复合地基在风机基础中的应用

陶铁铃 陈玉梅 李宇飞

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010）

复合地基在风机基础中的应用

陶铁铃 陈玉梅 李宇飞

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010）

本文针对风机基础设计中天然地基承载力不足的问题，结合某风电场工程，采取水泥土搅拌桩处理风机基础粉土地基，该方案能有效提高地基承载力，还能减少基础工程投资，可供国内类似工程参考。

复合地基；风机；基础

1 工程概况及地质

某风电场工程位于河南省，地处黄河故道，为华北平原中黄河冲积平原的一个重要组成部分。风电场场内多为耕地，存在少量树木，地势平坦开阔，海拔高度约50～60m。该场区的地层岩性主要为第四系（Q）的砂质粉土、粉土、粉质黏土、砂质粉土、细砂组成。①砂质粉土：褐黄色，稍湿～湿，稍密，中压缩性。②粉土：黄褐色，湿，稍密，含云母，摇振反应强烈，中～低压缩性。③粉质黏土：黄褐色，湿，中密，可塑，中～低压缩性。④砂质粉土：灰黄色，湿，中密～密实，摇振反应中等，无光泽反应，干强度和韧性低。⑤细砂：黄色，稍湿，中密，主要成分为石英、长石，含螺壳残片。地层岩土物理力学指标建议值见表1。

本风电场风机单机容量为2.0MW，叶轮直径115m，轮毂高度100m，风机荷载通过塔筒传至风机基础，风机基础承受了较大的竖向力及倾覆弯矩，因此对地基承载力要求较高，①-④层天然地基承载力较低，不满足地基承载力要求，需要进行地基处理。

针对风电场的地质条件及风机荷载资料，选用水泥土搅拌桩复合地基，水泥土搅拌桩是以水泥为固化剂，经过水化反应及水解反应［1］，可生成氢氧化钙、含水硅酸钙等化合物，在水中和空气中逐渐硬化；钙离子与土中交换性钠钾离子发生交换作用，使原来土颗粒集合成较大团粒；水泥水化物中的游离氢氧化钙吸收水和空气中的二氧化碳，生成不溶于水的碳酸钙，使水泥土强度增加，以此来提高地基承载力，该方法施工简便，成本较低。

表1 天然地基相关参数

2 水泥土搅拌桩地基加固设计

根据风机基础受力特性，初拟风机基础底板直径约19m，在基底21m×21m的范围内采用正方形布桩形式，桩间距s=0.88m，水泥土搅拌桩面积置换率m=25%，桩径0.5m，设计桩长6m，设计方案见图1。固化剂选用强度等级为42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量为18%，水泥浆水灰比为0.55。经计算水泥土搅拌桩单桩承载力120kN，其复合地基承载力根据地基承载力深宽修正公式，修正后的复合地基承载力可达到200kPa以上，满足设计要求。

图1 水泥土搅拌桩设计方案

3 水泥土搅拌桩施工方案

水泥土搅拌桩是在我国发展起来的地基处理新技术，它是通过特制的深层搅拌机械在地层深部就地将软土和水泥强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于软弱地基，对于淤泥质土、粉质黏土及饱和性土等软土地基的处理效果显著，在施工中无噪音、无振动，对环境无污染；缺点是该地基处理方案对施工质量控制的要求较高，质量把控不到位，可能达不到设计要求的复合地基承载力。

水泥土搅拌桩施工过程中有几个重要的时间节点，如下。①水泥土搅拌桩正式开工前必须做试桩施工，以检验机具性能及施工工艺中的各项技术参数。其中包括最佳的灰浆稠度、工作压力、钻进和提升速度等。②清理场地，并用压路机碾压平整，以利于桩机移位。③根据设计的总平面图，先放出施工段内轴线，根据桩位，钻机对准桩位对位，机身垂直。④在确认浆液从搅拌叶的出浆口喷出后方可启动搅拌机，以60r/min的转速和1m/min的钻进速度，顺时针方向边钻边注浆，直至设计桩长，再继续喷浆15min后停泵，改逆时针方向搅拌，提升至设计桩顶。⑤为使软土和水泥浆液搅拌均匀，再次将搅拌机钻进下沉，直至设计深度，再将搅拌机按规定速度反转提升出地面。单个机位，采用1台深层搅拌机设备，8～10d可完成对机位水泥土搅拌桩的打桩灌浆工作。⑥在成桩3d内，采用轻型动力触探（N10）检测上部桩的均匀性，检测比例为1%，且不少于3根［3］。⑦桩体强度试验：成桩28d后，对搅拌桩进行抽芯检测，检验桩身连续性和均匀程度。成桩的芯样可进行室内桩体无侧限抗压强度试验，验证桩体的整体强度及桩体变形情况，经取芯的桩需用水泥砂浆填满，检测比例为0.5%～1%。⑧复合地基静载试验：成桩28d后，在交付使用前，做静载试验，以验证搅拌桩的单桩承载力及复合地基的承载力，检验其是否满足设计要求，抽检比例0.2%。

4 加固效果

为了判断水泥土搅拌桩的处理效果，需要进行单桩承载力及复合地基承载力检测，常采用荷载试验进行检测。根据检测结果得知，单桩承载力及复合地基承载力均能满足要求。

根据本项目的地质条件，对粉土地基采用不同的地基处理方案进行了经济比较，若采用换填法则用于基础处理的费用约23万元，若采用混凝土灌注桩法则用于基础处理的费用约21万元，而采用水泥土搅拌桩法则用于基础处理的费用约15万元，通过该工程实例表明，在粉土地基中采用水泥土搅拌桩节约了基础处理的投资，提高了工程的经济效益。

5 结语

应用水泥土搅拌桩处理风机基础粉土地基不仅能达到良好的处理效果，还能减少基础工程投资，提高风电项目的经济效益，可供国内类似工程参考。

［1］薛殿基，仲林.复合地基桩处理技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2011.6.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2012）［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部.复合地基技术规范（GB/T 50783-2012）［S］.北京：中国计划出版社，2012.

Application of Composite Foundation in Fan Foundation

Tao Tieling Chen YumeiLi Yufei
（Yangtze River Survey Planning and Design Research Co.,Ltd.，Wuhan Hubei 430010）

Aiming at the problem of insufficient bearing capacity of natural foundation in wind turbine foun⁃dation design,combined with a wind farm project,the cement soil mixing pile is used to treat the founda⁃tion of the fan foundation.The scheme can effectively improve the bearing capacity of foundation and re⁃duce the investment of basic engineering which can provide similar engineering reference.

composite foundation；fan；foundation

TU753

A

1003-5168（2017）12-0098-02

2017-11-03

陶铁铃（1979-），男，硕士，高级工程师，研究方向：新能源工程。