钻孔灌注桩与预制桩在软土地区 风机基础中的对比分析
关庆华，张立英
（中国水电顾问集团西北着测设计研究院，院西西安710065）
[摘要】针对软土地基高压缩性、不均匀沉降等工程性质，着重研究了软土地基上风电基磁的椎基设计方法.通过某风电场工程，对钻孔准注植和预制桩在工程量、连工控制等方面进行比较，分别给出两种桩基的推荐方案.指出 鹰注植和预制脏在适用的自然条件、基础结构特点、施工技术、质量保证、地工我动等方面均存在明显不间，软土地基上风机基础的设计需根据地质，地层情况确定.
[关键闻】软土地基：风机基础：设计：注桩：预制桂
[中图分类号]TU473.1 [文嫩标识码]A
[文章编号】1002-8498（2010）12-0097-04
Comparison Analysis of Bored Pile and Precast Pile on Wind Turbine FoundationinSoftSoil
Guan Qinghua Zhang Liying(Hydre Ching Xibei Engineering Corperatios Xi* an Shaansi 710065 China)
Abstract: Aecording to the engineering characteristics of high pressibility and inhomogrneitysettlement the design method of wrind turbine pile feundation in soft soil is discussed. Through somewind farm engineering the quantity and construction contrel of bored pile and precast pile are pared and the remended schemes for both of piles are indieated. It is pointed out that the two kinds of pileshave obvious differemces in suitable nstural eenditions foundation structure characteristics constructiontechnology quslity amurance and construction disturbance.The desiga scheme of wind turbine foundation in soft soil should be determined according to geology and formation conditions.
Key words;soft soil foundation; wind tarbine foundation; design: bored pile; precast pile
济可行：而对于广泛分布的厚层软土地区，营规的挖除 换填方法工程量太大且施工不方便，这种情况下，桂基础就成为风机基础的必要选择.
1软土地区风机桩基础设计原则
用于陆上风电场的风机基础（见图1）主要有扩展基础、单桩基础、多械基础、重力式基础、吸力式基础等.由于风电场地质条件的差异和施工手段的限制， 我国目前的风机基础形式主要采用扩展基础和桩基础.
层等中低压缩性土层以及其下的基岩作为持力层；当 软土地区桩基应选择软土中的夹砂或硬塑黏性士桩周围软土因白重图结、场地填土、地面大画积堆载、大于基核沉降时，应视具体情况考虑桩侧负摩阻力对 降低地下水位、大面积挤土成被等原因画产生的沉降桩基的影响.
当处理填土、暗浜、暗塘等浅层地基，桩基置于软土中时，以桩侧负享阻力支撑，不考虑桩端南力.桩 型、驻身材料、桩的长度、布置、施工工艺等参见《建筑核基技术规范）JGJ94-2008.
Fig. 1 Foundatien ef wind turbine 图1风机基甜示意
对软土层厚度小于6m的浅层软土，可进行换土垫层处理，风机基础采用扩展基磁形式，施工方便，经
万方数据
参考（建筑桩基设计规范），并结合实际的工程技术，对软土地区桃基设计，建议遵酒以下原则：①扬长 避短使设计能充分发挥软土地基的特点和潜在能力，例如采用一些预备性工程，如逆作法固结、真冲加密和深孔爆破相结合以加密松散砂层，用高压喷射 蒙技术在地基中形成刚性较大且防渗性能较好的园结体等：②拓宽设计额念在设计基的同时，对可能的设计偏差以及不良环境效应等给子充分考虑：③选用 合适的桩型软土中的桩基宜选择中、低压缩性的性土、粉土、中密和密实的砂类土以及碎石土类作为柱端持力层，不宜采用桩确置于软弱土层上的摩擦械； 桩周软土因自重固结、场地填土、地面大面积堆载、降低地下水等原因面产生的沉降大于桩沉降时，应视具体情况考虑桩则负摩阻力对基桩承载力的影响：③在 高灵敏厚层淤泥中不宜采用大片密集沉管注桩；建于黏性土、粉土上的一级建筑桂基及软土地基的一、二级建筑桩基，在其施工过程及建成后使用期间，必须进行沉降观测，直至沉降稳定.此项措施应在设计中 子以明确规定.
垒落在第四系全新统的风积层与更新世由冰水沉积与风积交替沉积形成的剩性土和砂类土层上，下部为花 岗岩风化砂，岩土层强度和密实度分布不均，土质一般比较疏松牧弱，且场区地下水位变化大，工程地质条件较复杂.
扬区表层家填土挖除，基桩穿过①粉土较土层，以②粉砂土层为持力层，地下水埋探5m，冻土深度约2m：覆土18kN/m²；地膜烈度为7度.具体地质资料如 表2所示.
