賀虎，王志強(qiáng)，李巖，周宏，馬勇杰

(1.國家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司，北京市100052;2.華東電力設(shè)計(jì)院，上海市200063)

0 引言

“皖電東送”1000kV滬西變電站工程位于上海市青浦區(qū)練塘鎮(zhèn)，圍墻內(nèi)占地面積9.8萬m2。站址原貌為瀉湖沼澤平原，地質(zhì)情況較復(fù)雜。站區(qū)原地表水系發(fā)達(dá)，有成片人工開挖的魚塘和貫穿南北的河道。場(chǎng)地進(jìn)行了大面積回填，魚塘區(qū)域回填深度達(dá)3～4m。根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)情況，站址區(qū)地基土上部分布有灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，該土層厚度達(dá)7.5～13.6m，透水性能差，承載力非常軟弱。站區(qū)地下水位非常高，一般埋深在0.50m左右，且受雨季影響大。

滬西變電站樁基工程共3種樁型，總樁數(shù)約16 200根，施工周期長達(dá)6個(gè)月。其中:1000kV設(shè)備、設(shè)備支架及建筑物基礎(chǔ)下方布置φ400 mm的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土(prestressed high-intensity concrete，PHC)管樁;1000kV構(gòu)架基礎(chǔ)下方布置φ600 mm的PHC管樁;110kV設(shè)備及支架基礎(chǔ)下方布置鉆孔灌注樁;全站道路及電纜溝底部布置水泥土攪拌樁。PHC管樁采取靜壓沉樁，布置密集，主變區(qū)域間距為2.0m×2.4m，總樁數(shù)約1 200根，1000kV氣體絕緣開關(guān)設(shè)備(gas insulated switchgear，GIS)區(qū)域間距為2.4m×2.4m，總樁數(shù)約為1 000根。滬西變電站地基處理工程是一個(gè)大型、復(fù)雜、密集樁群的施工項(xiàng)目［1-4］。

國家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、監(jiān)測(cè)等單位及專家團(tuán)隊(duì)，針對(duì)滬西變電站地基工程的特點(diǎn)、難點(diǎn)，進(jìn)行全面深入的研討論證。為確保地基處理工程質(zhì)量和臨近運(yùn)行站安全，在滬西變電站工程中應(yīng)用了樁基監(jiān)測(cè)法。

1 樁基監(jiān)測(cè)的必要性

樁基施工監(jiān)測(cè)是在預(yù)制樁施工過程中(含施工完成后的一定時(shí)間內(nèi))，對(duì)由于樁基施工而引起的超孔隙水壓力變化、深層土體位移、土體抬升等實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的有效手段。

1.1 樁基施工監(jiān)測(cè)是樁基檢測(cè)的重要補(bǔ)充

雖然樁基檢測(cè)與樁基監(jiān)測(cè)都是進(jìn)行樁基質(zhì)量控制的有效手段，但兩者有著不同的作用。樁基檢測(cè)，是在樁基施工完成后，通過對(duì)樁體進(jìn)行高應(yīng)變、低應(yīng)變檢測(cè)，以此判斷樁體完整性的方法，是一種“事后”檢測(cè)措施。而樁基施工監(jiān)測(cè)則是在樁基施工過程中對(duì)由于施工引起的土體孔隙水壓力變化、深層土體側(cè)向位移、周圍土體縱向擠壓抬升(反映為鄰近樁體抬升)、地面位移(反映為運(yùn)行站圍墻位移)等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法，是一種“過程”監(jiān)測(cè)措施。樁基監(jiān)測(cè)能為樁基施工過程中的施工質(zhì)量控制提供依據(jù)，達(dá)到信息化施工的要求。

1.2 樁基施工監(jiān)測(cè)是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制要求

按DL/T 5024—2005《電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程》第14.3.1(21)項(xiàng)要求，“在軟土地區(qū)，為減少后續(xù)施工樁對(duì)已施工樁的影響并確保鄰近建(構(gòu))筑物、地下管線的安全，以及確定基坑開挖合理時(shí)間，必須進(jìn)行巖土工程監(jiān)測(cè)”。滬西變電站工程地處軟土地區(qū)、樁群布置密集，PHC管樁與運(yùn)行的500kV練塘變電站最近距離約為90m，符合該標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。

