胡海濤

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西西安 710016）

1 工程地質(zhì)情況

撿財(cái)塘風(fēng)電場(chǎng)工程位于祁連山造山帶東緣走廊過(guò)渡帶的南緣,松山復(fù)斜的北冀，區(qū)域上建設(shè)項(xiàng)目附近的走廊過(guò)渡帶活動(dòng)性相對(duì)穩(wěn)定，褶皺相對(duì)開闊，斷裂較少，建設(shè)項(xiàng)目南部的北祁連褶皺帶，活動(dòng)強(qiáng)烈，巖漿巖發(fā)育，褶皺多為緊閉褶皺，斷裂發(fā)育，地層遭受破壞強(qiáng)烈，新生代以來(lái)，伴隨著青藏高原的降升，場(chǎng)地附近以整體間歇性隆升為主要特點(diǎn)，差異活動(dòng)不明顯，擬建工程區(qū)構(gòu)造不甚發(fā)育，該區(qū)域地殼處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。風(fēng)機(jī)地基均為黃土狀粉土。黃土狀粉土濕陷性評(píng)價(jià)：本場(chǎng)地黃土為自重濕陷性黃土，濕陷性黃土地基的濕陷性等級(jí)為IV級(jí)。場(chǎng)址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度小于 0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s，相應(yīng)地震烈度8度。該地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍深0.90m。

甘肅白銀平川撿財(cái)塘風(fēng)電場(chǎng) 45MW風(fēng)電位于甘肅白銀平川區(qū)王家山鎮(zhèn)的撿財(cái)塘村附近，建設(shè)場(chǎng)區(qū)內(nèi)主要地層的巖性特征及工程概況如下。

（1）馬蘭黃土(Q3eol)：黃褐色,以粉土為主,土質(zhì)均勻,大孔隙發(fā)育,垂直節(jié)理發(fā)育,多呈可塑狀,屬風(fēng)積沉積。

（2）馬蘭黃土(Q3a1-p1)：廣泛分布于工程區(qū),黃褐色,水平層理,土質(zhì)較均勻,粉粒含量較高,可見大孔隙,垂直節(jié)理發(fā)育,在 10m以下部分勘探點(diǎn)可見白色鈣質(zhì)結(jié)核,局部地層出現(xiàn)姜石,可塑～堅(jiān)硬,屬?zèng)_洪積沉積,勘察孔未穿透該層,最大揭示厚度42m。

（3）角礫、細(xì)砂、泥巖：局部分布于個(gè)別風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)內(nèi)。粉細(xì)砂層最大厚度達(dá)8.4m,角礫層11m,泥巖最大揭示厚度為2.5m。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

場(chǎng)區(qū)共設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組30臺(tái),其中14臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用換填土處理后澆筑混凝土基礎(chǔ),16臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用灌注樁基礎(chǔ)。

2.1 課題提出

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和箱式變電站的基礎(chǔ)各有 30座，風(fēng)機(jī)地基處理采用二種型式，換填基礎(chǔ)和鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)。

（1）由于風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)在我國(guó)屬新發(fā)展領(lǐng)域，需要在施工技術(shù)、質(zhì)量、安全上進(jìn)行新的探索，以適應(yīng)這個(gè)行業(yè)發(fā)展的需要。

（2）場(chǎng)區(qū)濕陷性黃土基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的施工，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例，這對(duì)設(shè)計(jì)、施工以及后期的運(yùn)行管理提出了新的挑戰(zhàn)。

（3）場(chǎng)區(qū)內(nèi)濕陷性黃土覆蓋層較厚，前期地質(zhì)勘測(cè)過(guò)程中探孔最深達(dá)到 49m，但仍未完全穿透濕陷性黃土覆蓋層，且在濕陷性黃土地區(qū)采用摩擦樁作為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在國(guó)內(nèi)工程建設(shè)中尚屬首列，一旦施工成功將為濕陷性黃土地區(qū)基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)提供有利保障。