根据目前常用的风力发电机组，本文植基础的设计优化以SL82/1500kW-70m（IECI）型风力发电机组 为例.被基础设计利用软件计算，桂基承载力计算采用安全系数法，沉降变形采用分层总和法，
3.1灌注桩方案
3.1.1鉴注桩优化设计
为了得到最合理的霍注核基础方案，寻找不同桩径、根数和桩长组合的变化规律.核径变化选择600.800.1000，1200mm；被分布需满足桩同距最小要 求；桩长需满足单桩竖向承载力要求，且桩端应深人非软土层（经试算，根端工况下的竖向承载力验算是硅基设计的控制性因素）.桩径为600~1200mm变化时， 核根数与桩长的组合规律如表3所示.
2荷载工况及分项系数
传来的水久荷载：方向的竖向力F. 1）恒荷载基础自重G；回填土重G：上部结构
2）活荷载上部结构传来的可变荷载x，y方向的平合力矩M（应该加上由F通过基础厚度产生的力 水平合力F：上部结构传来的可变荷载x.y方向的水矩）：上部结构传来的可变荷载：方向的祖矩M：可变荷载多透地震作用F：偶然荷载罕遇地震作用Fa 各主要荷载的分项系数如表1所示.
从工程量的角度对准注核进行优化设计，不同桩基方案的工程量比较如图2所示.图中每条直线代表1200mm，被用湿凝土量呈增加趋势，即核径越小，对 一种桩径的桩基方案，可以看出，被径从600mm增至节省混凝土用量继有利，600mm的桩用混摄土量平均1000mm甚的平均值为326.0m²，1200mm桂的平均值 值为219.1m²，800mm桩的平均值为273.1m²，为354.4m.
3设计计算
某风电场位于吉林省西部，松辽平原西端，风场区
1极牌荷载工况下备主要荷载的分项系数
Table 1Subdivisional coefficient of each main load under estreme load conditions
设计内容 荷载应组合 主要荷款扩展基甜地基承载力发核 标虚指合 1.0 1.0 M 1.0 F. M. 1.0 1.0 1.0 Fa Fa截国批专验算 基本组合 1.5 1.5 1.2/1.0 1.2/1.0 1.2/1.0 H1.3 V0.5 -截抗孵验算 基本担合 1.5 1.5 1.2 " " " B1.3 -截面抗冲物验算 基本出合 1.5 1.5 1.2 - " HI.3 V0.5 -抗活地定分析 基本组合 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1 0 V0.5 1.0 -抗销覆稳定分析 表继宽度验算 基本细合 标星细合 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 " 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 - -航滑稳定分析（华通地展） 变形验算 标座期合 热组合 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 - 1.0 1.0 1.0 " 1.0 -抗佰量定分析（罕遇的） 低然组合 1.0 1.0 1.0 二 1.0 1.0 1.0
性：H表示水平方向模性力：V表示级向慎性力
万方数据
表2地质资料参数Table2Geology paramtters
水平抗力系数m/土层 厚度/天害度/压熔模量力c/内摩据角 e (k%/a’)E /M kPs p/（°) 灌注班组力/P 预制阻力/LF (MN/=*) 抗援系数①士 20 16 5 6 10 25 600 30 1 200 准注社 6 预制 0.750 19 10 10.5 20.5 35 900 ) 1 500 14 8 0.7
表3桩径为600-1200mm的灌注桩方案 Table 3 Bored pile schemes for pilediameters of 600 - 1 200mm
量的波动幅度就较大.对选定械径的桩基进行根数和 被长布置时，应根据不同布置方案和地基条件对械长的要求，反复对比，选择最合理的桩基方案.
任/ （内外）/向荷段/ 分布 最大竖 推长/ 承载力 验算 湿握土m 值/LN600 614 715 1327.0 1 442.0 38 35 1457.8 1339.1 217.6 219.8717 818 1 195. 1 1114.9 32 30 1 220.3 1141.2 220.4 218.5800 412 410 2 040.9 1 746.1 39 33 2 064.4 1 747.7 274.3 265.35 13 1579.3 30 28 1 483.8 1 589.4 281.3 271.31 000 614 3.7 2 884.0 1 442.0 43 2929.2 336.9410 39 2328.1 2 040.9 33 30 2 335.5 2 071.6 310.9 329.71 200 412 6 1 746.1 4 089.9 26 49 1 807.7 4 091.9 332.3 326.637 8 3 067.4 2 884.0 37 34 3 141.8 2 904.3 334.6 384.339 2 328. 1 27 2 350.2 366.2
3.1.2覆注桩推荐方案
越小：桩根数与桩长的组合应根据具体的地基条件对 根据上述分析，桩径越小的方案，桩基混凝土用量被长的要求来确定，故本算例灌注桩的推荐方案为：柱径600mm，22根桩，桩长35m
3.2预制械方案
3.2.1预制桩优化设计
（m011）009°（m001）00s（6直） 选择儿种常用的预应力混凝土管桩，外径为400s00mm（壁厚110mm）.由于预制桩最大核长为50m，因此最少柱数受到限制；另外，核数增加，桩间距减小，而桩间距要满足结构要求，因此，最大桩数也受到限 制.以满足预制桩规格要求、基桩构造要求、桩基设计验算为依据，分别对混凝土预制桩进行桩基设计，每种规格的预制桩提出4种设计方案，如表4所示.
