法检测，桩基承载力检测由高应变打桩监测完成。风机基础基桩桩身完整性检测抽检数量为每台风机10根，高应变监测数量为每台风机3根。本工程选择高应变监测方法检测桩基承载力，基桩施工完毕后即可完成基桩检测工作，相比静载试验极大的提高了桩基检测效率，节约了试验费用。5结语国华东台二期风电工程于2010年5月7日开工建设，2012年完成所有建设工作。通过本工程风机基础的实践，表明本文提出的桩基型式、成桩施工工艺以及检测设计是行之有效的。本工程采用的技术及积累的经验可为江苏沿海滩涂风电的开发建设提供重要参考。参考文献1周凌云世界能源危机与我国的能源安全【J中国能源，2001，112132黄维平，刘建军，赵战华海上风电基础结构研究现状及发展趋势J海洋工程，2009，2271301343吴志良，王凤武海上风电场风机基础型式及计算方法J水运工程，2008，102492584李静，孙亚胜海上风力发电机组的基础形式J上海电力，2008，23143175MORGANCA，HODGETTSPG，SEHLEZWW，ETA1GARRADHASSANREPORTREVIEWOFOFFSHOREWINDFARMPROJEETFE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