1.3 樁基施工監(jiān)測(cè)是施工指導(dǎo)的量化手段

雖然樁基施工具有成熟的經(jīng)驗(yàn)，比如:在一定范圍內(nèi)，先施工PHC管樁，后施工鉆孔灌注樁和水泥土攪拌樁;在PHC管樁密布區(qū)域，應(yīng)先施工中部PHC管樁，后施工四周PHC管樁等，但上述施工經(jīng)驗(yàn)缺少定量控制指標(biāo)。而樁基監(jiān)測(cè)所采取的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)手段，均能通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和報(bào)警值設(shè)置，量化指導(dǎo)樁基施工的施工速率、施工工序、休止時(shí)間、開挖間隔、檢測(cè)重點(diǎn)抽檢部位等。另外，1000kV GIS基礎(chǔ)不均勻沉降控制標(biāo)準(zhǔn)要求高(不超過2‰)，需要從樁基施工源頭開始量化控制。

1.4 滬西變電站樁基工程的特殊性

滬西變電站站址地質(zhì)情況復(fù)雜，土體穩(wěn)定性極差，樁基工程樁型多、樁數(shù)多、布置集中、施工工期緊，且東側(cè)臨近運(yùn)行的500kV練塘變電站，南側(cè)和西側(cè)臨近新開挖的河道。特殊的地質(zhì)地理環(huán)境和復(fù)雜的設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致集中樁群施工質(zhì)量缺陷、圍墻擋土墻及河道護(hù)坡位移、運(yùn)行站圍墻及基礎(chǔ)位移的可能性大、風(fēng)險(xiǎn)高，必須實(shí)施量化監(jiān)測(cè)手段，確保建設(shè)安全。

2 樁基施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.1 超孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

上海地區(qū)處于沿海軟土地區(qū)，地基土中分布有深厚的淤泥質(zhì)土，含水率高，滲透性低。對(duì)于飽和軟粘土，孔隙中充滿水，這些水在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)有一個(gè)平衡的壓力，這是孔隙水壓力。當(dāng)集中打入PHC管樁時(shí)，由于PHC管樁為擠土樁，土體會(huì)受到樁基施工的外力擠壓，土體中的孔隙水也因受到擠壓而無法快速滲透，導(dǎo)致土中原有水壓力上升，由此產(chǎn)生超孔隙水壓力。

超孔隙水壓力監(jiān)測(cè)，主要是通過對(duì)超孔隙水壓力的增長和消散過程的觀測(cè)，了解各種情況下沉樁對(duì)孔隙水壓力形成的影響，分析可能對(duì)工程產(chǎn)生的危害，必要時(shí)提出警告和建議，調(diào)整施工進(jìn)度安排，預(yù)估沉樁結(jié)束后到基坑開挖所需的休止時(shí)間。

超孔隙水壓力監(jiān)測(cè)通過在密集樁群區(qū)域布置孔隙水壓力計(jì)來進(jìn)行觀測(cè)。在滬西變電站工程中，在主變、1000kV GIS等樁基密集區(qū)域共布置孔壓計(jì)8組(P1 ～P8)，每組4 個(gè)孔壓計(jì)，深度為4、8、12、20m，分別監(jiān)測(cè)孔壓計(jì)所在土層在沉樁過程中孔隙水壓力的變化情況?？紫端畨河?jì)式布置見圖1。

圖1 孔隙水壓力計(jì)深度分布Fig.1 Depth distribution of pore water pressure gauge

2.2 深層土體位移監(jiān)測(cè)

由于沉樁引起的擠土效應(yīng)，土體側(cè)向位移對(duì)鄰近的基樁產(chǎn)生側(cè)向擠壓，導(dǎo)致樁體在縱向范圍內(nèi)不同程度的水平偏位，一般頂部偏位大，底部偏位小。深層土體位移通過布置測(cè)斜孔來進(jìn)行觀測(cè)，有效掌握地基土變形。滬西變電站工程在主變東側(cè)PHC管樁與灌注樁之間布置6個(gè)測(cè)斜孔(C1～C6)，在GIS東側(cè)布置3個(gè)測(cè)斜孔(C7～C9)，深度為30m，進(jìn)入⑥2號(hào)草黃色粉質(zhì)粘土層。

