陸上山區(qū)風電機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。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)濟效益。巖石錨桿大量應(yīng)用于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)中，在風電機組的基礎(chǔ)中尚未有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗。對于巖石錨桿應(yīng)用的地質(zhì)條件、錨桿試驗和施工中的經(jīng)驗也亟需積累。下面主要介紹安徽某風電場的錨桿基礎(chǔ)的設(shè)計和施工。

　　工程地質(zhì)

　　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(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、地勘單位現(xiàn)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(chǔ)。根據(jù)下一步地質(zhì)詳勘揭示：三個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#機位場地條件

　　根據(jù)室內(nèi)試驗成果，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗，地勘單位提出基巖物理力學(xué)參數(shù)指標建議值一覽表，見表1。

　　基礎(chǔ)設(shè)計

　　根據(jù)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(chǔ)設(shè)計條件，對風電機組基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)強度、變形等進行計算(灌漿料與巖體之間粘結(jié)強度暫時按《風電機組地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)定(試行)》FD 003 - 2007和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007 - 2011 選取)。承臺底板直徑D=13m，臺柱直徑d0=6.5m，基礎(chǔ)外緣高度h1=1m，棱臺高h2=0.8m，臺柱高h3=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(jīng)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(chǔ)，巖石錨桿基礎(chǔ)設(shè)計中需要對錨桿與基礎(chǔ)連接處的混凝土局壓、沖切、錨板的抗剪等進行驗算。經(jīng)計算，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(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。

　　巖石錨桿試驗

　　為取得擴底錨桿基礎(chǔ)設(shè)計所需參數(shù)，并驗證擴底錨桿基礎(chǔ)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(shè)備。12# 機位錨桿試驗見圖3。

　　錨桿極限抗拔試驗采用多循環(huán)加載，加載等級和位移觀測時間應(yīng)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(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，基底埋深可以適當調(diào)整，以達到較完整基巖為準。在基坑開挖完成后必須聯(lián)同地勘、監(jiān)理、建設(shè)單位進行驗槽。本工程在12# 機位驗槽中發(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)，因此要求此機位增加驗收錨桿數(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#機位場地條件

　　巖石錨桿鉆孔施工中必須保證鉆孔機械穩(wěn)定，防止因鉆機晃動導(dǎo)致鉆孔偏差。在其它工程中發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致施工中斷或延期將會給業(yè)主帶來損失。

　　當施工單位鉆孔完成后，監(jiān)理單位應(yīng)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(yīng)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(shù)量除12# 機位取6 根錨桿外，其余機位各取4根，位置由現(xiàn)場監(jiān)理隨機指定，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)量的錨桿進行了應(yīng)力監(jiān)測。錨桿驗收合格后進行下一步的鋼筋籠綁扎、基礎(chǔ)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(chǔ)應(yīng)用的最大的風險，在于地質(zhì)條件的不確定性。這就要求在基礎(chǔ)方案選擇階段就進行詳勘，必要時在鉆孔的基礎(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，鉆孔設(shè)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(jié)論

　　1 巖石擴底錨桿基礎(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、進行錨桿試驗，保證整個風電場的竣工并網(wǎng)不受影響。

　　2 巖石擴底錨桿基礎(chǔ)對場地基巖強度和完整程度有較高要求。在基礎(chǔ)方案選擇前必須進行詳細的地質(zhì)勘察，宜在鉆孔的基礎(chǔ)上輔以適當數(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)及時進行驗槽、備案，地勘和設(shè)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(guān)資質(zhì)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(zhì)量流程控制，監(jiān)理單位應(yīng)對鉆孔及擴孔進行旁站、檢查。

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