灌注桩后压浆技术在风电基础中的应用
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摘 要：钻孔灌注桩的施工过程中，因泥浆护壁及清孔不彻底，常在桩周及桩底形成软弱层，使得钻孔灌注桩摩擦力及端阻力不能有效地发挥，钻孔灌注桩承载力不能满足设计要求。桩后压浆便是解决上述问题的一种有效措施，其是在灌注桩成桩后，通过预埋管把配置好的水泥浆以一定压力强行注入桩端土层或者桩周土体，以提高土层承载力及桩与土之间的摩阻力，达到提高桩极限承载力、减少基桩工程量、降低工程造价的目的。
关键词：后压浆；灌注桩；桩基；风电基础
1 工程概况
本工程为我国东北地区某风电场，场址位于科尔沁沙漠地带，属断陷堆积地形，按成因形态属沙丘覆盖的冲湖积平原，场区多沙丘，地表植被稀少，多风沙。该风电场场址区域面积约24km2，东西向长约6km，南北向长约4km，风电场总装机规模为100.5MW。采用67台单机容量1500kW风电机组。
场地区域构造稳定，不存在导致场地滑移的断裂、震陷及区域地面沉降等重大不良地质现象，场地总体来说较为稳定，采用适当工程措施后，适宜于本风电场的建设。
2 工程地质条件
场地53.85m深度范围内，覆盖层成因为第四系风积和冲湖积，岩性以细砂为主，局部夹有薄层粉质粘土及粉土、粉砂，状态总体自上而下渐好，各土层分布与特征自上而下描述如下：
①层灰黄色粉细砂：厚约3.00～6.20m，系新近风积而成，状态较为松散，稍湿，夹少量粉土。
②层灰黄～浅黄、青灰色细砂：厚约4.00～17.70m，且自两往东渐厚，湿～饱和，状态稍密～中密，且自上往下渐好；夹少量粉土、粉砂薄层。天然地基承载力特征值fak为 160～180kPa。
③层浅黄～青灰色细砂： 53.85m深度未钻穿该层，饱和，颜色自西往东由浅黄色渐变为青灰色，层面埋深自西往东渐深，状态密实，且自上往下渐好，夹少量粉质粘土薄层（③夹），粉质粘土夹层自西往东渐多、渐厚，厚约0.95～2.30m。天然地基承载力特征值fak 为220～300 kPa。
本工程各风机宜采用桩基础，根据场地地基土的分布与特征，若选择预制桩方案，可以③层上部为桩基持力层，在局部②层埋深较大区域，可以②层底部为桩基持力层；若选择灌注桩方案，则以③层为桩基持力层，且尽量避开③夹层。桩基设计参数详见表2-1。
表2-1 桩基设计参数表
注：h为桩端入土深度。
3 风机基础桩型比选
3.1 基础承台结构尺寸拟定
风机基础承台为圆形基础，平面尺寸满足基础桩群布置和上部风机基础环的布置要求，厚度拟定为2.8m。承台共分三节，上节为直径7.0m的圆柱体，高度为0.5m；下节为直径13.0的圆柱体，高度为1.8m；中节为圆台体，高度为0.5m，圆台斜面坡比为1：6.0。承台基础下布置8根桩，桩径为1.00m， 8根桩沿承台中心半径为5m的圆周上均匀布置。
3.2 桩型比选
根据本场区地质情况，土层分布以砂土为主，标贯击数较大，属中密～密实，若采用预制管桩，可能会造成沉桩施工困难等问题，根据综合因素考虑后，本工程基础桩型选定为钻孔灌注桩。
为了进一步节省工程造价，钻孔灌注桩根据施工工艺不同又分两种方案进行了分析比较：方案一为普通钻孔灌注桩；方案二为桩端后压浆灌注桩。两种桩型结构见图3-1、图3-2。
图3-1 普通钻孔灌注桩结构图（方案一）
图3-2 后压浆钻孔灌注桩结构图（方案二）
（1）普通钻孔灌注桩计算分析
大直径桩钻孔灌注桩单桩竖向极限抗压承载力标准值可按下列公式计算：
Quk=Qsk+ Qpk=u∑ψsiqsikli+ψp qpkAp
Quk——单桩竖向承载力标准值；
Qsk——总极限侧阻力标准值；
Qpk——总极限端阻力标准值；
qsik——第i土层初始极限侧阻力标准值；
qpk——极限端阻力标准值；
Ap——桩端面积；
li——第i层土的厚度；
u——桩身周长
ψsi、ψp——大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数
（2）后压浆钻孔灌注桩计算分析
