某风机基础地基处理中高强预应力混凝土管桩与混凝土灌注桩对比分析

程义宾

（中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司，黑龙江 哈尔滨150078）

本工程风机不同于其他在山区的风机，本工程处在平原区域，不存在运输不便的情况。根据地质情况，地层中存在不同厚度的细沙、中粗砂层。在初步设计时，推荐方案为后注浆灌注桩，但建设单位为了加快施工进度，提出采用高强预应力混凝土管桩的方案，古本文就这两种桩型进行比较，并给出合理建议。

1 厂址的工程地质条件

1.1 地形地貌

拟建风电场地貌单元类型为冲积平原，地貌成因类型为冲积，地形为平地，拟建场地地面高程为98.80m，现主要为水稻田，交通便利。

1.2 工程地质

1 耕土：灰黑色，松散，湿，主要由粘性土、砂土组成，表层土中含较多植物根系。该层厚0.80 m，层底深度0.80 m，层底高程98.00m，该层在拟建场地内广泛分布。

2 粉质粘土：黄色、黄褐色，湿，可塑状态，含氧化铁，干强度、韧性中等，稍有光泽，无摇震反应，该层层厚为0.50m，层底深度为1.30m，层底高程为97.50m，该层在拟建场地内广泛分布。

2 1 粉砂：灰褐色，松散，很湿～饱和，混粘性土，颗粒均匀，级配不良，成分以石英、长石为主，该层层厚为1.30m，层底深度为2.60m，层底高程为96.20m，该层在拟建场地内广泛分布。

2 2 细砂：黄色，松散，很湿～饱和，局部夹粗砂层，颗粒均匀，级配不良，成分以石英、长石为主，该层层厚为1.60m，层底深度为4.20m，层底高程为94.60m，该层在拟建场地内广泛分布。

2 3 中砂：黄色，稍密，饱和，颗粒均匀，级配一般，成分以石英、长石为主，该层层厚为2.00m，层底深度为6.20m，层底高程为92.60m，该层在拟建场地内广泛分布。

3 砾砂：灰色，中密，饱和，局部夹圆砾层，最大粒径可达1cm，颗粒不均匀，级配良好，成分以石英、长石为主，该层层厚为4.80m，层底深度为11.00m，层底高程为87.80m，该层在拟建场地内广泛分布。

3 1 粗砂：灰色，中密，饱和，局部夹砾砂层，最大粒径可达1cm，颗粒不均匀，级配良好，成分以石英、长石为主，该层层厚为5.90m，层底深度为16.90m，层底高程为81.90m，该层在拟建场地内广泛分布。

3 2 中砂：黄色，中密，饱和，颗粒均匀，级配良好，成分以石英、长石为主，该层层厚为3.30m，层底深度为20.20m，层底高程为78.60m，该层在拟建场地内广泛分布。

4 粗砂：灰色，中密，饱和，局部夹砾砂层，最大粒径可达2cm，颗粒不均匀，级配良好，成分以石英、长石为主，该层层顶深度为20.20m～26.20m，层顶高程为72.60m～78.60m，该层在拟建场地内未揭穿，最大揭穿厚度为3.80m，该层在拟建场地内广泛分布。

4 1 砾砂：灰色，中密，饱和，局部夹圆砾层，最大粒径可达3cm，颗粒不均匀，级配良好，成分以石英、长石为主，该层层厚为4.30m，层底深度为26.20m，层底高程为72.60m，该层在拟建场地内广泛分布。

表1 桩的极限端阻力标准值和极限侧阻力标准值表

2 风机基础选型

本工程风机基础设计级别为1 级，地基基础设计等级为甲级，基础结构安全等级为一级，基础的抗震设防分类为丙类。其特点为上部荷重较大，弯矩大，对变形及抗倾覆有很高的要求。依据本工程岩土勘测报告中各土层的物理及力学指标，其地基承载力及变形极难满足要求，因此选用人工地基方案，经比选桩基础以适合本工程。

3 桩基的选择

3.1 几种桩型适用条件及优缺点的比较

3.1.1 根据地质资料及工程实践经验，本期工程可能采用的桩型有预应力混凝土管桩及泥浆护壁成孔灌注桩，根据以往工程经验，其中预应力混凝土管桩在经济上较有优势，本专题将对这两种桩型进行技术经济比较，并提出推荐意见。

3.1.2 预应力混凝土管桩

预应力混凝土管桩目前国内普遍采用的是先张法预应力混凝土管桩。该桩采用先张法预应力工艺和离心成型法，制成一种空心圆筒体混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和套箍等组成。预应力管桩沉桩方式常采用锤击沉桩和静压沉桩两种方式，沉桩过程中施工工序少，施工方法简单，施工速度快。一般情况下适用于软土、粘性土、粉土、砂土、全风化岩等地质条件。缺点是所需的施工机械设备投资大，易产生挤土效应，接头多，不易穿透较厚的坚硬土层。

3.1.3 后注浆泥浆护壁灌注桩螺纹桩

后注浆灌注桩与普通灌注桩的区别在于侧阻力及端阻力均乘以增强系数，经后注浆后沉渣得到加固且桩端有扩底效应，桩端沉渣和土的加固效应强于桩侧泥皮的加固效应。极大地改善了桩侧及桩端阻力作用，从而提高了桩的极限承载力。适应的地质情况比较广泛；单桩承载力高，施工快。缺点是施工现场较脏，对场地要求高。

3.2 单桩竖向承载力的计算

3.2.1 桩尖持力层的选定

根据各层土的物理性质和力学指标，对于预应力管桩、后压浆灌注桩可选择4-1 层砾砂土层作为桩端的持力层。

3.2.2 单桩竖向承载力的计算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）提供的桩基参数，按规范中公式进行计算，预估单桩竖向承载力特征值Ra：计算结果列表如下：

表2 单桩竖向承载力特征值Ra 估算表

3.3 基础设计

选择本工程风机基础设计比较。根据风机内力标准值采用木联能计算软件计算结果如下表。

表3 风机基础桩数及承台尺寸

3.4 经济分析

3.4.1 经济比较资料

根据国家概算定额标准《电力建设工程概算定额》（2018版），本研究报告将以如下定额作为经济比较的依据：

预应力混凝土管桩： 1500 元/m3

后压浆灌注桩： 1100 元/m3

钢筋混凝土承台： 体积相同，不做比较

3.4.2 基础的经济指标

表4 单个风机基础经济指标

从上表可见，预应力混凝土管桩在造价上稍优于灌注桩。

4 综合分析

表5 桩型的综合分析表

5 结论

通过上述分析，后压浆灌注桩在同等桩长的情况下提供的承载力稍底于管桩，并且综合经济效劣于管桩。

管桩作为一种较成熟桩型已经得到广泛应用，但管桩挤土效应较明显，在本工程中沉桩困难，后期可能会产生很多施工问题。

结合本工程的上部结构受力特点及岩土性质，后压浆灌注桩适合本工程地质条件，因此本工程推荐桩基础采用后压浆灌注桩。