2.3 樁頂位移監(jiān)測(cè)

密集樁群施工過程中，由于擠土效應(yīng)，后沉樁對(duì)鄰近的基樁除在水平方向有水平位移影響外，在垂直方向還可能造成鄰近的基樁樁頭抬升。為此，樁頂位移監(jiān)測(cè)選擇容易產(chǎn)生較大偏位或抬升影響的單樁，進(jìn)行位移觀測(cè)，了解樁頭偏位的過程。在滬西變電站工程中，分別在主變區(qū)域布置4根(Z1～Z4)，1000kV GIS區(qū)域布置4根(Z5～Z8)監(jiān)測(cè)樁。監(jiān)測(cè)樁在工程樁上進(jìn)行加長，至地表下0.40m。

2.4 鄰近建筑位移監(jiān)測(cè)

在現(xiàn)有的練塘站與滬西站之間的臨時(shí)圍墻上設(shè)置4個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)(W1～W4)，進(jìn)行圍墻位移的監(jiān)測(cè)。滬西變電站工程樁基監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖2所示。

圖2 滬西變電站工程樁基監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置Fig.2 Layout of pile foundation monitoring points in Huxi Substation

2.5 報(bào)警限值

根據(jù)設(shè)計(jì)和有關(guān)規(guī)程要求:超孔隙水壓力達(dá)到上覆有效壓力80%時(shí)報(bào)警;土體位移每天達(dá)30 mm，或累計(jì)達(dá)到60 mm時(shí)報(bào)警;樁頂位移連續(xù)多日達(dá)10 mm，或累計(jì)達(dá)到100 mm時(shí)報(bào)警，累計(jì)抬升20 mm時(shí)報(bào)警。

監(jiān)測(cè)的報(bào)警限值依據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［5］、上海市 DGJ 08 －37—2002《巖土工程勘察規(guī)范》［6］及 DLT 5024—2005《電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程》［7］的相關(guān)要求，并結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)要求綜合確定。

3 樁基施工監(jiān)測(cè)法

主變區(qū)域樁基施工周期為2012年3月6日～4月29日，監(jiān)測(cè)周期為2012年3月2日～6月10日。主變區(qū)域分南、北2段分別沉樁，每段又分東、西兩側(cè)往返沉樁。如主變區(qū)域北段東側(cè)先從南至北向3～4排沉樁，再由北向南折返沉樁。主變區(qū)域南段亦是如此。

1000kV GIS區(qū)域樁基施工周期為2012年5月17日～6月16日，監(jiān)測(cè)周期為2012年5月4日～8月10日。采取“S”形路徑從南至北推進(jìn)。

3.1 超孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

主變區(qū)域，在單側(cè)從南至北沉樁過程中，超孔隙水壓力上升較大，但未超過報(bào)警值。而在折返沉樁后，因施工速率較快，超孔隙水壓力因積聚效應(yīng)，前次的還沒有釋放，又迅速上升，大幅度超過報(bào)警值，也表明本工程場(chǎng)地孔隙水壓力的釋放非常困難，沒有良好的排水釋壓途徑。主變區(qū)域按照5倍樁徑的樁間距，初期每日每臺(tái)樁機(jī)的沉樁數(shù)宜控制在15～20根，后期折返施工時(shí)宜控制在15根以內(nèi)。主變場(chǎng)地典型的超孔隙水壓力觀測(cè)曲線見圖3(圖中虛線處為上覆有效壓力80%)。

圖3 P3超孔隙水壓力觀測(cè)曲線Fig.3 Observation curves of excess pore water pressure at P3 point

GIS區(qū)域在每天每臺(tái)樁機(jī)在同一區(qū)域施工數(shù)超過30根樁的情況下，孔隙水壓力超標(biāo)現(xiàn)象普遍，但其總體超標(biāo)幅度較主變區(qū)域小。經(jīng)分析，GIS區(qū)域樁間距要比主變區(qū)域大(為6倍樁徑)是主要原因，其次GIS區(qū)域場(chǎng)地回填較好、塑料排水板先期插設(shè)為次要原因。按照樁間距為6倍樁徑，施工方式為成排向同一方向推進(jìn)，打樁初期每日每臺(tái)樁機(jī)的沉樁數(shù)宜控制在20～25根，后期施工中部的樁宜控制在每天15根以內(nèi)。GIS場(chǎng)地典型的超孔隙水壓力觀測(cè)曲線見圖4(圖中虛線處為上覆有效壓力80%)。

