陸上山區(qū)風(fēng)電機(jī)組普遍采用重力式基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)具有整體穩(wěn)定性高、占地面積大、混凝土用量大、土石方開挖回填量大等特點(diǎn)。如果基底有完整程度較好的基巖，采用巖石錨桿基礎(chǔ)，可明顯減小基礎(chǔ)尺寸，具備一定經(jīng)濟(jì)效益。巖石錨桿大量應(yīng)用于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)中，在風(fēng)電機(jī)組的基礎(chǔ)中尚未有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。對于巖石錨桿應(yīng)用的地質(zhì)條件、錨桿試驗(yàn)和施工中的經(jīng)驗(yàn)也亟需積累。下面主要介紹安徽某風(fēng)電場的錨桿基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工。
工程地質(zhì)
該風(fēng)電場共安裝29 臺(tái)2.1MW 風(fēng)電機(jī)組，其中12#、21#、24# 三個(gè)機(jī)位基礎(chǔ)場地狹窄，傳統(tǒng)重力式基礎(chǔ)施工難度很大(圖1)。建設(shè)單位匯同設(shè)計(jì)、地勘單位現(xiàn)場踏勘，三個(gè)場地基巖埋藏較淺，巖石完整程度較高，初步認(rèn)為可采用巖石錨桿基礎(chǔ)。根據(jù)下一步地質(zhì)詳勘揭示：三個(gè)場地出露基巖地層為志留系上統(tǒng)茅山組(S3m) 石英砂巖夾少量泥質(zhì)粉砂巖，覆蓋層為第四系殘坡積層(Q4el+dl)。
圖1 12#機(jī)位場地條件
根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，地勘單位提出基巖物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)建議值一覽表，見表1。
基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
根據(jù)風(fēng)電場工程風(fēng)電機(jī)組機(jī)位地勘報(bào)告、風(fēng)電機(jī)組制造廠提供的載荷和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)條件，對風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形等進(jìn)行計(jì)算(灌漿料與巖體之間粘結(jié)強(qiáng)度暫時(shí)按《風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定(試行)》FD 003 - 2007和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007 - 2011 選取)。承臺(tái)底板直徑D=13m，臺(tái)柱直徑d0=6.5m，基礎(chǔ)外緣高度h1=1m，棱臺(tái)高h(yuǎn)2=0.8m，臺(tái)柱高h(yuǎn)3=0.4m。基礎(chǔ)底面布置一圈錨桿，分布半徑為6m，共布置44 根;錨桿孔直徑d1=130mm，擴(kuò)底部分直徑d2=230mm，錨桿錨固長度L=5m，深入基礎(chǔ)部分1m，采用6.8 級(jí)M55 錨栓。錨栓與鉆孔之間的灌漿材料采用高強(qiáng)無收縮水泥基灌漿砂漿，28d抗壓強(qiáng)度不小于60MPa。錨桿進(jìn)入中風(fēng)化石英砂巖示意圖見圖2。經(jīng)計(jì)算，在風(fēng)電機(jī)組極端載荷下單根錨桿所受最大上拔力標(biāo)準(zhǔn)值為353kN。
相較于重力式基礎(chǔ)，巖石錨桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需要對錨桿與基礎(chǔ)連接處的混凝土局壓、沖切、錨板的抗剪等進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算，與其它重力式基礎(chǔ)相比，混凝土方量減少50%，鋼材(包括錨桿和鋼筋)用量減少25%。
鉆孔機(jī)械應(yīng)考慮鉆孔通過的巖層類型、成孔條件、錨固類型、錨桿長度、施工環(huán)境、地形條件、經(jīng)濟(jì)型和施工速度等因素選擇。要求孔位偏差不大于20mm，孔位傾斜度不大于5%。施工時(shí)必須采取可靠的定位措施保證錨桿與鉆孔同心。灌漿前應(yīng)將孔清理干凈，孔壁不允許有泥膜存在，錨桿無收縮灌漿料應(yīng)灌注密實(shí)。
巖石錨桿試驗(yàn)
為取得擴(kuò)底錨桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需參數(shù)，并驗(yàn)證擴(kuò)底錨桿基礎(chǔ)的可行性，需進(jìn)行錨桿抗拔試驗(yàn)。分別在12# 和24#兩個(gè)風(fēng)電機(jī)組機(jī)位布置試驗(yàn)場地。試驗(yàn)采用2 個(gè)油壓千斤頂加反力橫梁的設(shè)備。12# 機(jī)位錨桿試驗(yàn)見圖3。
