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摘要：我公司在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工中改變傳統(tǒng)施工技術(shù)，采用后張法預(yù)應(yīng)力波紋鋼筒風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工技術(shù)，大大降低了成本，縮短了工期，真正做到了綠色環(huán)保施工。...

后張法預(yù)應(yīng)力波紋鋼筒大兆瓦風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工技術(shù)

李小燕    毛常安

（陜西省建筑基礎(chǔ)工程公司  710016  西安）

一、工藝原理

    后張法預(yù)應(yīng)力波紋鋼筒風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的主要原理是利用兩層波紋鋼筒形成筒狀薄壁混凝土結(jié)構(gòu)。在風(fēng)機(jī)塔筒吊裝時(shí)對高強(qiáng)螺桿施加后張預(yù)應(yīng)力，該預(yù)應(yīng)力將混凝土和風(fēng)機(jī)塔筒緊密連接成一個(gè)整體。

二、工藝特點(diǎn)

    2.1  本工藝施工工期短，效率高。本工藝采用長臂挖掘機(jī)進(jìn)行土方開挖，面積小，工程量少，取代了原螺旋鉆機(jī)成孔。施工中多種原材料為工廠加工，大大縮短了工期。

    2.2 本工藝造價(jià)低，采用波紋鋼筒加后張預(yù)應(yīng)力螺桿，大大減少了混凝土和鋼筋用量，且內(nèi)筒中使用了原土回填，減少了混凝土用量，降低了成本。

    2.3 質(zhì)量可靠、安全性能高。本工藝充分利用后張法預(yù)應(yīng)力的性能，波紋鋼筒波紋的性能對抗拔要求和抗傾倒的高聳構(gòu)筑物有良好的安全作用。

    2.4 綠色環(huán)保施工。該工藝向下開挖深度較大，平面開挖面積較小，土方量少，可以減少占地面積，多種原材料為工廠加工，現(xiàn)場僅簡單組裝，提高了施工功效，保護(hù)了環(huán)境。

三、適用范圍

    3.1 適用于近海灘涂、沼澤、巖石層、垃圾填埋場、極軟土質(zhì)等極端惡劣的地質(zhì)條件。基礎(chǔ)直徑較小，材料利于運(yùn)輸，適合于山頂、山坡等傳統(tǒng)基礎(chǔ)不宜使用地區(qū)。

    3.2 適用于大兆瓦機(jī)組的風(fēng)場建設(shè)，更適用于有抗拔要求和抗傾倒要求的高聳構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，在地質(zhì)較差地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益更加明顯。

四、施工工藝流程及操作要點(diǎn)

    4.1 施工工藝流程圖見下圖：

     4.2 操作要點(diǎn)

    4.2.1 基坑開挖

    基坑控制中心點(diǎn)和邊線經(jīng)測量核實(shí)準(zhǔn)確無誤后，首先對基坑開挖范圍內(nèi)的附著物進(jìn)行清理，然后即可進(jìn)行基坑開挖。由于此基礎(chǔ)開挖深度達(dá)到10米左右，屬深基坑開挖范疇，我單位采用長臂挖掘機(jī)挖掘。基坑開挖完成后，基底剩余部分由人工指揮挖掘機(jī)清理至設(shè)計(jì)高程，在挖掘過程中應(yīng)嚴(yán)格控制坡度和深度。

    由于基坑較深，為控制好放坡角度，應(yīng)在開挖過程中隨時(shí)進(jìn)行檢查校準(zhǔn)，避免全部開挖完后再進(jìn)行修正。

    4.2.2  波紋鋼筒外筒安放

    基坑開挖完成后安裝波紋筒外筒，安放前應(yīng)檢驗(yàn)波紋筒外筒上下口尺寸及垂直度，符合要求方可下入基坑內(nèi)。在波紋筒底部設(shè)置8個(gè)固定點(diǎn)，利用鋼樁固定波紋筒平面位置。波紋筒上口用鋼絲繩和手拉葫蘆固定于鋼樁上，鋼樁由鋼管或槽鋼砸入地面1米而成。固定上下口后測設(shè)波紋筒垂直度，并用手拉葫蘆微調(diào)波紋筒垂直度，直至波紋筒垂直度符合要求。