在樁基施工結(jié)束的休止過程中，經(jīng)監(jiān)測(cè)，20m處的超孔隙水壓力消散速率較12m處快，主要因?yàn)?2m深度范圍內(nèi)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其超孔隙水壓力消散較為緩慢。

圖4 P6超孔隙水壓力觀測(cè)曲線Fig.4 Observation curves of excess pore water pressure at P6 point

3.2 深層土體位移(測(cè)斜)

主變區(qū)域東側(cè)沉樁經(jīng)過測(cè)斜管附近后，測(cè)斜管測(cè)得的土體位移變化較大，而后期折返回到主變西部的樁基施工對(duì)東側(cè)的土體位移影響明顯減小，但會(huì)繼續(xù)疊加。距樁群邊樁約6m的監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)位移大多超過60 mm，位移方向與打樁擠土方向一致;樁基施工對(duì)20m外的土體仍有一定影響，但總體位移較小，距邊樁20m處的監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)位移約21 mm，位移方向與打樁擠土方向一致，表明隨著水平距離的增加，擠土效應(yīng)明顯收斂。

GIS區(qū)域監(jiān)測(cè)成果顯示，在距測(cè)點(diǎn)東西水平線5～8m范圍內(nèi)(最近的樁基實(shí)際距離8～10m)，樁基施工的擠壓效果已經(jīng)比較明顯，而距測(cè)點(diǎn)東西水平線5m范圍內(nèi)(最近的樁基實(shí)際距離6m)的樁基施工對(duì)測(cè)點(diǎn)的擠壓效應(yīng)最大，而一般最鄰近的樁基施工結(jié)束后，測(cè)點(diǎn)所反映的土體位移基本已達(dá)到最大位移，距樁群邊樁約6m的深層土體位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)位移大都超過60 mm，位移方向與打樁擠土方向一致，后期較遠(yuǎn)的樁基施工基本沒有大的影響［8-9］。

典型的深層土體位移監(jiān)測(cè)曲線見圖5。

3.3 樁頂位移監(jiān)測(cè)

圖5 C2和C7深層土體位移監(jiān)測(cè)曲線Fig.5 Observation curves of deep soil displacement at C2 and C7 point

主變區(qū)域除監(jiān)測(cè)樁Z4累計(jì)最大矢量位移為61.35 mm外，其他3根監(jiān)測(cè)樁的累計(jì)水平位移超過報(bào)警值(100 mm)，最大累計(jì)矢量位移達(dá) 129～171 mm;樁基結(jié)束休止后，樁頂位移回落不明顯。經(jīng)分析，主要原因是沉樁施工速率較快，特別是在折返沉樁過程中未減緩施工速率，造成超孔隙水壓力和樁頂位移都超過報(bào)警值［10-11］。

1000kV GIS區(qū)域除監(jiān)測(cè)樁Z5位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)沒有超標(biāo)外，其他3根監(jiān)測(cè)樁的累計(jì)水平位移均較大，都超過100 mm的報(bào)警值，最大累計(jì)矢量位移達(dá)110～135 mm，樁基施工結(jié)束休止后位移回落不大。垂直位移Z6監(jiān)測(cè)樁在施工中有超過報(bào)警值的現(xiàn)象，最大累計(jì)抬升達(dá)+24 mm。

根據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》打入樁樁位允許偏差要求，中間樁允許偏差為1/2樁徑(即200 mm)，因此，滬西變電站樁基均未超過樁位允許偏差值。各監(jiān)測(cè)樁最終監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。

3.4 鄰近建筑位移監(jiān)測(cè)

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，在樁基施工期間各位移點(diǎn)累計(jì)水平位移變化量在(+14～－27)mm之間(B方向)，垂直累計(jì)位移變化量在(+4～－6)mm，位移變化呈緩變型。樁基施工期間，臨近的運(yùn)行變電站圍墻及內(nèi)側(cè)土體未出現(xiàn)明顯裂縫，建筑物、道路及設(shè)備基礎(chǔ)未發(fā)現(xiàn)異常情況。樁基監(jiān)測(cè)工作有效確保了運(yùn)行站的安全。位移觀測(cè)結(jié)果見圖6、圖7。

