武志鵬，劉素彥

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 311100）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，由于資源分布地域限制、煤炭資源枯竭以及環(huán)境污染等缺點(diǎn)，常規(guī)火力發(fā)電、水力發(fā)電等項(xiàng)目在不斷萎縮，以無(wú)枯竭危險(xiǎn)、安全可靠、無(wú)噪聲、無(wú)污染排放、能源質(zhì)量高、建設(shè)周期短等優(yōu)勢(shì)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目如雨后春筍般實(shí)施建設(shè)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)將作為新能源的主力全面替代火力發(fā)電、水力發(fā)電等常規(guī)能源[1]。在太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目施工過(guò)程中，鋼樁施工處在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的關(guān)鍵線路上，鋼樁施工技術(shù)的優(yōu)劣直接制約著整個(gè)項(xiàng)目的施工工期和質(zhì)量，直接關(guān)系著項(xiàng)目實(shí)施的成敗。

1 鋼樁的設(shè)計(jì)與選型

烏克蘭FAS69MW光伏項(xiàng)目位于北緯49.79h，東經(jīng)30.02h，屬溫帶大陸性氣候，夏季日照時(shí)間較長(zhǎng)，施工場(chǎng)區(qū)所處位置地勢(shì)平坦，地質(zhì)條件好，且氣候干燥等，因此，在基礎(chǔ)形式的選擇上，優(yōu)先采用施工工藝簡(jiǎn)單高效、成本低且工期短的C型（130 mm 50 mm 3 mm）鋼結(jié)構(gòu)樁。鋼結(jié)構(gòu)樁的陣列設(shè)置為前、后樁布置形式，前樁長(zhǎng)2 547 mm，后樁長(zhǎng)3 970 mm，前、后樁入土約2 000 mm，以確保在最不利條件下的抗拉拔應(yīng)力、抗剪應(yīng)力的要求。另考慮在打樁過(guò)程中打樁機(jī)具的高效運(yùn)作，前、后組串之間凈距為4 450 mm，組件采用橫排布置，單列布置4塊組件，為了節(jié)約支架成本，每個(gè)支架采用4 14或4 28結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置。樁和支架的材料及計(jì)算方法按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，鋼樁選型及布局圖如圖1所示。

圖1 鋼樁選型設(shè)計(jì)及場(chǎng)區(qū)布置圖

2 陣列布置和定位

為了準(zhǔn)確進(jìn)行光伏陣列的布置和定位，精密測(cè)量設(shè)備包括全站儀（精確度i 5＂，2 mm+2 mm 10-6d）、液位計(jì)（精確度i 2 mm）、GPS(精確度i（10 mm+1 mm 10-6d))等設(shè)備的應(yīng)用能夠較大提高工作的質(zhì)量和效率。首先，測(cè)量?jī)x器均須經(jīng)過(guò)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，并在檢測(cè)有限期內(nèi)；其次，測(cè)量作業(yè)前做好總體策劃工作，在對(duì)控制網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)交接后要做好復(fù)查和保護(hù)工作，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)的控制樁四周澆筑混凝土進(jìn)行保護(hù)，作為項(xiàng)目的永久控制點(diǎn)；然后，通過(guò)全站儀和GPS設(shè)備先快速確定出場(chǎng)區(qū)布置陣列定位樁控制點(diǎn)，進(jìn)行樁定位，布置成陣列的形式。

針對(duì)每個(gè)陣列的控制，首先用全站儀將每組軸線打上定位樁；其次，將每排定位樁加密并引出控制樁進(jìn)行加固，在定位樁控制點(diǎn)位置驗(yàn)收合格后進(jìn)行定位樁打樁作業(yè)，然后對(duì)定位樁偏差通過(guò)傾角計(jì)按前進(jìn)行確認(rèn)，以確保定位樁位位置誤差和傾斜度在精度允許范圍內(nèi)；最后進(jìn)行二次放線作業(yè)，在每個(gè)陣列上用涂有紅漆或有明顯標(biāo)志的長(zhǎng)釘進(jìn)行樁位定點(diǎn)標(biāo)識(shí)，同時(shí)在定位樁之間拉上明顯的細(xì)線或鋼絲控制，如圖2所示。