    4.2.3 波紋外筒外混凝土澆筑

    由于基坑深度較大，盡管將波紋鋼筒上下口都進(jìn)行了加固處理，混凝土必須具有良好的流動(dòng)性和擴(kuò)散性，控制好坍落度。但在澆筑過程中仍應(yīng)以基坑圓心為中心對稱澆筑，避免周邊混凝土堆積高差相對過大，對波紋鋼筒產(chǎn)生過大的側(cè)向擠壓力造成波紋鋼筒傾斜或變形。

    為防止大體積混凝土表面出現(xiàn)塑性裂縫，澆筑完成后分三次抹壓成型，混凝土澆筑搓平后，應(yīng)在12h左右加以覆蓋和灑水，澆水的次數(shù)應(yīng)能保持混凝土有足夠的潤濕狀態(tài)。

    在澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)注意預(yù)留孔位置，主要是排水管、穿線管等，避免將預(yù)留孔堵塞。

    4.2.4 安放模板上下環(huán)和高強(qiáng)螺桿

    在本環(huán)節(jié)，主要是將高強(qiáng)螺桿按照設(shè)計(jì)要求，利用工字鋼焊接成型的工裝及上下環(huán)安放到位并與普通鋼筋綁扎成型。

  

    在高強(qiáng)螺桿安放前，應(yīng)做好上下基礎(chǔ)環(huán)的安放和調(diào)平工作。

    首先用波紋鋼筒吊裝的吊具固定起模板上環(huán)和模板下環(huán)，模板支架吊具用方木踮起后放置20 t千斤頂，用千斤頂對上下環(huán)進(jìn)行調(diào)整。模板下環(huán)頂與波紋鋼筒上口距離按設(shè)計(jì)要求確定。

    因?yàn)槭呛髲埨�預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)螺桿必須與混凝土隔離，所采取的措施為在高強(qiáng)螺桿外部套PVC-C或者PE管。對高強(qiáng)螺桿進(jìn)行逐根套裝PVC管，并在PVC管兩頭用薄膜及膠帶對管口進(jìn)行封堵。高強(qiáng)螺桿及PVC套管的長度按照圖紙要求確定。高強(qiáng)螺桿兩端各安裝一枚螺母。用吊車往基坑內(nèi)放置高強(qiáng)螺桿時(shí)，每捆約10根，去掉螺母，利用人工逐根穿入模板上下環(huán)的預(yù)留孔內(nèi)，用螺母固定。螺桿上頭預(yù)留出為安裝風(fēng)機(jī)塔筒及張拉使用的錨固長度。PVC管要求穿過下環(huán)模板。在基坑內(nèi)安裝完鋼筋后，吊車吊起工裝，帶起高強(qiáng)螺桿移位到平地上，進(jìn)行底環(huán)的安裝。在底環(huán)安裝完畢后，用細(xì)鋼絲把上下螺母位置固定好，防止脫絲移位，并再次檢查膠帶是否把PVC管頭封住嚴(yán)密。

    底環(huán)固定完畢后，開始綁扎箍筋使其形成鋼筋網(wǎng)籠。

    鋼筋綁扎完畢后，放入基坑中，進(jìn)行高強(qiáng)螺桿系統(tǒng)固定。調(diào)整吊裝吊具表面的水平度，表面的水平度在2mm以內(nèi)為合格,復(fù)驗(yàn)上環(huán)上表面的水平度、高程和機(jī)組位置中心無誤，并在底環(huán)模板上下內(nèi)外平分4個(gè)位置綁扎固定底環(huán)位置的鋼筋，要求上下各一根為一組，可用直徑16mm的鋼筋進(jìn)行固定，鋼筋的一頭頂在波紋鋼筒的外筒上，鋼筋上下兩根要連接緊密牢靠。

    高強(qiáng)螺桿系統(tǒng)固定位置的確定包括水平位置和豎向位置。水平位置利用鋼尺從對稱直角四個(gè)點(diǎn)測量高強(qiáng)螺桿系統(tǒng)和波紋鋼筒外筒之間的距離，豎直方向利用水準(zhǔn)儀從模板上環(huán)上表面至少四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量，最終要求模板上環(huán)上表面水平度高差小于2mm以內(nèi)。

