后張法預應力波紋鋼筒大兆瓦風機基礎施工技術

李小燕    毛常安

（陜西省建筑基礎工程公司  710016  西安）

一、工藝原理

    后張法預應力波紋鋼筒風機基礎的主要原理是利用兩層波紋鋼筒形成筒狀薄壁混凝土結構。在風機塔筒吊裝時對高強螺桿施加后張預應力，該預應力將混凝土和風機塔筒緊密連接成一個整體。

二、工藝特點

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

    2.2 本工藝造價低，采用波紋鋼筒加后張預應力螺桿，大大減少了混凝土和鋼筋用量，且內筒中使用了原土回填，減少了混凝土用量，降低了成本。

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

    2.4 綠色環保施工。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，現場僅簡單組裝，提高了施工功效，保護了環境。

三、適用范圍

    3.1 適用于近海灘涂、沼澤、巖石層、垃圾填埋場、極軟土質等極端惡劣的地質條件。基礎直徑較小，材料利于運輸，適合于山頂、山坡等傳統基礎不宜使用地區。

    3.2 適用于大兆瓦機組的風場建設，更適用于有抗拔要求和抗傾倒要求的高聳構筑物的基礎，在地質較差地區經濟效益更加明顯。

四、施工工藝流程及操作要點

    4.1 施工工藝流程圖見下圖：

     4.2 操作要點

    4.2.1 基坑開挖

    基坑控制中心點和邊線經測量核實準確無誤后，首先對基坑開挖范圍內的附著物進行清理，然后即可進行基坑開挖。由于此基礎開挖深度達到10米左右，屬深基坑開挖范疇，我單位采用長臂挖掘機挖掘。基坑開挖完成后，基底剩余部分由人工指揮挖掘機清理至設計高程，在挖掘過程中應嚴格控制坡度和深度。

    由于基坑較深，為控制好放坡角度，應在開挖過程中隨時進行檢查校準，避免全部開挖完后再進行修正。

    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，安放前應檢驗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。在波紋筒底部設置8個固定點，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。固定上下口后測設波紋筒垂直度，并用手拉葫蘆微調波紋筒垂直度，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行了加固處理，混凝土必須具有良好的流動性和擴散性，控制好坍落度。但在澆筑過程中仍應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，對波紋鋼筒產生過大的側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，應在12h左右加以覆蓋和灑水，澆水的次數應能保持混凝土有足夠的潤濕狀態。

    在澆筑混凝土時，應注意預留孔位置，主要是排水管、穿線管等，避免將預留孔堵塞。

    4.2.4 安放模板上下環和高強螺桿

    在本環節，主要是將高強螺桿按照設計要求，利用工字鋼焊接成型的工裝及上下環安放到位并與普通鋼筋綁扎成型。

    在高強螺桿安放前，應做好上下基礎環的安放和調平工作。

    首先用波紋鋼筒吊裝的吊具固定起模板上環和模板下環，模板支架吊具用方木踮起后放置20 t千斤頂，用千斤頂對上下環進行調整。模板下環頂與波紋鋼筒上口距離按設計要求確定。

    因為是后張拉預應力混凝土結構，高強螺桿必須與混凝土隔離，所采取的措施為在高強螺桿外部套PVC-C或者PE管。對高強螺桿進行逐根套裝PVC管，并在PVC管兩頭用薄膜及膠帶對管口進行封堵。高強螺桿及PVC套管的長度按照圖紙要求確定。高強螺桿兩端各安裝一枚螺母。用吊車往基坑內放置高強螺桿時，每捆約10根，去掉螺母，利用人工逐根穿入模板上下環的預留孔內，用螺母固定。螺桿上頭預留出為安裝風機塔筒及張拉使用的錨固長度。PVC管要求穿過下環模板。在基坑內安裝完鋼筋后，吊車吊起工裝，帶起高強螺桿移位到平地上，進行底環的安裝。在底環安裝完畢后，用細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管頭封住嚴密。

    底環固定完畢后，開始綁扎箍筋使其形成鋼筋網籠。

    鋼筋綁扎完畢后，放入基坑中，進行高強螺桿系統固定。調整吊裝吊具表面的水平度，表面的水平度在2mm以內為合格,復驗上環上表面的水平度、高程和機組位置中心無誤，并在底環模板上下內外平分4個位置綁扎固定底環位置的鋼筋，要求上下各一根為一組，可用直徑16mm的鋼筋進行固定，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。

    高強螺桿系統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點測量高強螺桿系統和波紋鋼筒外筒之間的距離，豎直方向利用水準儀從模板上環上表面至少四個點進行測量，最終要求模板上環上表面水平度高差小于2mm以內。