圖2 陣列測(cè)量布置和定位

3 打樁設(shè)備與模具的設(shè)計(jì)和選擇

3.1 打樁設(shè)備

針對(duì)鋼樁的施工機(jī)械，目前常用的主要有螺旋打樁機(jī)、落錘式打樁機(jī)和高頻振動(dòng)液壓式打樁機(jī)，其中螺旋打樁機(jī)工作時(shí)由動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鉆桿、鉆頭旋轉(zhuǎn)，卷?yè)P(yáng)機(jī)控制鉆具的升降，被鉆切削下的土料由螺旋片輸送到地面，該類螺旋打樁機(jī)在對(duì)復(fù)雜地質(zhì)使用時(shí)效率較高，但在樁身入土后需要澆筑混凝土進(jìn)行固定[2]，對(duì)環(huán)境影響較大且施工作業(yè)周期較長(zhǎng)；落錘式打樁機(jī)是靠打樁機(jī)捶打鋼樁端部使其下沉，在此過(guò)程中不可避免的會(huì)造成鋼樁端部防腐層脫落，甚至端部開裂損壞等問(wèn)題[3]（圖3），目前在光伏樁基施工作業(yè)中已被逐步淘汰；高頻振動(dòng)液壓式打樁機(jī)性能優(yōu)越，采用液壓動(dòng)力站為液壓動(dòng)力源，通過(guò)振動(dòng)箱產(chǎn)生高頻振動(dòng)，使樁體輕松打入土層，具有噪聲小，效率高、無(wú)污染、不損傷樁柱等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于市政、橋梁、圍堰、建筑地基等中短樁工程[4]。

圖3 鋼樁端頭損壞情況

本項(xiàng)目選用的為某國(guó)內(nèi)品牌生產(chǎn)的高頻振動(dòng)液壓式打樁機(jī)，打樁速度一般為4～7 m/min，最快達(dá)12 m/min（在非淤泥質(zhì)土壤中），施工速度大大快于其他形式的打樁機(jī)械，比氣動(dòng)錘、柴油錘的效率高出40%～100%；在打樁過(guò)程中振感小，噪聲低，通過(guò)高頻振動(dòng)，所產(chǎn)生的激振力達(dá)180 kN，尤其在土壤受到強(qiáng)迫振動(dòng)后，其內(nèi)摩擦力減小、強(qiáng)度降低，當(dāng)強(qiáng)迫振動(dòng)頻率與土壤自振頻率相同時(shí)，土體共振使得樁能夠較輕松地沉入土中[5]，工作效率大大提高，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和摸索，使得每個(gè)打樁循環(huán)時(shí)間在2 min內(nèi)完成，每天每臺(tái)能夠確保200根鋼樁的打樁量，大大提高了打樁工作效率，降低了施工單位成本。

3.2 模具和膠墊的設(shè)計(jì)應(yīng)用

在如何控制打樁質(zhì)量和減少樁頭損壞方面，模具的設(shè)計(jì)和選材也是關(guān)鍵。由于不同的項(xiàng)目地質(zhì)、自然條件以及業(yè)主方所選用的組件型號(hào)千差萬(wàn)別，對(duì)于樁型的設(shè)計(jì)形式也是不盡相同，為了讓統(tǒng)一規(guī)格型號(hào)的打樁機(jī)適用于具體項(xiàng)目的打樁施工，只能從模具的設(shè)計(jì)和選材入手。針對(duì)該項(xiàng)目的C型130 mm 50 mm 3 mm鋼結(jié)構(gòu)樁，可以根據(jù)樁的斷面形式加工若干個(gè)可替換的模具（圖4），通過(guò)模具的使用，既有效減少了鋼樁的損壞率，同時(shí)也節(jié)省了因打樁機(jī)端頭磨損維修等待的時(shí)間，提高了打樁效率和質(zhì)量。

圖4 可替換式模具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

為進(jìn)一步提高模具的使用周期及降低鋼樁防腐涂層損壞的幾率，經(jīng)過(guò)不斷摸索和實(shí)踐，最后通過(guò)在模具的加工過(guò)程中加襯橡膠減震墊的方式加以改進(jìn)解決。與其他減震材料相比，橡膠減震墊的內(nèi)摩擦力大、阻尼大，且橡膠減震墊吸收高頻振動(dòng)的能力強(qiáng)，在發(fā)生設(shè)備與樁體間產(chǎn)生共振情況時(shí)，安全性高；由于橡膠減震墊內(nèi)摩擦力大、阻尼大，在立樁過(guò)程中可以通過(guò)樁身和減震墊的摩擦力使得樁身卡牢固定，避免立樁人員在打樁時(shí)處在打樁機(jī)作業(yè)半徑內(nèi)，降低了人員受到機(jī)械傷害的風(fēng)險(xiǎn)，也顯著提高了立樁作業(yè)的效率。