2.2 研究?jī)?nèi)容

通過(guò)甘肅白銀平川撿財(cái)塘 45WM風(fēng)電場(chǎng)獨(dú)立風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的施工，研究解決高寒冷地區(qū)大噸位，頻繁振動(dòng)獨(dú)立風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在濕陷性黃土中的可行性及可推廣應(yīng)用性；并且在施工過(guò)程中采用幾種不同方式對(duì)濕陷性黃土獨(dú)立基礎(chǔ)地基進(jìn)行處理，從中比較及總結(jié)相互之間的優(yōu)劣性，探討換土，旋挖樁，重夯夯實(shí)等技術(shù)措施的優(yōu)劣性和工法。

2.3 研究的難點(diǎn)

（1）由于在濕陷性地區(qū)基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)及施工中，選用摩擦樁進(jìn)行其地基處理的方式在國(guó)內(nèi)尚屬首例，所以在施工過(guò)程中確定其施工參數(shù)是非常困難的，只有通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)前期階段的施工，不斷的實(shí)驗(yàn)及總結(jié)其施工參數(shù)。

（2）由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)所處地層屬大厚度濕陷性黃土，其間又夾帶有0.6～8m的粉細(xì)砂層，加之施工時(shí)必須采用“干成孔”施工作業(yè)，不能采用常規(guī)的泥漿護(hù)壁的成孔工藝，所以在粉細(xì)砂層地段樁基礎(chǔ)開挖施工又是一施工難關(guān)。

（3）在濕陷性黃土地區(qū)修建大噸位，頻繁振動(dòng)獨(dú)立風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在國(guó)內(nèi)尚屬例，其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作性質(zhì)決定了其對(duì)基礎(chǔ)地基穩(wěn)定性的要求，因此在實(shí)際施工中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況研究并消除土質(zhì)濕陷性又是一施工難題。

3 實(shí)用施工工藝應(yīng)用

3.1 灌注樁地基處理施工應(yīng)用

3.1.1 灌注樁開挖施工應(yīng)用

在自重濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行灌注樁造孔施工時(shí)，首要條件就是“干作業(yè)”，這一要求將常規(guī)的泥漿護(hù)壁成孔工藝拒之門外，為灌注樁造孔施工平添了施工難度。鑒于此首先采用了“人工開挖干成孔作業(yè)”的施工工藝，但在后續(xù)的施工作業(yè)中表明，孔深在 5～10m范圍內(nèi)采用人工干成孔作業(yè)時(shí)是最經(jīng)濟(jì)的，其投入設(shè)備少，且施工進(jìn)度快，成孔質(zhì)量高，而孔深超過(guò)20m以后，如采用人工開挖干成孔作業(yè)將使施工難度大幅增長(zhǎng)，施工進(jìn)度緩慢，施工成本投入加大，不利于整個(gè)工程的施工進(jìn)展。后經(jīng)過(guò)多次探討分析決定采用旋挖機(jī)直接干成孔作業(yè)施工，其施工優(yōu)點(diǎn)在于。

（1）施工速度快：螺旋鉆鉆孔平均每小時(shí)進(jìn)尺15m～18m，每天可完成深度為35m的鉆孔3個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工挖孔和其它造孔設(shè)備的成孔速度。

（2）操作簡(jiǎn)單、安全：螺旋鉆采用人工操作，電子調(diào)整垂直度的方式，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低，簡(jiǎn)單、安全、工作效率也高。

（3）機(jī)械成孔孔斜率較人工挖孔更為精確：機(jī)械成孔孔斜主要依靠鉆機(jī)伸縮鉆臂的垂直度來(lái)控制，鉆孔前先校正鉆機(jī)鉆壁垂直度，從而控制機(jī)械成孔的孔斜度。