    安放上下環(huán)后，應(yīng)注意將下環(huán)內(nèi)外沿利用具有一定彈性和厚度的膠帶粘結(jié)密封，目的是在澆筑混凝土完畢后可以順利將上下環(huán)拆除，同時(shí)又可保證高強(qiáng)灌漿預(yù)留槽內(nèi)部保持潔凈。

    4.2.5 安放波紋鋼筒內(nèi)筒

    將模板上下環(huán)和高強(qiáng)螺桿固定到位后，開始下放波紋鋼筒內(nèi)筒。波紋鋼筒內(nèi)筒的位置確定按照安放波紋鋼筒外筒的方式即可。

    將波紋鋼筒內(nèi)筒固定后，要在內(nèi)筒內(nèi)澆筑一定厚度的混凝土。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，立即將波紋鋼筒內(nèi)筒內(nèi)進(jìn)行土方回填至穿線管位置。按照設(shè)計(jì)要求放置電纜線以及其它預(yù)埋管線，同時(shí)在波紋內(nèi)筒上鋪設(shè)接地線。在安放穿線管時(shí)應(yīng)注意波紋筒切割孔洞時(shí)的間距，，一般保持0.1米為宜。此外，穿線管朝向應(yīng)依據(jù)箱變位置確定，防止朝向出現(xiàn)偏差。

    在回填內(nèi)筒內(nèi)土方時(shí)，對內(nèi)外筒夾層敞口應(yīng)予覆蓋，防止填土散落到內(nèi)外層波紋筒之間。

    4.2.6 澆筑內(nèi)外筒間混凝土

    將波紋鋼筒內(nèi)筒內(nèi)回填土完工后，重新調(diào)整模板上環(huán)水平度，進(jìn)行波紋內(nèi)外筒之間的混凝土澆筑。

    由于內(nèi)外波紋筒之間的間距小，且在夾層中排布有高強(qiáng)螺桿系統(tǒng)，故在澆筑過程中振搗密實(shí)性的控制非常關(guān)鍵。在澆筑過程中，混凝土沿波紋筒圓周對稱澆筑，分層振搗，每層振搗厚度不超過50cm。

    在振搗澆筑至表面時(shí)，注意控制表面高度與模板下環(huán)上表面齊平，以留出灌漿槽后續(xù)灌漿用。首先利用木抹子將混凝土表面壓實(shí)，最后利用鐵抹子將表面壓光，及時(shí)進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)。

    在澆筑完畢至少12小時(shí)之后方可拆模板。根據(jù)施工期間天氣狀況對混凝土強(qiáng)度的影響，拆模時(shí)間可調(diào)整，但必須保證在拆模時(shí)混凝土不能掉角、不粘模。

    4.2.7 高強(qiáng)螺桿預(yù)應(yīng)力施工

    在內(nèi)外筒之間混凝土澆筑28天后，進(jìn)行風(fēng)機(jī)塔筒吊裝，在吊裝完成第一節(jié)后即可開始高強(qiáng)灌漿料施工及預(yù)應(yīng)力張拉。

    預(yù)應(yīng)力張拉和高強(qiáng)灌漿施工、塔筒安裝之間應(yīng)同步協(xié)調(diào)進(jìn)行。由于高強(qiáng)灌漿料強(qiáng)度上升很快且最終強(qiáng)度很高，在進(jìn)行高強(qiáng)灌漿施工時(shí)，隨后立即進(jìn)行的預(yù)應(yīng)力張拉和設(shè)備安裝施工必須準(zhǔn)備充分，防止工序銜接出現(xiàn)斷續(xù)。高強(qiáng)灌漿施工一般在吊裝第一節(jié)塔筒時(shí)進(jìn)行，根據(jù)高強(qiáng)灌漿料的同條件養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度來確定張拉時(shí)機(jī)。張拉時(shí)，高強(qiáng)灌漿料的強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度。將高強(qiáng)灌漿料均勻澆筑在預(yù)留槽內(nèi)，嚴(yán)格控制上表面平整度，杜絕出現(xiàn)相對高差超出2mm。

    在選定好液壓設(shè)備后，為滿足施工質(zhì)量并加快施工進(jìn)度，應(yīng)由至少4臺(tái)千斤頂匹配成一套液壓千斤頂組，施工時(shí)利用電動(dòng)馬達(dá)對四臺(tái)千斤頂同時(shí)加壓，使塔筒和下部基礎(chǔ)之間受力均勻，防止受力不均出現(xiàn)撓曲。