    安放上下環后，應注意將下環內外沿利用具有一定彈性和厚度的膠帶粘結密封，目的是在澆筑混凝土完畢后可以順利將上下環拆除，同時又可保證高強灌漿預留槽內部保持潔凈。

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

    將波紋鋼筒內筒固定后，要在內筒內澆筑一定厚度的混凝土。待混凝土達到一定強度后，立即將波紋鋼筒內筒內進行土方回填至穿線管位置。按照設計要求放置電纜線以及其它預埋管線，同時在波紋內筒上鋪設接地線。在安放穿線管時應注意波紋筒切割孔洞時的間距，，一般保持0.1米為宜。此外，穿線管朝向應依據箱變位置確定，防止朝向出現偏差。

    在回填內筒內土方時，對內外筒夾層敞口應予覆蓋，防止填土散落到內外層波紋筒之間。

    4.2.6 澆筑內外筒間混凝土

    將波紋鋼筒內筒內回填土完工后，重新調整模板上環水平度，進行波紋內外筒之間的混凝土澆筑。

    由于內外波紋筒之間的間距小，且在夾層中排布有高強螺桿系統，故在澆筑過程中振搗密實性的控制非常關鍵。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，注意控制表面高度與模板下環上表面齊平，以留出灌漿槽后續灌漿用。首先利用木抹子將混凝土表面壓實，最后利用鐵抹子將表面壓光，及時進行覆蓋養護。

    在澆筑完畢至少12小時之后方可拆模板。根據施工期間天氣狀況對混凝土強度的影響，拆模時間可調整，但必須保證在拆模時混凝土不能掉角、不粘模。

    4.2.7 高強螺桿預應力施工

    在內外筒之間混凝土澆筑28天后，進行風機塔筒吊裝，在吊裝完成第一節后即可開始高強灌漿料施工及預應力張拉。

    預應力張拉和高強灌漿施工、塔筒安裝之間應同步協調進行。由于高強灌漿料強度上升很快且最終強度很高，在進行高強灌漿施工時，隨后立即進行的預應力張拉和設備安裝施工必須準備充分，防止工序銜接出現斷續。高強灌漿施工一般在吊裝第一節塔筒時進行，根據高強灌漿料的同條件養護試件強度來確定張拉時機。張拉時，高強灌漿料的強度不低于設計張拉強度。將高強灌漿料均勻澆筑在預留槽內，嚴格控制上表面平整度，杜絕出現相對高差超出2mm。

    在選定好液壓設備后，為滿足施工質量并加快施工進度，應由至少4臺千斤頂匹配成一套液壓千斤頂組，施工時利用電動馬達對四臺千斤頂同時加壓，使塔筒和下部基礎之間受力均勻，防止受力不均出現撓曲。

    以上圖中螺栓數量、泵站及千斤頂相應位置僅為示意圖，具體施工應根據場地大小、螺栓數量等參數具體安排。

    開始張拉前，手動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，保持高強螺桿位于中空千斤頂的中心位置，防止張拉過程中千斤頂受力不均。上螺母利用手動扳手與墊板擰緊即可。開始張拉后，首先將預應力筋調整到初應力值，即設計控制應力的10%-15%。張拉伸長值應從初應力時開始測量。然后密切注意每根高強螺桿上升速度是否一致，在接近設計伸長量時，控制泵油速度，保證最終張拉力滿足設計要求。杜絕張拉力不足或過量張拉。

    達到設計伸長量和張拉力后，手動將下螺母擰緊。

    針對預應力衰減情況，按照設計要求，在施工不同階段以及竣工后一年時間，對高強螺桿應重新進行張拉至設計張拉力的110%。

    在第一次張拉完成后，便可進行風機的吊裝工作，將張拉后的螺桿與風機塔筒連結，風機吊裝由吊裝單位進行。

五、效益分析

    5.1 以國電繁食溝風力發電場一期和二期進行對比

    由于該工程一期采用的是傳統風機基礎，為樁基礎+擴展式承臺形式。二期采用的后張預應力波紋鋼筒風機基礎，以單臺風機基礎為例，效益對比情況如下：

    5.2 社會效益

    使用該工藝，可大量節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境的影響。該工法使用的人員和機械數量大大減少，很容易形成流暢的流水化作業環境。此外，該工法施工工藝簡單，有利于進行安全和質量控制。

    由于大兆瓦機組是未來發展的趨勢，該工法隨著單機容量的增加，其與傳統基礎相對比所節約的各種成本會更加明顯，大面積推廣該技術，將會產生巨大的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1] 《陜西草山梁風機基礎設計圖紙》恩格工程咨詢（北京）有限公司

[2] 《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB50202-2002

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)