2.4 新型基础施工

随着我国风电事业的快速发展，风力发电工程施工技术不断提高和完善，尤其是新型风力发电机组基础结构型式不断涌现，使得风电工程逐步实现造价降低、工期缩短、施工工艺简化等，为风电事业的后续发展提供动力。

目前，国内风电工程中出现的新型风力发电机组基础主要有由传统的钻孔灌注桩发展而来的钻孔扩底灌注桩（简称钻孔扩底桩），对传统灌注桩进行改进的后压浆灌注桩，由板筏基础发展而来的梁板式预应力锚栓基础。下面对以上几种新型基础型式及施工方法作简单介绍。

2.4.1 钻孔扩底桩

2.4.1.1 概述

钻孔扩底桩是在用各种回转钻机正常成孔后，用专门的扩底钻头将其底部扩大，然后下设钢筋笼、浇筑混凝土所形成的灌注桩。钻孔扩底桩的上部呈圆柱形，底部呈圆台形。在桩基设计中，为了增加单桩的桩端承载力，采用扩底桩是一种经济有效的方法。

钻孔扩底桩的扩底方法可分为正循环回转钻孔扩底法、反循环钻孔扩底法和螺旋钻孔扩底法三种。反循环钻孔扩底法适用于可塑至硬塑状态的黏性土、粉土、中密至密实砂土和碎石土层；螺旋钻孔扩底法适用于地下水位以上的一般黏性土、红黏土、粉土、湿陷性黄土和密实的砂土层。正循环钻孔时的泥浆上返流速较小，故只适合在细颗粒地层中扩孔，且扩孔直径较小。另外，装有硬质合金滚刀的扩孔钻头也可在基岩中扩孔。

扩底直径为桩径的1.5～3.0倍，最大扩底直径为4m。桩底扩大头的边坡线与垂直线间的夹角一般不大于14°，即边坡坡度不小于4：1。

钻孔扩底桩施工具有以下特点：

（1）只有在稳定地层才能进行扩底。

（2）可以进行单节扩底和多节扩底。

（3）必须使用专门的扩底钻头。

（4）一般钻孔深度较浅。

2.4.1.2 设备和机具

1.钻机

扩底方法依赖于回转钻进方法，故其使用的钻机与前述回转钻进所用的钻机相同。当采用液压扩孔钻头时，需要增加配套的液压系统。

2.扩底钻头

目前国内外扩底钻头的类型较多；按扩底刀具的驱动力不同，可分为自重式、油压式、水压式三大类；按扩底刀具的开闭方式不同，有上开式、下开式、滑降式、推出式等类型，其示意如图2-10所示。

图2-10 扩底钻头开闭方式示意图

3.扩底施工要点

（1）正、反循环回转钻孔桩扩底。

1）扩底钻头的最大扩孔直径应与设计扩底直径一致。当采用自重式扩底钻头时，翼片张开后的高度和坡度还必须与设计扩底形状一致。

2）下扩底钻头之前应检查扩底钻头翼板的张开和收拢是否灵活。

3）扩底钻头下到孔底后，应先保持空转不进尺，然后逐渐张开扩刀切土扩底。

4）扩底速度不宜过快，并注意控制钻机扭矩在钻头强度允许的范围内。

5）扩底时应保持泥浆循环，并适当调高泥浆的密度和黏度，泥浆流量应与排渣量相适应，正循环排渣流量不宜小于120m³/h；扩底转速一般为10～20r/min。

6）扩底完毕后，应继续空转和循环泥浆一段时间，以清除孔底沉渣。

7）黏土、粉土、碎石层扩孔可采用一般刮刀扩孔钻头，卵石和岩石地层扩孔应采用滚刀扩孔钻头。

（2）螺旋钻孔桩扩底。

1）螺旋钻孔扩底桩由桩身、扩大头和桩根组成，如图2-11所示。由于螺旋钻孔是干作业，扩孔时的钻渣不能及时排出，故必须在钻孔底部留出一段暂存扩孔钻渣的空间，不能将扩大头置于桩的最底端。

2）用螺旋钻具钻完桩孔后，提出螺旋钻具，将扩底工具下至设计深度的持力层中进行扩底，形成扩大头空腔，扩底时切下的渣土集中到下部的桩根空腔内。

图2-11 螺旋钻孔扩底桩

3）把带有取土装置的螺旋钻具下到桩根部位旋转，将集中在此处的渣土取出，清底后再钻深100mm，桩根应不留虚土。

4）扩底应分次进行，每次剥土量应根据桩根空腔体积确定，满腔后将扩底工具提出，再下螺旋钻具取土。

5）扩底位置和形状，应在钻机设专门标志线进行检查。

6）遇漂石应暂停扩底，待用其他方法取出漂石后再继续扩底操作。

2.4.2 后压浆灌注桩

灌注桩后压浆工法可用于各类钻、挖、冲孔灌注桩及地下连续墙的沉渣（虚土）、泥皮和桩底、桩侧一定范围土体的加固。

2.4.2.1 施工工艺要求

1.后压浆装置的设置规定

（1）后压浆导管应采用钢管，且应与钢筋笼加劲筋绑扎固定或焊接。

（2）桩端后压浆导管及注浆阀数量宜根据桩径大小设置。对于直径不大于1200mm的桩，宜沿钢筋笼圆周对称设置2根；对于直径大于1200mm而不大于2500mm的桩，宜对称设置3根。