錨桿極限抗拔試驗(yàn)采用多循環(huán)加載，加載等級(jí)和位移觀測時(shí)間應(yīng)符合表2 要求。
試驗(yàn)確定的錨桿抗拔承力特征值為530kN，滿足承載力要求。
施工和驗(yàn)收
在基坑開挖過程中不應(yīng)對巖石采取爆破措施，防止對基底巖石完整程度造成破壞。由于上覆填土對基礎(chǔ)穩(wěn)定性影響較小，基底埋深可以適當(dāng)調(diào)整，以達(dá)到較完整基巖為準(zhǔn)。在基坑開挖完成后必須聯(lián)同地勘、監(jiān)理、建設(shè)單位進(jìn)行驗(yàn)槽。本工程在12# 機(jī)位驗(yàn)槽中發(fā)現(xiàn)有一條貫穿基礎(chǔ)的約1m 寬含泥質(zhì)砂巖條帶(圖4)，因此要求此機(jī)位增加驗(yàn)收錨桿數(shù)量至6 根。
基礎(chǔ)墊層施工前必須將基底浮土、碎石清除并用水潤濕。
圖2 12#機(jī)位場地條件
巖石錨桿鉆孔施工中必須保證鉆孔機(jī)械穩(wěn)定，防止因鉆機(jī)晃動(dòng)導(dǎo)致鉆孔偏差。在其它工程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)巖石強(qiáng)度等級(jí)很高時(shí)，擴(kuò)孔段難度較大，因此要求施工單位事先對巖石的強(qiáng)度、擴(kuò)底刀頭的強(qiáng)度以及鉆機(jī)動(dòng)力源的選擇做認(rèn)真的評(píng)估，因?yàn)橐坏╅_始施工，由于刀頭損壞或者擴(kuò)底不到位導(dǎo)致施工中斷或延期將會(huì)給業(yè)主帶來損失。
當(dāng)施工單位鉆孔完成后，監(jiān)理單位應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)孔尺寸的檢查。
當(dāng)工程錨桿灌漿強(qiáng)度達(dá)到一定后(至少14 天)，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)。驗(yàn)收試驗(yàn)采用單個(gè)電控穿心千斤頂(見圖5)加載。驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)量除12# 機(jī)位取6 根錨桿外，其余機(jī)位各取4根，位置由現(xiàn)場監(jiān)理隨機(jī)指定，優(yōu)先選擇施工質(zhì)量有疑問、側(cè)壁地質(zhì)條件相對略差的錨桿。最大試驗(yàn)荷載為承載力特征值1.5倍。此外為積累工程數(shù)據(jù)，本工程選取一定數(shù)量的錨桿進(jìn)行了應(yīng)力監(jiān)測。錨桿驗(yàn)收合格后進(jìn)行下一步的鋼筋籠綁扎、基礎(chǔ)混凝土澆筑工作。
圖3 12#機(jī)位錨桿試驗(yàn)
圖4 12#機(jī)位基坑驗(yàn)槽
討論
巖石擴(kuò)底錨桿基礎(chǔ)應(yīng)用的最大的風(fēng)險(xiǎn)，在于地質(zhì)條件的不確定性。這就要求在基礎(chǔ)方案選擇階段就進(jìn)行詳勘，必要時(shí)在鉆孔的基礎(chǔ)上輔以一定數(shù)量的探槽等措施，對基巖埋深、完整程度等性質(zhì)有最大程度的了解，防止基坑開挖后由于地質(zhì)條件不符發(fā)生基礎(chǔ)方案的改變。
施工單位需要具備相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，鉆孔設(shè)備的選擇是否得當(dāng)往往決定工程是否能順利進(jìn)行。
圖5 驗(yàn)收試驗(yàn)
結(jié)論
1 巖石擴(kuò)底錨桿基礎(chǔ)可以顯著節(jié)約混凝土和鋼材用量。因錨桿基礎(chǔ)施工工序較多，現(xiàn)場踏勘后初選錨桿基礎(chǔ)方案的機(jī)位后，應(yīng)盡快優(yōu)先開展地質(zhì)詳勘工作、盡早開挖基坑、進(jìn)行錨桿試驗(yàn)，保證整個(gè)風(fēng)電場的竣工并網(wǎng)不受影響。
2 巖石擴(kuò)底錨桿基礎(chǔ)對場地基巖強(qiáng)度和完整程度有較高要求。在基礎(chǔ)方案選擇前必須進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，宜在鉆孔的基礎(chǔ)上輔以適當(dāng)數(shù)量的探槽，以了解基巖的埋深、完整程度等。基坑開挖完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)槽、備案，地勘和設(shè)計(jì)單位認(rèn)可后再進(jìn)行下一步工作。
3 工程錨桿施工前必須委托具有相關(guān)資質(zhì)的單位進(jìn)行試驗(yàn)錨桿的施工、抗拔試驗(yàn)。
4 施工單位必須事先對巖石的強(qiáng)度、擴(kuò)底刀頭的強(qiáng)度以及鉆機(jī)動(dòng)力源的選擇做認(rèn)真的評(píng)估，防止施工延期。
5 必須嚴(yán)格施工質(zhì)量流程控制，監(jiān)理單位應(yīng)對鉆孔及擴(kuò)孔進(jìn)行旁站、檢查。
6 工程錨桿養(yǎng)護(hù)至少14 天后需按規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組不少于3 根。