钻孔灌注桩桩后压浆单桩竖向极限承载力标准值可按下列公式计算：
Quk=Qsk+Qgsk+Qgpk=u∑qsjklj+u∑βsiqsikli+βpqpkAp
Qsk——后压浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值；
Qgsk——后压浆竖向增强段的总极限端阻力标准值；
Qgpk——后压浆总极限端阻力标准值；
lj——后压浆非竖向增强段第j层土的厚度；
li——后压浆竖向增强段内第i层土厚度；
qsjk——后压浆非竖向增强段第j土层初始极限侧阻力标准值；
qsik——后压浆竖向增强段第i土层初始极限侧阻力标准值；
qpk——初始极限端阻力标准值；
βsi、βp——后压浆侧阻力、端阻力增强系数；
（按细砂层取值：βsi=1.6，βp=2.4）
（3）计算结果分析
按照《风电机组地基基础设计规定》中的相关规定和要求，计算方法运用m法，土体水平抗力用弹簧单元模拟。桩基的计算包括桩的竖向承载力（抗压、抗拔）、水平位移等内容。两种方案的计算成结果分别见表3-1、表3-2。
表3-1 灌注桩方案一（8根桩，平均桩长37米）计算成果表
表3-2 灌注桩方案二（8根桩，平均桩长29米）计算成果表
从表3-1、3-2可以看出，方案二的桩长比方案一的桩长减短8m，单桩承载力也能满足要求，说明采取桩端后压浆技术，能有效减少灌注桩工程量。
4 灌注桩后压浆施工
灌注桩后压浆是指利用压力作用，通过注浆管把某些能固化的浆液均匀地注入地层中，浆液以充填、渗透和挤密等方式，排挤出土颗粒间或岩石裂隙中存在的自由水与气体，从而把原来松散的土粒或裂隙胶结成具有一定强度的实体。根据不同的土层性质，采用不同的注浆方法，软弱淤泥层宜采用压密注浆，硬的粉质粘土宜采用劈裂注浆，而砂砾石层则宜采用渗透注浆。
为了保证注浆效果，不仅要实施正确的施工工艺，而且要选择正确的注浆参数，主要为注浆压力、浆液水灰比、注浆流量和单桩注浆量。
（1）桩端注浆终止注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，对于饱和土层注浆压力宜为1.2～4Mpa；
（2）浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，本工程为饱和砂土，水灰比采用0.45～0.65；
（3）注浆流量不宜超过75L/min；
（4）单桩注浆量的根据桩长、桩径、桩端桩侧土层性质、单桩承载力增幅及是否复式注浆等因素确定，可按下式估算：
式中： 、 -分别为桩端、桩侧注浆量经验系数， =1.5～1.8，
=0.5～0.7；对于卵、砾石、中粗砂取较高值；
n- 桩侧注浆断面数；
d-基桩设计直径（m）
-注浆量，以水泥质量计（t）。
5 桩端后压浆灌注桩现场试验结果分析
本工程灌注桩正式施工前在场区内进行了桩基动侧及静载试验，以验证设计理论与现场实际是否相符。
高应变及静载检测结果见表5-1～5-2：
表5-1 基桩高应变动测结果表
表5-2 静载试验单桩竖向承载力特征值
从表5-1和表5-2中可以看出，桩基动侧及静载试验得出的单桩承载力远大于设计承载力，说明本工程桩端后压浆对提高单桩承载力效果明显。
6 结语
本风电工程风机基础采用后压浆灌注桩，相比较普通灌注桩而言，每根基桩桩长缩短了8.0m（减短22%），工程造价降低六百万元，且单桩承载力裕度较大，工程质量更有保证。工程量的减少，不仅提高经济效益，而且节约了建筑材料，社会效益显著。
参考文献
[1] 建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008 ）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2] 史佩栋.桩基工程手册（桩和桩基础手册）[M]. 北京：人民交通出版社，2008.
作者简介
吴泽，男，83年8月生，06年毕业于河海大学水利水电工程专业（本科），上海勘测设计研究院助理工程师。