风电工程土建施工桩基础技术分析

张博宁

(华润新能源投资有限公司宁夏分公司，宁夏 银川 750000)

风电工程在不同的区域进行施工建设时，所选择的桩基础技术类型也有所不同。充分掌握风电工程桩基础类型，结合工程项目建设实际对桩基础施工技术进行分析研究，是风电工程项目质量到达预期目标的必要条件。因此，在土建桩基础施工技术选择时，需因地制宜选择更为恰当的技术进行应用。本文首先对几种常见桩基础原理进行分析，结合具体的施工环境和项目背景，对独立桩基础施工技术在风电工程中的应用进行了详细阐述，以期为同类工程项目建设提供支持和参考。

1 桩基础在风电工程的应用背景

风电工程的施工环境相对更为复杂，风机设备对基础承载能力、抗震性能、稳定性等方面要求又比较高。考虑到桩基础本身具有稳定性强、承载能力强、抗震性能强的特点，同时可在结构出现变形，或出现一定程度的横向偏移时，通过桩基础的约束，可以有效降低此类问题发生的概率。另外，桩基础通过桩体深入地基，实现下部土层与桩体的有力咬合。不管是摩擦型桩还是端承桩通过科学设计和严格的施工过程质量把控，对于整个风机的基础承台都能够起到较好的承载和稳固作用[1]。在具体施工建设时，一方面要对桩基础沉降以及承载力变化状态进行重点关注[2]，这就要求从施工开始至验收投运后，必须定期做好基础沉降观测与数据分析。另一方面，需要在施工过程中做好对桩施工质量把控，特别是对桩基础施工完成后做好桩身完整性检测和桩承载能力检测。确保桩基础施工验收完成在投运之后，能够为风机设备安全、可靠、稳定运行发挥基础性的重要作用。

2 风电工程常见桩基础类型

2.1 干作业成孔灌注桩

干作业成孔灌注桩是不采用泥浆或套管护壁而直接排土成孔的灌注桩，是在没有地下水的情况下进行施工作业的方法。目前干作业成孔的灌注桩具体可分为螺旋钻孔灌注桩、螺旋钻孔扩孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、机动洛阳铲挖孔灌注桩，在实践中广泛应用于地下水位以上一般粘性土、粉土、黄土以及密实的粘性土、砂土层。其中的钻孔灌注桩具有适应性强、抗震性好﹑承载力大、工程造价适中、施工操作简单、施工噪音小等诸多优点,在工程中的应用已极其广泛。

2.2 长螺旋钻孔压灌桩

长螺旋钻孔压灌桩是通过长螺旋钻机钻孔至设计标高，利用混凝土泵把超流态细石混凝土从钻头底压出，边压灌混凝土边提升钻头直至成桩，混凝土灌注至设计标高，并向压灌混凝土内插入钢筋笼，从而形成钢筋混凝土灌注桩。该桩型适用于粘性土、粉土、填土等各种土质，能在有缩径的软土、流沙层、沙卵石层、有地下水等复杂低质下成桩。长螺旋钻机压灌成桩由于施工设备行走灵活、成桩速度快，因适应性强从而被广泛应用，同时能有效避免软土、砂土地区出现成桩缩径、断桩的施工质量问题，有效解决了泥浆污染问题，并用于地下水位以下土层的成桩[3]。

2.3 沉管灌注桩

沉管灌注桩是工程桩基础中的一种。是通过在与桩的设计尺寸相匹配的钢管的端部套上桩尖，待沉入土中后在套管内吊放钢筋骨架，然后在浇筑混凝土的同时振动或锤击拔管， 在拔管过程中充分振动捣实混凝土而形成灌注桩。这种桩主要适用于在有地下水、淤泥、流砂的情况。根据沉管方法和拔管时振动方式不同，沉管灌注桩可分为锤击沉管灌注桩和振动沉管灌注桩。利用锤击沉桩设备沉管，拔管成桩的施工方式称为锤击沉管灌注桩。利用振动器振动沉管，拔管成桩的施工方式称为振动沉管灌注桩。前者多适用一般黏性土、砂土、淤泥质土和人工填土地基。后者除以上地质条件外，还可用于稍密及中密度的碎石土地基。