    以上圖中螺栓數(shù)量、泵站及千斤頂相應(yīng)位置僅為示意圖，具體施工應(yīng)根據(jù)場地大小、螺栓數(shù)量等參數(shù)具體安排。

    開始張拉前，手動(dòng)使用扳手將下螺母與法蘭擰緊，之后安裝下支架。下支架中心孔必須與螺栓中心保持一致。在支架上放置千斤頂，千斤頂上端放置墊板，墊板上面擰緊上螺母。放置千斤頂時(shí)，保持高強(qiáng)螺桿位于中空千斤頂?shù)闹行奈恢茫�防止張拉過程中千斤頂受力不均。上螺母利用手動(dòng)扳手與墊板擰緊即可。開始張拉后，首先將預(yù)應(yīng)力筋調(diào)整到初應(yīng)力值，即設(shè)計(jì)控制應(yīng)力的10%-15%。張拉伸長值應(yīng)從初應(yīng)力時(shí)開始測量。然后密切注意每根高強(qiáng)螺桿上升速度是否一致，在接近設(shè)計(jì)伸長量時(shí)，控制泵油速度，保證最終張拉力滿足設(shè)計(jì)要求。杜絕張拉力不足或過量張拉。

    達(dá)到設(shè)計(jì)伸長量和張拉力后，手動(dòng)將下螺母擰緊。

    針對預(yù)應(yīng)力衰減情況，按照設(shè)計(jì)要求，在施工不同階段以及竣工后一年時(shí)間，對高強(qiáng)螺桿應(yīng)重新進(jìn)行張拉至設(shè)計(jì)張拉力的110%。

    在第一次張拉完成后，便可進(jìn)行風(fēng)機(jī)的吊裝工作，將張拉后的螺桿與風(fēng)機(jī)塔筒連結(jié)，風(fēng)機(jī)吊裝由吊裝單位進(jìn)行。

五、效益分析

    5.1 以國電繁食溝風(fēng)力發(fā)電場一期和二期進(jìn)行對比

    由于該工程一期采用的是傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，為樁基礎(chǔ)+擴(kuò)展式承臺(tái)形式。二期采用的后張預(yù)應(yīng)力波紋鋼筒風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，以單臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為例，效益對比情況如下：

對比項(xiàng)目名稱		傳統(tǒng)擴(kuò)展式基礎(chǔ)	后張法預(yù)應(yīng)力波紋鋼筒風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)
原材料	混凝土	720m3	410m3
	普通熱軋鋼筋	63t	2t
	高強(qiáng)螺桿	0t	11噸
	波紋鋼筒	0t	8噸
	基礎(chǔ)環(huán)	1個(gè)	0個(gè)
用工數(shù)量		約92個(gè)	約25個(gè)
施工機(jī)械	普通挖掘機(jī)	1臺(tái)	0臺(tái)
	長臂挖掘機(jī)	0臺(tái)	1臺(tái)
	旋挖鉆機(jī)	2臺(tái)	0臺(tái)
	50t吊車	1臺(tái)	1臺(tái)
	16t吊車	1臺(tái)	0臺(tái)
	裝載機(jī)	2臺(tái)	1臺(tái)
	發(fā)電機(jī)	6臺(tái)	2臺(tái)
綜合評(píng)價(jià)	該工法比傳統(tǒng)基礎(chǔ)，單機(jī)基礎(chǔ)可節(jié)約造價(jià)約25萬元,節(jié)約造價(jià)約27%。

    5.2 社會(huì)效益

    使用該工藝，可大量節(jié)約混凝土和鋼筋用量，工期縮短，占地面積小，從而減小了對周邊環(huán)境的影響。該工法使用的人員和機(jī)械數(shù)量大大減少，很容易形成流暢的流水化作業(yè)環(huán)境。此外，該工法施工工藝簡單，有利于進(jìn)行安全和質(zhì)量控制。

    由于大兆瓦機(jī)組是未來發(fā)展的趨勢，該工法隨著單機(jī)容量的增加，其與傳統(tǒng)基礎(chǔ)相對比所節(jié)約的各種成本會(huì)更加明顯，大面積推廣該技術(shù)，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《陜西草山梁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖紙》恩格工程咨詢（北京）有限公司

[2] 《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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