（4）機(jī)械鉆孔施工相對(duì)較安全，施工時(shí)安全投入較人工挖孔作業(yè)小，節(jié)省工程施工成本。

可是由于風(fēng)機(jī)灌注樁基礎(chǔ)所處地層黃土為粉質(zhì)黃土，旋挖機(jī)在鉆孔完成后進(jìn)行樁端擴(kuò)底施工時(shí)容易發(fā)生塌孔埋鉆事故，故在實(shí)際施工過(guò)程中旋挖機(jī)只進(jìn)行樁體主孔部位，樁端擴(kuò)底施工只能由人工進(jìn)行施工。鑒于此，對(duì)灌注樁成孔施工工藝再次進(jìn)行優(yōu)化，采用“人機(jī)聯(lián)合干成孔作業(yè)法”進(jìn)行整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的樁體開挖施工。通過(guò)“人機(jī)聯(lián)合干成孔作業(yè)法”在風(fēng)電場(chǎng)灌注樁基礎(chǔ)開挖施工中的成功應(yīng)用，現(xiàn)總結(jié)如下。

所謂“人機(jī)聯(lián)合干成孔作業(yè)法”即采用機(jī)械鉆孔加以人工進(jìn)行擴(kuò)大頭、孔壁、孔底清理施工的方法。其優(yōu)點(diǎn)：施工時(shí)如遇到特殊地層可以用人工對(duì)該地層及時(shí)取樣掌握實(shí)際地質(zhì)情況；在機(jī)械鉆孔作業(yè)時(shí)一旦進(jìn)入厚度超過(guò) 2m的粉、細(xì)砂地層，機(jī)械施工難度加大，且孔壁很容易坍塌，而此時(shí)采用人工護(hù)壁開挖的作業(yè)方式，既可進(jìn)行順利施工，而不耽誤工程進(jìn)度，也降低了施工作業(yè)難度。

3.1.2 灌注樁混凝土施工

由于濕陷性黃土吸水性大、保水性差，且混凝土墊層直接澆筑在濕陷性黃土上，施工時(shí)混凝土很容易出現(xiàn)裂縫，影響主體基礎(chǔ)的施工。加之灌注樁成孔后，安裝好的鋼筋籠在混凝土澆筑過(guò)程中，因灌注樁底端土體吸收入倉(cāng)混凝土內(nèi)的水份造成鋼筋籠隨土體的自然沉降而發(fā)生沉降，影響成樁質(zhì)量。所以在灌注樁成孔后鋼筋籠安裝時(shí)，宜在鋼筋籠安裝完畢后在樁井口設(shè)置鋼筋籠加固設(shè)施，避免在澆筑作業(yè)時(shí)鋼筋籠的下沉。

灌注樁澆筑作業(yè)時(shí)，易采用直升導(dǎo)管法或串桶法進(jìn)行澆筑作業(yè)。采用直升導(dǎo)管法澆筑時(shí)樁體內(nèi)混凝土連續(xù)性好，樁身完整，不會(huì)出現(xiàn)夾泥、斷樁現(xiàn)象，且在澆筑過(guò)程中孔壁不會(huì)受到大的擾動(dòng)，能保持樁身的體型尺寸，大大降低了灌注樁澆筑過(guò)程中的塌孔幾率。加之在整個(gè)澆筑過(guò)程中混凝土導(dǎo)管自始至終處在混凝土澆筑面的下部50～100cm ，使得澆筑成型的樁體內(nèi)混凝土處于自然密實(shí)狀態(tài)，不用人工再進(jìn)行振搗作業(yè)。但由于直升導(dǎo)管法在施工時(shí)需根據(jù)樁長(zhǎng)投入25t或50t汽車吊，從而增加了施工成本。

而采用串桶法施工時(shí)，串桶口始終高于混凝土澆筑面，由于澆筑過(guò)程中混凝土入倉(cāng)后產(chǎn)生震動(dòng)，局部孔壁坍塌，容易發(fā)生樁體內(nèi)混凝土夾泥現(xiàn)象或斷樁事故；且在下料過(guò)程中容易發(fā)生混凝土離析現(xiàn)象，造成灌注樁內(nèi)部粗骨料較多，外圍細(xì)骨料較多，俗稱“糠心羅卜”，大大降低了灌注樁本身的承載力。故濕陷性建筑地區(qū)混凝土灌注樁澆筑施工時(shí)采用直升導(dǎo)管法作為澆筑手段為最好，在實(shí)際施工中如因施工場(chǎng)地狹小不能利用吊車時(shí)可用卷?yè)P(yáng)機(jī)代替。