2.4 泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁钻孔灌注桩是通过桩机在泥浆护壁条件下缓慢钻入， 将钻渣通过泥浆带出同时保护孔壁不致坍塌，成孔后再通过浇筑水下混凝土将泥浆置换出来而成的桩。 钻孔机械成孔时为防止塌孔，通过在孔内用泥浆进行护壁的施工方式不论在地下水位高低的土层中都适用。根据泥浆护壁钻孔灌注桩按成孔工艺和成孔机械的不同，常分为冲击成孔灌注桩、冲抓成孔灌注桩、潜水钻成孔灌注桩和回转钻成孔灌注桩。其中回转钻成孔灌注桩是国内应用范围较广的成桩方式。

3 常见桩基础技术应用要点分析

3.1 长螺旋钻孔压灌桩技术应用要点分析

此种施工技术应用需对土壤类型以及钻机定位位置进行合理确认，定位撞击后要做好检验工作，钻孔时需根据桩身混凝土设计强度进行针对性试验。同时长螺旋施工设备因自重大，在设备进场前应对可能产生沉陷的地表进行专门处理，确保场地有足够的承重能力。在钻机钻至设计深度并清孔后，先将钻杆提升至一定高度，首批混凝土浇筑时需停顿10s～20s进行加压，再缓慢提升钻杆开始作业。混凝土浇筑至桩顶时应超过桩顶设计标高一定距离，以保持在凿除桩顶的浮浆后，顶部的混凝土强度能符合设计要求。

3.2 静压力桩施工技术应用要点分析

桩体的重力和桩架的压力都会使预制桩同步产生反向的作用力。在相互作用力下，桩体会更加快速进入土壤内部，从而达到稳定桩基础的效果。在静压力环境下的土壤结构、土壤稳定性都会受到一定程度的影响而出现变化，因此，在选择这种施工技术的时候，需提前制定专项施工方案从而降低该技术带来的不良影响，确保工程质量能够达到预期的效果。

3.3 锤击沉桩施工技术应用要点分析

此种施工技术需要对桩体周围间隙指标进行严格控制，一般不超过10mm，桩插入土体过程中应保持垂直度，垂直度偏差不得大于0.5%。另外需对打桩顺序进行合理选择，作业开始不得从单一方向推进。对于桩距小于3.5倍桩径的打桩顺序应符合下列要求：①当一侧毗邻建筑物时，应从毗邻建筑物的一侧向另一侧施打。②对于密集桩群，应从中间向两侧或向四周对称施打。③严格遵守先密后稀、先深后浅、先长后短三原则施工。在开始锤击时，落距宜小，或通常采用“冷锤”。在沉桩过程中应注意桩身是否发生位移或倾斜，并做好沉桩过程记录。

3.4 干作业成孔灌注桩技术应用要点分析

在实际沉桩过程中，受力方向与实际受力情况呈现反向关系。在实践应用中，此种桩体结构容易出现上半段桩体强度无法维持稳定状态的现象。因此，需要在施工建设中对于常规的孔壁摊落孔位偏移以及桩体强度无法有效保持等多方面问题进行重点关注和解决，下文主要以此种灌注桩施工为例，探讨在相应的施工环境中如何做好对施工技术要点的把控，以期为具体工程项目建设提供参考。

4 干作业成孔灌注桩施工要点问题分析

4.1 施工环节要点问题分析

4.1.1 塌孔问题分析

塌孔问题在干作业成孔灌注桩施工技术应用中属于常见问题，这主要与外部土壤环境紧密相关。对于本文探讨的宁夏地区来说，主要以湿陷性黄土为主土壤复杂程度相对较高，土体的稳定性相对比较差。因此，在钻孔操作的过程中，若钻孔速度控制不合理或成孔后放置时间过长，钢筋笼在沉笼过程中碰撞孔壁等现象发生，都会直接导致出现塌孔。可见土壤环境和土体结构是直接影响风电工程施工的关键性因素。一旦出现塌孔，会直接导致钻孔操作中断，影响整个施工技术应用和整体工程项目推进进度。

4.1.2 孔位偏移问题分析

孔位偏移主要是指在钻孔过程中，既定孔位钻孔点位在钻孔过程中出现了偏移。具体来说引发孔位偏移问题的原因主要包括以下几种。①施工现场环境在平整度和密实度方面有所不足，这会直接影响钻机设备安装后操作平台的稳定性，钻孔过程中的震动也会导致不均匀沉降现象的发生，在这类问题持续出现后，就会进一步引发钻孔位置偏移。②钻杆整体结构问题导致偏移。这类问题主要是指钻杆在施工过程中出现了弯曲或钻头与钻杆之间孔隙过大[4]，都会造成钻孔作业时出现孔位偏移。③钻头翼板域出现磨损导致偏移。这类偏移主要是由于设备本身出现了质量问题或钻头受力不均匀，钻孔位置失稳而造成。