4 壓樁

壓樁作業(yè)是打樁施工成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在此過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“樁位標(biāo)識(shí)—打裝機(jī)就位—鋼樁固定—樁身調(diào)節(jié)—加壓打樁”的作業(yè)工序[6]。樁位的標(biāo)識(shí)應(yīng)根據(jù)前期測(cè)量情況在樁位點(diǎn)處使用白灰圈點(diǎn)或用涂有明顯標(biāo)志的長(zhǎng)釘進(jìn)行定點(diǎn)標(biāo)識(shí)；在打樁機(jī)就位過(guò)程中，設(shè)備的行走必須保持平穩(wěn)，行走線路保持與陳列樁位線路水平，不發(fā)生傾斜、位移；在壓樁前使作業(yè)臂上的水平儀氣泡居中；同時(shí)，在鋼樁的壓樁過(guò)程中，由于受地下地質(zhì)變化影響，存在受力不均垂直度偏斜可能，因此，在壓樁過(guò)程中操作手要注意觀察作業(yè)臂的垂直狀態(tài)，以確保鋼樁入土后的垂直度[7]。

壓樁過(guò)程應(yīng)根據(jù)階段不同合理調(diào)節(jié)打樁機(jī)高頻振動(dòng)壓力。在壓樁初期，先采用小功率施壓，確保樁身垂直度和角度正確后再采用經(jīng)過(guò)試樁后測(cè)定出的最高效的功率施壓。在壓樁過(guò)程中，若樁身垂直度偏差超過(guò)設(shè)計(jì)允許范圍，應(yīng)找出原因加以糾正，嚴(yán)禁利用設(shè)備將傾斜的樁身反方向強(qiáng)行回扳的方法糾偏[8]。

5 高程的控制與調(diào)整

針對(duì)樁高程的控制，應(yīng)結(jié)合地勢(shì)起伏情況按照陣列組串來(lái)確定，在確保每個(gè)陣列樁頂高程一致的情況下，陣列之間地勢(shì)的高差通過(guò)陣列的結(jié)合部位來(lái)調(diào)整，這樣每個(gè)陣列打樁過(guò)程通過(guò)兩端的控制樁位來(lái)調(diào)節(jié)，1組陣列只進(jìn)行2次高程測(cè)量，樁位之間的鋼樁高程直接通過(guò)控制裝拉水平線來(lái)控制，高效快捷。

另外，在該階段工作的實(shí)施過(guò)程中，在打樁設(shè)備作業(yè)臂上直接加裝水平儀，液位調(diào)節(jié)好垂直后安裝限位裝置，可以減少每次樁的垂直度調(diào)節(jié)工作量；同時(shí)，通過(guò)在作業(yè)臂合適位置加裝觸桿電氣聯(lián)鎖裝置，這樣鋼樁在被壓到設(shè)定的高程時(shí)觸桿碰觸控制樁之間的拉線而動(dòng)作，以確保每組陣列的鋼樁基本在同一高程，操作簡(jiǎn)便，且高效實(shí)用。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺以及環(huán)境破壞問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重。光伏發(fā)電作為一種可再生、高效的清潔能源，近年來(lái)在全球的新能源行業(yè)發(fā)展較快，其對(duì)環(huán)境保護(hù)、能源節(jié)約等工作都具有重要的意義[9]，在國(guó)際能源市場(chǎng)上也越來(lái)越受到世界各國(guó)的青睞。作為光伏發(fā)電施工基礎(chǔ)的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)將會(huì)得到廣泛的推廣和應(yīng)用[10]，本文通過(guò)對(duì)已實(shí)施的光伏發(fā)電項(xiàng)目C型鋼結(jié)構(gòu)樁的施工技術(shù)的研究，對(duì)降低后續(xù)光伏項(xiàng)目施工成本、提高施工效率等方面具有重要的借鑒參考價(jià)值。