乌克兰水饱和砂性土中长螺旋钻孔灌注桩施工研究

林志兴 （中国电建集团福建工程有限公司，福建 福州 350001）

1 工程概况

Syvash风电项目是在乌克兰南部开发的一个陆上风电场，风电场总装机容量250MW，共计63台风机涡轮发电机组。本项目项目地质剖面上部为第四纪和新近纪沉积的壤土、砂质壤土、砂土和粘土（详见图1），分部厚度及深度略有差异，但地质类型大体一致，矿物质类型为钠镁硫酸盐及氯离子，风机承台地基均采用桩基承载。桩基础作为提高地基承载力的一种最有效的方式被广泛采用，桩基础一般分为灌注桩和预制桩，其中灌注桩占桩基础施工中的比重约70%，钻孔灌注桩的施工一般分为干作业和泥浆护壁作业。但是当地环境保护政策及合同环境保护要求影响，本项目禁止采用泥浆护壁[1]，同时在松散砂层、细角砾石层、流砂层、厚淤泥质层以及喀斯特地貌等地质情况下，进行泥浆护壁难以保证孔壁稳定，这种情况项目使用全护筒施工技术进行设计，因此项目设计初一共采用了两种桩基形式，分别是适用于高水位地区的全护筒钻孔灌注桩及无高水位地区的锤击式预支桩，对应的承台型号分别是FM-2及FM-3。

2 长螺旋钻孔灌注桩的应用研究

图1 现场典型地质剖面图

2.1 原因及目的

除了项目地下水位深的采用预制桩的机位外，在该项目中高地下水位含砂性土地质条件的地质条件下[2]，采用的是全护筒钻孔灌注桩，该技术是该地质条件下最稳妥安全的施工方案，但前期施工实践证明其施工效率低，综合单价偏高，共24根桩基的每个基础平均每12天才能完成一台，平均日施工根数2根，遇到雨天等不利天气，现场泥泞，护筒搭接及拔插困难，桩基钢筋笼就位也因需要人工辅助在场地条件不佳的情况下而效率急剧降低，使得工期更加严峻，鉴于此，项目决定进行长螺旋钻孔混凝土灌注桩(Continuous flight auger，下文统称CFA)应用的研究，并配套设计承台基础形式FM-4。

2.2 CFA桩介绍

CFA技术全称为长螺旋钻孔泵送流态混凝土后置钢筋笼技术[3]，是由日本的CIP工法演变而来的，它与普通钻孔桩不同，它采用专用长螺旋钻孔机钻至预定深度，通过钻头活门向孔内连续泵注流态混凝土，至桩顶为止，然后插入钢筋笼而形成的桩体，是一种新型的桩基础施工手段，较普通的先成孔放置钢筋笼后浇筑混凝土的技术，能更好地控制断桩、缩径、塌孔等施工通病，施工质量容易得到保证；除此之外还有穿硬土层能力强、单桩承载力高、施工效率高、操作简便、低噪音、不扰民、不需要泥浆护壁、不排污、不挤土、施工现场文明、综合效益高的优点，工程成本与其他桩型相比也比较低廉。

2.3 CFA试桩

图2 长螺旋钻孔灌注桩桩机

需要指出的是，在可能采用CFA施工的地基区域，由于水饱和砂土均匀，且均匀系数U=d60/d10≈2,根据特殊岩土工程钻孔灌注桩施工规范[4]要求，指出1.5

根据当地法律法规要求，制定了试桩程序 [Programme of pile testing by static loading for foundation FM-4 on CFA-piles]，经过设计人员的取芯试验，确认了桩的均匀性及质量，才可考虑采用CFA进行基础设计，另外，由于地下水属于腐蚀性硫酸盐地质，需要指出的是CFA灌注选用的混凝土选必须采用当地要求的抗硫酸盐水泥进行配比。

2.4 试桩情况

为了使试验结果可靠并且具有代表性，根据现场地质条件分布，综合地质勘查结果情况，选取了两个代表性区域（24及28号机位）进行工程试桩，每个试验区5根桩，桩的具体排列以及测试项目，根据合同及当地法规及合同规定，采用了原位桩测试法[5]进行。

试桩单位及设计单位根据以往类似土壤中的经验提出试桩方案。并结合拟承包桩基施工单位具备的施工能力，提出调整试验方案的建议。最终确认CFA桩的直径为820mm，设计长度为11m[6](桩长度为12 m桩端1 m作为桩头混凝土砍去)，此设计长度的优点是不需要进行钢筋笼主筋接长，减少因钢筋连接不稳定造成的结构钢筋造成的结构承载力风险，设计单位根据计算给出CFA桩的具体配筋[7]，完成这些工作后，试桩承包单位根据试桩程序分别在两个试桩区域分别完成了5根试验桩的施工。

在完成足够的养护期后分别进行了桩基的抗压试验、抗拉试验以及桩的水平荷载试验，形成了如下测试记录：

①Log 018/1C of static testing of piles with tensile load(WTG 28);

②Log 018C of static testing of piles with compressive load(WTG 28);

③Log 018/2C of static testing of piles with lateral load(WTG 28);

④Log 020C of static testing of piles with tensile load(WTG 24);

⑤Log 020/2C of static testing of piles with lateral load(WTG 24);

⑥Log 020/1C of static testing of piles with compressive load(WTG 24)。

但需要注意的是，所有的需要进行试验的桩试验前应采用低应变法进行桩的完整性试验，只有确保桩的完整性，才能确保试桩数据的准确可用。根据上述6个试桩结果报告，CFA-pile的设计承载力总结如下表。

另外，在完成所有试验数据的采集后，需要对CFA施工技术在项目具体的土质条件下发生缩颈的情况进行确认，此步骤非常关键，为了不影响CFA承载力试验结果，此确认步骤放在了所有试验数据采集之后进行，具体操作为将所有10根试验桩周边的土体开挖至砂性土层，将桩体清洗干净，目测法观察并没有任何试验桩发生任何的缩颈情况，证明该技术在本项目具体地质条件下能够很好地抑制缩颈情况的发生。

设计承载力总结

2.5 试桩结论

所有的试验项目数据表明，确认应用该CFA桩施工技术在乌克兰锡瓦什风电项目具体地址条件下并不会发生缩颈情况，并且其承载力达到该类型桩其设计长度及桩径应有的承载力，得出该CFA桩基技术在本项目地质情况下可行性的结论，但具体的风机承台基础还需要将该桩基具体的试验结果数据另外进行承台设计，并最终确认是否可以采用该CFA桩基用于整体的风机基础设计。抗性要求，为配合比设计提供参考，通过对最终确认形成的“Calculation report on WTG foundations utilising foundation raft on continuous flight auger(CFA)piles”计算书，计算结果显示，该CFA技术可用于乌克兰锡瓦什风电项目基础承台桩基施工，经过最终的优化配筋后，最终形成施工图。由于其施工速度快，且单个基础总造价相较于采用全护筒钻孔灌注桩的节省5%，最终完成现场CFA桩技术对全护筒灌注桩技术的替换，大大推动了项目进度并节约了施工成本。

3 结论及成果

确认了CFA具体的技术参数后，根据试验结果的桩基承载力，进行最后的承台基础设计，由于承台设计为常规性计算，这里不做赘述，需要注意的是因为高地下水位，又处在锡瓦什湖边上的硫酸盐、氯盐地质中，不管是桩基设计还是承台的设计，都需要考虑混凝土抗腐蚀性要求，在最后的设计成果中提出具体