4.1.3 导管堵塞问题分析

导管堵塞主要是由于导管在施工过程中出现变形所致，或在初步选择导管时，直径规格选择不符合要求，导致在浇筑操作时混凝土出现了离析现象。粗骨料会在导管内部出现卡顿现象，桩体浇筑质量会因此受到影响。另外，混凝土在浇筑的过程中，若导管下端距孔底的间距过小，也会导致导管输送不畅。若导管的预埋深度缺乏有效的数据计算，预埋长度过长，也会导致混凝土无法顺畅流动堵塞导管。最后，混凝土配合比若没有严格的过程质量控制及检测措施，也会影响混凝土拌合物的坍落度指标，竟而成为诱发导管堵塞的又一要因。不仅如此，混凝土浇筑之前必须考虑到温度及周围环境因素，确保混凝土在拌合、运输、浇筑过程中必须要有良好的和易性，特别是在炎热夏季杜绝在施工浇筑过程中出现人为私自给混凝土加水。

4.2 干作业成孔灌注桩技术问题优化措施分析

干作业成孔灌注桩技术对宁夏地区地质环境来说，具有一定的适宜性。在风电工程建设中，干作业成孔灌注桩施工技术的选择需要结合具体工程项目实际情况，提前做好施工准备与过程控制。结合上文暴露的典型问题，下文提出几点针对性的优化措施。

4.2.1 塌孔问题优化措施分析

塌孔问题优化措施要点主要包括以下几方面。①由于土壤环境因素，需要在塌孔隐患高发区域按照技术要求预埋护筒装置。护筒必须保证垂直状态，并至少高出地面0.3m。在护筒周边区域，要选择含水量适当的粘土原材料进行回填。为确保护筒作用发挥，还需在周边区域设置排水装置。②在选择钻孔土层时，应尽可能选择松软砂层进行钻孔操作。冲孔速度需结合地质情况，以及结合相关数据指标做好施工过程控制。当进入到砂层、砂砾层土层的钻孔区域时，若速度控制不合理会导致桩体出现径向摆动问题，就会导致孔壁塌孔。因此，需要在钻孔方法上进行合理选择，适当应用跳钻方法进行成孔操作并做好孔边辅助浇筑施工。③成孔过程中，速度控制需保持在2m/h的范围内，在钢筋等安装完成后，马上进行混凝土浇筑作业，浇筑持续时间也应控制在3h之内。

4.2.2 孔位偏移问题优化措施

为了避免孔位偏移问题出现，施工作业前应当对场地平整度进行测量与修正。在安装钻机过程中，转盘中心与钻架起吊滑轮要保持在同一轴线范围内，钻杆偏差也不应大于20cm。若遇不均匀地层，可能会导致钻孔出现稳定性不足的现象。因此，需选用钻杆强度更高、钻杆和钻进设备自重更大的设备，用低速开展竖向钻孔作业。若已经发生斜孔现象，则可采用回填技术避免孔位偏移过大，也可通过人为辅助矫正的方式达到预防孔位偏移的目标。在实践操作中，需在钻孔过程反复进行调整和矫正操作，并同步对孔位位置进行监测，避免出现孔位偏移现象。

4.2.3 导管堵塞问题优化措施

导管堵塞问题的优化需在浇筑前就做好预防处理，并且在浇筑过程中采取针对性措施解决堵塞问题。问题处理要点包括以下几部分。①在前期准确测量孔深与导管长度，确保单独区域导管长度整齐统一。另外，导管距孔底深度也应准确控制，一般不得超过50cm。②在阶段性浇筑操作完成时，需依据混凝土强度等级严格控制配合比和加强对混凝土原材料搅拌。尽可能保持坍落度指标和混凝土易和性保持在设计要求范围内。③整体灌注操作开展前，需针对设备质量及运行过程可靠性进行有效检验分析，避免由于设备自身因素导致灌注操作出现堵管问题。

5 结 语

综合本文分析可知，在风电工程项目建设中，风机设备及地质环境对风电工程项目桩基础选型会产生直接影响。因此，在项目建设流程推进的过程中，需结合不同地质环境合理选择桩技术类型进行应用。以本文探讨的宁夏地区为例，由于此地区地质环境特征，干作业成孔灌注桩技术在实践应用中的效果更好，需要工程设计、项目管理人员、施工技术人员等结合常见问题进行系统性分析，并进一步提出优化桩技术施工措施。