不同布置方案的投资比较如图3所示.图中每条直线代表一种预制桩径的桩基方案，随着桩数的增加，400，500和600mm的直线缓慢上开，说明核根数少、桩 长的方案有利于减少桩基投资，800mn的预制桩则规律相反.
3.2.2预制推荐方案
根据上述分析，当预制桩径不超过600mm，安装施工费用处于管规的条件下，使用大班径、桩数少的方案对经济有利.本算例选择600mm桩径（壁厚110mm），18根班，桩长34m为预制桩推荐方案.
Fig.2Quantities parison of different 图2不同注柱基方案的工程量比较bered plle foundatioe schemes
圈3不同预制桩基方案的投资比较Fig. 3 levestment parisoe of different precast pile foundatios schemes
万方数据
凝土的施工质量较难控制：PHC管桩施工质量较易控 制.施工找动灌注核在施工过程中不会产生较大的振动，所以对邻接建筑物影响甚小：由于沉桩时的据动作用，PHC管桩对附近建筑物的稳定有所影响.
亲4径为400-800mm的预别方案 Table 4 Precast plle scbemes for pilediameters ef 400 ~800m
椎径/ （内外）/向有额/ 分布 最大轻 长/ 承载力 验算 权费/rn 根 N 使/LN 万元400 7 17 818 1 195.1 1 114.9 41 38 1 216. 9 1 126. 4 19.7 19.84618 4818 1028.5 976. 1 35 4 1 016.0 1 005.6 19.6 20.4500 614 715 1 442.0 38 35 1 443.4 1 330.3 19.0 19.3717 1 195.1 1 114.9 32 30 1 217.2 1141.8 19.2600 818 4 14 1 524.6 34 1 593.5 19.5 18.4614 7 15 1 442. 0 1 327.0 31 1 457.8 1 367.3 18.6 19.1800 717 48 1 195.1 2 458.3 26 38 1 231.6 2 479.1 18.7 22.84 10 4 12 2 040.9 1 746.1 31 26 2 056.9 1 755.3 21.7 20.8414 1 524.6 23 1 574.3 20. 7
层情况面定，若软土地基为较厚的流塑态饱和黏土或 因此，软土地基上风机基础的设计需积据地质、地激泥质土，不易于注植成孔施工时，推荐采用PHC管桩方案：如果软土为具有一定强度的粉砂土，土层的 摩限力大，使PHC背打核困难，则推荐采用灌注械方案：对两种桩型均适应的软土地基，桂型选择根据工程投资和工期的需求面定.
2）对于以摩擦受力为主的灌注桩基础设计，一般来说，桂径越小的方案，桂基混凝土用量越小：桩根数与械长的组合应据具体的姓基条件来确定.
不超过600mm，安装施工费用处于常规的条件下，使用 3）对于预制桩基础设计，一般来说当预制桩桩径大桩径、桩数少的方案对节省工程投资有利.
参考文献：
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3.3柱基磁推荐方案
层以粉土为主，灌注桩和预应力管桩两种方案均采用 本文以东北松江平原地区的软土地基为算例，土600mm的瑜承摩擦桩，由于打人桩的桩侧和桩暗阻力值稍大，桩短1m即可减少3根桩.在工程投资方面 董注桩略占优势，可减少约5.4%；从施工质量方面，PHC管桩方案的土层摩阻力较大，打核施工图难，国此，推荐采用钻孔灌注检方案，设计施工工艺成热，质 量易于保证.
4结语
1）对灌注桩方案和预制桩方案从适用自然条件、基础结构特点、施工技术、质量、扰动等方面进行比较： ①适用地质条件灌注柱适用于各类土层和岩层上，可穿过各种软、硬夹层，对复杂地质的继工适应性较强；PHC管桩适用于一般性的软土地基，但当桩基需穿 过深厚秒土层或遇地下障码物时，沉班有一定固难，应配备相应的辅助措施.②基础结构特点覆注桩一般为直桩，为抵抗上部水平力，满足基础水平位移度，所 以对基桩的桩径及其数量有更高要求，以增加结构的整体刚度；PHC管桩受力均匀，结构弹性较好，一般条件下可以采用斜桩，所以基甜水平位移较小，群桩基础 的不均匀沉降应较小.③施工技术要求雅注桩施工机械较为简单，要求施工人员具有成熟的施工经验：PHC管桩要求工程地区应具备在预制、结桩、运输及施 打等方面的技术和设备.④质量保证擅注桩水下混