第三，積極建設(shè)物理數(shù)字化交互式課外學(xué)習(xí)環(huán)境和渠道。目前學(xué)校網(wǎng)站上信息資源里網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的內(nèi)容資源非常豐富，為引導(dǎo)學(xué)生有重點(diǎn)、有目的的登錄學(xué)習(xí)各種物理網(wǎng)絡(luò)課程和資源，教師可以教學(xué)班為單位組建微信學(xué)習(xí)群或QQ學(xué)習(xí)群，在課前和課后組織學(xué)生登錄學(xué)習(xí)相關(guān)課程資源，并為學(xué)生碰到的問(wèn)題和困難提供指導(dǎo)和解答，教師也可以根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)際在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)添加自己的網(wǎng)絡(luò)課程供學(xué)生學(xué)習(xí)。

3.2 換填地基處理施工應(yīng)用

換填基礎(chǔ)基坑為倒圓臺(tái)形, 底口直徑為 20m,上口直徑為 28.5m,開挖深度為 8.5m，施工時(shí)先根據(jù)測(cè)量放置的開挖線利用反鏟將其開挖成深 3～5m的基坑，之后再在其周邊開挖一施工通道，利用裝載機(jī)分層開挖。在其開挖過(guò)程中隨著開挖層面應(yīng)用人工開挖間距60cm的防滲臺(tái)階增強(qiáng)基礎(chǔ)的抗?jié)B性。每個(gè)基坑開挖完成后都應(yīng)取基底原樣土進(jìn)行滲透及標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，確定其施工用參數(shù)。如在基坑開挖完成后其基底面處在粉細(xì)砂層或流沙層面上應(yīng)根據(jù)粉細(xì)砂層或流沙層的厚度采用層面挖斷法或基底灌漿法對(duì)其進(jìn)行處理，待處理完畢后方可進(jìn)行基礎(chǔ)換填施工，嚴(yán)禁直接在軟弱層面上進(jìn)行土體置換施工。

換填基礎(chǔ)采用2:8灰土置換原始地面以下基礎(chǔ)應(yīng)力傳遞范圍內(nèi)濕陷性黃土，用以消除或降低基礎(chǔ)地基的濕陷性。施工時(shí)采用“環(huán)形碾法”和“井”字碾壓法的施工工藝，保證了其地基回填料的壓實(shí)度和整體連續(xù)性，保證了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)底部地基承載能力的整體性。施工成型后在自然含水率狀態(tài)下基礎(chǔ)低面的地基承載力特征值(fak)取 280kPa，其變形模量（E0）可取 20MPa。施工時(shí)素土回填其壓實(shí)系數(shù)≥95%，最佳含水率為 10%～12%；2:8灰土施工時(shí)回填其壓實(shí)度≥97%，其施工最佳含水率為16%～18%，一般不大于18%。其主要施工工藝分析如下。

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)地基處理基坑開挖完成后，通過(guò)基坑底部原樣土確定的施工參數(shù)進(jìn)行回填施工作業(yè)。在該項(xiàng)施工中不同于以往回填施工作業(yè)的是每個(gè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)換填選用的施工參數(shù)都是不同的，都是根據(jù)基坑底部原樣土的土工實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的?；A(chǔ)回填施工時(shí)其碾壓方式采用環(huán)向蹉距的路線由基坑周邊逐步向中心碾壓，在環(huán)向碾壓完畢后，再按照“#”字形路線碾壓，碾壓完畢之后稱之為一個(gè)碾壓回合，每層填筑料需2個(gè)平碾回合，6個(gè)振碾回合。每個(gè)地基換填施工完畢后，靜置3～5 d，使得回填土體與周邊土體的自然沉陷趨于穩(wěn)定。之后在換填基礎(chǔ)回填層上做靜荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)換填后風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)范圍內(nèi)地基的沉陷量。待風(fēng)機(jī)地基換填處理完畢后，進(jìn)行風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土施工。