（3）对于桩长超过15m且承载力增幅要求较高者，宜采用桩端桩侧复式注浆。桩侧后压浆管阀设置数量应综合地层情况、桩长和承载力增幅要求等因素确定，可在离桩底5～15m以上、桩顶8m以下，每隔6～12m设置一道桩侧注浆阀，当有粗粒土时，宜将注浆阀设置于粗粒土层下部，对于干作业成孔灌注桩宜设于粗粒土层中部。

（4）对于非通长配筋桩，下部应有不少于2根与注浆管等长的主筋组成的钢筋笼通底。

（5）钢筋笼应沉放到底，不得悬吊，下笼受阻时不得撞笼、墩笼、扭笼。

2.压浆设备

后压浆阀应具备下列性能：

（1）注浆阀应能承受1MPa以上静水压力；注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬质物的刮撞而不致使管阀受损。

（2）注浆阀应具备逆止功能。

3.注浆施工

浆液配比、终止注浆压力、流量、注浆量等参数设计应符合下列规定：

（1）浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土水灰比宜为0.45～0.65，对于非饱和土水灰比宜为0.7～0.9（松散碎石土、砂砾宜为0.5～0.6）；低水灰比浆液宜掺入减水剂。

（2）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，对于风化岩、非饱和黏性土及粉土，注浆压力宜为3～10MPa；对于饱和土层注浆压力宜为1.2～4MPa，软土宜取低值，密实黏性土宜取高值。

（3）注浆流量不宜超过75L/min。

（4）单桩注浆量的设计应根据桩径、桩长、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，其估算公式为

式中 α_p、α_s——桩端、桩侧注浆量经验系数，α_p取1.5～1.8，α_s取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；

G _c——注浆量，以水泥质量计，t。

对独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数。

（5）后压浆作业开始前，宜进行注浆试验，优化并最终确定注浆参数。

4.作业时间

后压浆作业起始时间、顺序和速率应符合下列规定：

（1）注浆作业宜于成桩2天后开始。

（2）注浆作业与成孔作业点的距离不宜小于8～10m。

（3）对于饱和土中的复式注浆顺序宜先桩侧后桩端；对于非饱和土宜先桩端后桩侧；多断面桩侧注浆应先上后下；桩侧桩端注浆间隔时间不宜少于2h。

（4）桩端注浆应对同一根桩的各注浆导管依次实施等量注浆。

（5）对于桩群注浆宜先外围、后内部。

5.终止注浆条件

当满足下列条件之一时可终止注浆：

（1）注浆总量和注浆压力均达到设计要求。

（2）注浆总量已达到设计值的75%，且注浆压力超过设计值。

6.其他

（1）当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，间歇时间宜为30～60min，或调低浆液水灰比。

（2）后压浆施工过程中，应经常对后压浆的各项工艺参数进行检查，发现异常应采取相应处理措施。当注浆量等主要参数达不到设计值时，应根据工程具体情况采取相应措施。

2.4.2.2 质量检查及验收

后压浆桩基工程质量检查和验收应符合下列要求：

（1）后压浆施工完成后应提供水泥材质检验报告、压力表检定证书、试注浆记录、设计工艺参数、后压浆作业记录、特殊情况处理记录等资料。

（2）在桩身混凝土强度达到设计要求的条件下，承载力检验应在后压浆20天后进行，浆液中掺入早强剂时可于注浆15天后进行。

2.4.3 梁板式预应力锚栓基础

随着陆上风力发电机组的大型化，而大功率风力发电机组的基础要承受较大的弯矩，基础范围往往比较大，因而悬挑长度大，经济性差。针对传统板式基础在设计、施工、耐久性等方面存在的问题，采用新型梁板式预应力锚栓基础代替传统板筏基础是未来陆上风机基础的主要发展方向。新型梁板式预应力锚栓基础示意如图2-12、图2-13所示。

图2-12 梁板式预应力锚栓基础平面图

图2-13 梁板式预应力锚栓基础剖面图

2.4.3.1 优点

梁板式预应力锚栓具有以下优点：

（1）锚栓贯穿基础整个高度，直达基础底板，基础整体性好，无薄弱环节。

（2）采用高强螺栓液压张拉器对锚栓施加准确的预拉力，使上、下锚板对钢筋混凝土施加压力，基础受弯时，混凝土压应力有所释放但始终处于受压状态，不会出现裂缝。

（3）基础墩柱中竖向钢筋几乎不受力，仅需按构造配置预应力钢筋混凝土中的非预应力钢筋。

（4）锚筋和锚栓交叉架设，不影响相互穿插，基础整体性好，施工更便利。

2.4.3.2 梁板式预应力锚栓基础施工工艺

梁板式预应力锚栓基础施工工艺：基础垫层施工→基础防水施工→预埋件埋设→测量放线→地梁钢筋绑扎→底板钢筋绑扎→后浇带止水钢板设置及外墙止水钢板设置（地下部分的）→外墙吊模支设→底板混凝土浇筑→外墙混凝土浇筑。