高压旋喷桩对风机基础设计的影响研究.pdf
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1、 建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 21 期 2023 年 11 月Vol.54 No.21 Nov.20232595在全球低碳经济与能源革命的大趋势下,国家对于能源安全和生态环境等领域日益重视。风电作为技术成熟、环境友好的可再生能源,已在全球范围内实现大规模的开发应用,并成为我国未来电力的重要发展方向。我国沿海地区地理优势独特,更加适合发展风电。但沿海地区分布着不同类型的软土,地基承载力较低,荷载作用下变形较大,因此软土地基处理成为风机基础设计中极其重要的一环。随着我国风电技术不断发展与进步,越来越多的风机设备需要建在有较厚软土的地基上,为此需要采
2、用一些地基处理的方法来对地基进行加固。高压旋喷桩作为地基处理的一种方法,被越来越多的应用在各种工程实践当中,并取得了良好的效果,创造了较大的社会效益。与此同时,国内许多专家学者针对其承载机理、加固效果、施工工法等问题展开了一些研究工作。朱德良等1介绍了利用旋喷桩加固有较深建筑杂填土的地基,试验结果表明该方法在满足上部结构对于承载力的要求基础上,可以减少部分工程费用。朱兴旺等2通过三维有限元模型对比与分析,认为旋喷桩复合地基随着加固厚度的增加,围护结构的侧向位移呈指数衰减。冯国俊等3通过有限元软件模型分析认为采用正四边形布置的高压旋喷桩复合地基沉降量小于采用正三角高压旋喷桩对风机基础设计的影响研
3、究周全林1,孙大勇1,申宇峰2(1.华东新华能源投资有限公司,225000,江苏扬州;2.上海华城工程建设管理有限公司,200233,上海)摘要:高压旋喷桩复合地基适用于处理淤泥、淤泥质土、素填土等软土地基,对于高灵敏度土的加固效果显著。结合连云港某风机基础实例,通过复合地基荷载试验和单桩竖向荷载试验,确定经过高压旋喷桩处理后的地基基床系数和高压旋喷桩竖向抗压刚度,并采用 PKPM 计算软件研究二者对于风机基础设计中灌注桩的竖向受力和桩基沉降的影响。研究结果表明:考虑高压旋喷桩地基处理后的基床系数会使得灌注桩实际承担的最大压力减少 16.8%,最大拔力减少 4.7%,桩基整体沉降降低 45.5
4、%。考虑旋喷桩竖向抗压刚度会使得灌注桩实际承担的最大压力减少 4.5%,但对于桩基整体沉降影响有限。关键词:高压旋喷桩;复合地基;基床系数;荷载试验;抗压刚度中图分类号:TU 74 文献标志码:A 文章编号:10004726(2023)21259504research on the influence of high pressure Jet grouting pile on the Design of winD turbine founDation ZhOu Quan-lin1,SuN Da-yong1,ShEN Yu-feng2(1.East China Xinhua Energy Inv
5、estment Co.,Ltd.,225000,Yangzhou,Jiangsu,China;2.Shanghai Huacheng Engineering Construction Supervision Co.,Ltd.,200233,Shanghai,China)abstract:Composite foundation with high pressure jet grouting pile is suitable for treating soft soil foundation such as silt,muddy soil,plain fill,etc.which has sig
6、nificant reinforcement effect on highly sensitive soil.Combined with a wind turbine foundation in Lianyungang,proved by load test on composite foundation and load test on single pile,the subgrade reaction coefficient and vertical compressive stiffness of high-pressure jet grouting pile were proposed
7、.PKPM software was used to research the influence of both on the vertical stress of cast-in-place pile and pile settlement in the design of wind turbine foundation.The research results show when the subgrade reaction coefficient of the high-pressure jet grouting pile foundation treatment is consider
