陸上山區風電機組普遍采用重力式基礎，該基礎具有整體穩定性高、占地面積大、混凝土用量大、土石方開挖回填量大等特點。如果基底有完整程度較好的基巖，采用巖石錨桿基礎，可明顯減小基礎尺寸，具備一定經濟效益。巖石錨桿大量應用于輸電線路鐵塔基礎中，在風電機組的基礎中尚未有豐富的應用經驗。對于巖石錨桿應用的地質條件、錨桿試驗和施工中的經驗也亟需積累。下面主要介紹安徽某風電場的錨桿基礎的設計和施工。

　　工程地質

　　該風電場共安裝29 臺2.1MW 風電機組，其中12#、21#、24# 三個機位基礎場地狹窄，傳統重力式基礎施工難度很大(圖1)。建設單位匯同設計、地勘單位現場踏勘，三個場地基巖埋藏較淺，巖石完整程度較高，初步認為可采用巖石錨桿基礎。根據下一步地質詳勘揭示：三個場地出露基巖地層為志留系上統茅山組(S3m) 石英砂巖夾少量泥質粉砂巖，覆蓋層為第四系殘坡積層(Q4el+dl)。

　　圖1 12#機位場地條件

　　根據室內試驗成果，結合地區經驗，地勘單位提出基巖物理力學參數指標建議值一覽表，見表1。

　　基礎設計

　　根據風電場工程風電機組機位地勘報告、風電機組制造廠提供的載荷和基礎設計條件，對風電機組基礎的結構強度、變形等進行計算(灌漿料與巖體之間粘結強度暫時按《風電機組地基基礎設計規定(試行)》FD 003 - 2007和《建筑地基基礎設計規范》GB50007 - 2011 選取)。承臺底板直徑D=13m，臺柱直徑d0=6.5m，基礎外緣高度h1=1m，棱臺高h2=0.8m，臺柱高h3=0.4m。基礎底面布置一圈錨桿，分布半徑為6m，共布置44 根;錨桿孔直徑d1=130mm，擴底部分直徑d2=230mm，錨桿錨固長度L=5m，深入基礎部分1m，采用6.8 級M55 錨栓。錨栓與鉆孔之間的灌漿材料采用高強無收縮水泥基灌漿砂漿，28d抗壓強度不小于60MPa。錨桿進入中風化石英砂巖示意圖見圖2。經計算，在風電機組極端載荷下單根錨桿所受最大上拔力標準值為353kN。

　　相較于重力式基礎，巖石錨桿基礎設計中需要對錨桿與基礎連接處的混凝土局壓、沖切、錨板的抗剪等進行驗算。經計算，與其它重力式基礎相比，混凝土方量減少50%，鋼材(包括錨桿和鋼筋)用量減少25%。

　　鉆孔機械應考慮鉆孔通過的巖層類型、成孔條件、錨固類型、錨桿長度、施工環境、地形條件、經濟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%。施工時必須采取可靠的定位措施保證錨桿與鉆孔同心。灌漿前應將孔清理干凈，孔壁不允許有泥膜存在，錨桿無收縮灌漿料應灌注密實。

　　巖石錨桿試驗

　　為取得擴底錨桿基礎設計所需參數，并驗證擴底錨桿基礎的可行性，需進行錨桿抗拔試驗。分別在12# 和24#兩個風電機組機位布置試驗場地。試驗采用2 個油壓千斤頂加反力橫梁的設備。12# 機位錨桿試驗見圖3。

　　錨桿極限抗拔試驗采用多循環加載，加載等級和位移觀測時間應符合表2 要求。

　　試驗確定的錨桿抗拔承力特征值為530kN，滿足承載力要求。

　　施工和驗收

　　在基坑開挖過程中不應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穩定性影響較小，基底埋深可以適當調整，以達到較完整基巖為準。在基坑開挖完成后必須聯同地勘、監理、建設單位進行驗槽。本工程在12# 機位驗槽中發現有一條貫穿基礎的約1m 寬含泥質砂巖條帶(圖4)，因此要求此機位增加驗收錨桿數量至6 根。

　　基礎墊層施工前必須將基底浮土、碎石清除并用水潤濕。

　　圖2 12#機位場地條件

　　巖石錨桿鉆孔施工中必須保證鉆孔機械穩定，防止因鉆機晃動導致鉆孔偏差。在其它工程中發現當巖石強度等級很高時，擴孔段難度較大，因此要求施工單位事先對巖石的強度、擴底刀頭的強度以及鉆機動力源的選擇做認真的評估，因為一旦開始施工，由于刀頭損壞或者擴底不到位導致施工中斷或延期將會給業主帶來損失。

　　當施工單位鉆孔完成后，監理單位應進行擴孔尺寸的檢查。

　　當工程錨桿灌漿強度達到一定后(至少14 天)，應進行驗收試驗。驗收試驗采用單個電控穿心千斤頂(見圖5)加載。驗收試驗數量除12# 機位取6 根錨桿外，其余機位各取4根，位置由現場監理隨機指定，優先選擇施工質量有疑問、側壁地質條件相對略差的錨桿。最大試驗荷載為承載力特征值1.5倍。此外為積累工程數據，本工程選取一定數量的錨桿進行了應力監測。錨桿驗收合格后進行下一步的鋼筋籠綁扎、基礎混凝土澆筑工作。

　　圖3 12#機位錨桿試驗

　　圖4 12#機位基坑驗槽

　　討論

　　巖石擴底錨桿基礎應用的最大的風險，在于地質條件的不確定性。這就要求在基礎方案選擇階段就進行詳勘，必要時在鉆孔的基礎上輔以一定數量的探槽等措施，對基巖埋深、完整程度等性質有最大程度的了解，防止基坑開挖后由于地質條件不符發生基礎方案的改變。

　　施工單位需要具備相關施工經驗，鉆孔設備的選擇是否得當往往決定工程是否能順利進行。

　　圖5 驗收試驗

　　結論

　　1 巖石擴底錨桿基礎可以顯著節約混凝土和鋼材用量。因錨桿基礎施工工序較多，現場踏勘后初選錨桿基礎方案的機位后，應盡快優先開展地質詳勘工作、盡早開挖基坑、進行錨桿試驗，保證整個風電場的竣工并網不受影響。

　　2 巖石擴底錨桿基礎對場地基巖強度和完整程度有較高要求。在基礎方案選擇前必須進行詳細的地質勘察，宜在鉆孔的基礎上輔以適當數量的探槽，以了解基巖的埋深、完整程度等。基坑開挖完成后應及時進行驗槽、備案，地勘和設計單位認可后再進行下一步工作。

　　3 工程錨桿施工前必須委托具有相關資質的單位進行試驗錨桿的施工、抗拔試驗。

　　4 施工單位必須事先對巖石的強度、擴底刀頭的強度以及鉆機動力源的選擇做認真的評估，防止施工延期。

　　5 必須嚴格施工質量流程控制，監理單位應對鉆孔及擴孔進行旁站、檢查。

　　6 工程錨桿養護至少14 天后需按規范進行驗收試驗，每臺風電機組不少于3 根。