換填基礎(chǔ)回填施工時(shí)每層碾壓完畢后進(jìn)行土體密實(shí)度試驗(yàn)，每層沿周邊布設(shè)四個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，中心布設(shè)1個(gè)，共計(jì)5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。待各試驗(yàn)點(diǎn)檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行下一層回填施工，直至整個(gè)基礎(chǔ)地基處理回填施工完畢。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)在白銀平川撿財(cái)塘 45MW風(fēng)電場(chǎng)工程的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工，我們可以對(duì)濕陷性黃土地區(qū)基礎(chǔ)處理的設(shè)計(jì)與施工歸納如下。

（1）濕陷性黃土覆蓋層厚度大、地形特殊地區(qū)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的建議。

根據(jù)濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范 GBJ25-90有關(guān)條款的規(guī)定，在自重濕陷性黃土地區(qū)不得使用摩擦樁，要求樁須穿透濕陷性土層，樁底支撐在可靠的持力層上。但在白銀平川撿財(cái)塘風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，由于該地區(qū)自重濕陷性黃土土層較厚，施工時(shí)樁很難穿透濕陷性黃土層，進(jìn)入可靠的持力層，故在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)部分風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)所對(duì)應(yīng)的地層條件，將自重濕陷性為Ⅳ級(jí)的馬蘭黃土作為風(fēng)機(jī)灌注樁基礎(chǔ)的持力層。該部分樁基礎(chǔ)既有端承樁的特點(diǎn)又有摩擦樁的特點(diǎn)。鑒于該工程地質(zhì)的特殊性，建議在類似于該類地質(zhì)情況的建筑區(qū)域，進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)灌注樁類型可采用摩擦樁，但樁身直徑不得小于 800mm，樁身長(zhǎng)度不宜小于 35m，且樁端必須設(shè)不小于1.5d的擴(kuò)大頭。

由于濕陷性黃土吸水性大、保水性差，且混凝土墊層直接澆筑在濕陷性黃土上，施工時(shí)混凝土墊層很容易出現(xiàn)裂縫，影響主體基礎(chǔ)的施工。故在施工時(shí)應(yīng)先在其土層表面覆設(shè) 2～3cm厚水泥砂漿，之后再進(jìn)行混凝土澆筑。澆筑過(guò)程中要邊收面邊覆蓋，并及時(shí)養(yǎng)護(hù)，避免混凝土表面干縮裂縫。澆筑用的混凝土設(shè)計(jì)時(shí)其塌落度要比常規(guī)地區(qū)用混凝土塌落度偏大2～3cm，用以平衡濕陷性黃土地區(qū)混凝土澆筑時(shí)由于濕陷性黃土的吸水性造成的混凝土塌落度損失和含水率損失，故在濕陷性黃土建筑地區(qū)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮由于該地區(qū)內(nèi)黃土吸水性引起的混凝土塌落度及含水率的損失，使得施工用混凝土能更好的適用于濕陷性黃土建筑地區(qū)工程施工中。

從以上分析可以看出在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行基礎(chǔ)處理時(shí)根據(jù)其地形條件宜采用換填基礎(chǔ)和灌注樁基礎(chǔ)，其相應(yīng)的實(shí)用工藝及施工過(guò)程注意事項(xiàng)可參考以上分析。

[1]喬國(guó)峰.淺談濕陷性黃土地基加固施工技術(shù)[J].山西建筑.2007,(4)

[2]文君,張江麗等.大厚度濕陷性黃土地基處理方法探討[J].城市勘測(cè).2006,(3)

[3]邱良豐.濕陷性黃土地基的處理方法.農(nóng)田水利工程[J].2008,(6)

[4]李原,楊長(zhǎng)城.濕陷性黃土沖擊碾壓施工技術(shù)探討.西部探礦工程[J].2009,(2)

[5]孫太石,孫佃升.強(qiáng)夯法加固濕陷性黃土地基施工技術(shù)探討[J].建筑與工程.2011,(24)