8、ed,the maximum pressure of the cast-in-place pile will be reduced by 16.8%,the maximum pulling force will be reduced by 4.7%,and the settlement of the pile foundation will be reduced by 45.5%.When the vertical compressive stiffness of jet grouting pile is considered,the maximum pressure of the cast-
9、in-place pile will be reduced by 4.5%,but it has only a limited impact on the settlement of the pile foundation.Keywords:high pressure jet grouting pile;composite foundation;degrade reaction coefficient;load test;compressive stiffness收稿日期:20230925作者简介:周全林(1982),男,甘肃天水人,工程师,e-mail:.建 筑 技 术第 54 卷第 21
10、期2596形布置的。李洁如等4通过现场监测数据统计认为经旋喷桩处理后的地基在 4 个月后沉降速率会大幅降低。安关峰等5利用有限元方法对高压旋喷桩复合地基的承载力进行了研究,认为旋喷桩的排布对其承载力的影响不大。谭峰屹等6则认为荷载和桩长对于柔性多桩复合地基桩体承担的荷载影响不大。张帅7通过 CFG 桩和高压旋喷桩 2 种加固方案的对比,认为在卵石层用高压旋喷桩可以更好地 控制变形。目前,对于风机基础的研究大多集中在 PHC 桩或灌注桩上,对复合地基研究较少。为此,依托灌云四队陆上风电场项目,从复合地基基床系数和旋喷桩抗压刚度两个方面研究高压旋喷桩复合地基对于风机基础设计的影响。1 工程概况灌云
11、四队陆上风电场项目位于连云港市灌云县四队镇图河乡境内,共包含 25 台风力发电机组。拟建场地表层以下勘探深度范围内的地基土主要物理力学指标见表 1。第一土层:耕土,平均层厚 0.48 m。第二土层:粘土,平均层厚仅 1.63 m。第三土层:高灵敏度的淤泥,平均层厚高达 11.74 m。表 1 地基土主要物理力学指标参数土层名称土的重度/(kN/m)土体压缩模量Es12/MPa地基承载力特征值fak/kPa各土层与桩的摩擦阻力标准值qsik/kPa粘土17.692.957015淤泥16.101.63408粉质粘土19.095.7313033粘土19.085.9915045粉质粘土18.685.1
12、813035粉质粘土19.426.49150501粉质粘土18.985.7215048粉质粘土19.055.9222075粉质粘土19.075.73160401粉质粘土19.065.6215050粉质粘土19.516.5414055粉质粘土19.416.4218065粉质粘土19.446.3919070采用传统的天然地基或在处理后的复合地基上设计钢筋混凝土独立基础已不能满足风机建设和运行的安全。经多方论证,最终决定采用钻孔灌注桩加高压旋喷桩的地基处理方法来满足风机基础的 要求。拟建风电场依据 GB 502232008建筑工程抗震设防分类标准,抗震设防类别为标准设防类(丙类),风机基础采用高压旋
13、喷桩地基处理加灌注桩。整个基础直径 18 m,面积为 254.34 m2,基础混凝土的强度等级为 C40,垫层为 C20 聚合物水泥混凝土。基础底面钢筋保护层厚度为 100 mm。桩平面布置如图 1 所示。基础下面共设置 53 根高压旋喷桩和 33 根灌注桩。灌注桩直径 800 mm,桩长为44.5 m,持力层为12粉质粘土层,14D22 通长布置,混凝土强度等级为 C35,抗渗等级 P8,其单桩抗压承载力特征值为 2 100 kN,单桩抗拔承载力特征值为 900 kN。高压旋喷桩地基处理,桩长为 5 m基础范围自外面内依次为 28/16/6/3 根中圈灌注桩,10 根均布内圈灌注桩,3 根均
14、布外圈灌注桩,20 根均布图 1 灌注桩与高压旋喷桩平面布置示意高压旋喷桩的桩端持力层为淤泥层,有效桩长为 5 m,桩径 600 mm,单桩竖向抗压承载力特征值为 80 kN,桩身材料采用强度等级为 PO 42.5 级的普通硅酸盐水泥,水灰比为 1.0。高压旋喷桩的施工参数见表 2。表 2 高压旋喷桩施工参数高压水射流压力/MPa低压水泥浆液流压力/MPa喷射流量/L提升速度/(m/min)201.0700.10.22 复合地基对灌注桩竖向受力的影响分析2.1 复合地基的基床系数的分析天然地基经过高压旋喷桩处理后,其基床系数会发生变化,从而影响桩的实际受力情况。目前,国家相关规范只给出了天然地
15、基基床系数的试验方法,对复合地基并没有明确规定。本文从基床系数的定义出发,通过现场荷载试验确定复合地基的基床系数,并采用 PKPM 软件分析其对桩受力的影响。为此,在试验场地中选取 6 个试验点,根据现场荷载试验结果绘制出复合地基的荷载 沉降曲线,如图 2 所示。2597周全林,等:高压旋喷桩对风机基础设计的影响研究荷载/kN0 24 48 72 96 120 144481216202428沉降/mm4 号试点5 号试点6 号试点1 号试点2 号试点3 号试点图 2 复合地基荷载试验荷载 沉降曲线由图 2 可知,6 个试验点所得的荷载 沉降曲线变化形态基本接近,荷载与对应的沉降量近似呈线性关系
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