4 樁基施工相關(guān)控制措施

4.1 超孔隙水壓力及位移超標(biāo)

為控制超孔隙水壓力，樁基施工前需在沉樁區(qū)域內(nèi)插塑料排水板，對(duì)于透水性能極差的灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，可在加密排水板的同時(shí)，采取鋪設(shè)砂墊層透水的措施。施工時(shí)優(yōu)化沉樁順序，對(duì)于列數(shù)較多的密集樁群，可減少每次的施工列數(shù)，或采取“S”型沉樁路線，降低沉樁速率，避免集中沉樁。如發(fā)現(xiàn)超孔隙水壓力及位移超標(biāo)，可及時(shí)降低沉樁速率，調(diào)整沉樁順序，如超標(biāo)較嚴(yán)重需停工。同時(shí)，由于深層土體位移的影響范圍廣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)深層土體及樁頂位移超標(biāo)后，需加強(qiáng)樁基開挖檢測(cè)，驗(yàn)證樁體的完整性。

?

4.2 鄰近建筑位移超標(biāo)

鄰近建筑位移超標(biāo)將直接導(dǎo)致運(yùn)行站圍墻開裂、地面裂紋、地下管道破壞等嚴(yán)重質(zhì)量事故，需嚴(yán)格控制。主要控制措施是在樁基事故過程中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，聯(lián)合運(yùn)行單位開展巡視，予以杜絕。

5 結(jié)論

(1)在樁基施工過程中進(jìn)行超孔隙水壓力、深層土體位移和樁頂位移等監(jiān)測(cè)，制定報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，提供了樁基施工控制措施建議，并采取了相關(guān)處理措施(如及時(shí)調(diào)整了沉樁速率、沉樁工序、增設(shè)塑料排水板等)，及時(shí)將樁基施工監(jiān)測(cè)數(shù)值恢復(fù)正常，對(duì)施工工序的調(diào)整和樁基施工質(zhì)量控制發(fā)揮了應(yīng)有的作用，特別是對(duì)大型復(fù)雜密集樁群在施工過程中容易發(fā)生的“漂移”現(xiàn)象進(jìn)行了嚴(yán)格監(jiān)控。經(jīng)過1000kV滬西變電站樁基工程實(shí)踐，重點(diǎn)部位樁基開挖檢測(cè)，I類樁達(dá)到100%，達(dá)到了施工創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)，為1000kV GIS大體積混凝土基礎(chǔ)不均勻沉降等質(zhì)量通病控制創(chuàng)造了有利條件，也為工程長期安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好基礎(chǔ)。

(2)PHC管樁施工時(shí)的擠土效應(yīng)明顯，對(duì)已成樁產(chǎn)生一定的影響，主要表現(xiàn)為群樁外側(cè)深層土體位移較明顯，已成樁樁頂水平位移較大，樁頂抬升次之。在樁基施工期間，樁基施工處附近的超孔隙水壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)普遍較高，且上部土層中孔隙水壓力消散也較緩慢，樁基施工對(duì)周圍建筑物未產(chǎn)生明顯影響。

(3)按照主變區(qū)域5倍樁徑的樁間距，初期每日每臺(tái)樁機(jī)的沉樁數(shù)宜控制在15～20根，折返施工時(shí)宜控制在15根以內(nèi)。GIS區(qū)域按照樁間距為6倍樁徑，施工方式為成排向同一方向推進(jìn)，打樁初期每日每臺(tái)樁機(jī)的沉樁數(shù)宜控制在20～25根，后期施工中部的樁宜控制在每天15根以內(nèi)。

(4)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，軟土地區(qū)樁基施工后的基坑開挖，至少需在樁基施工休止40天后，且應(yīng)結(jié)合超孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行判斷。要求超孔隙水壓力消散率大于60%或超孔隙水壓力小于上覆有效土壓力的30%時(shí)，方可進(jìn)行基坑開挖。

(5)GIS區(qū)域的超孔隙水壓力總體超標(biāo)幅度較主變區(qū)域小，應(yīng)是得益于該區(qū)域場(chǎng)地回填較好，塑料排水板先期進(jìn)行了插設(shè)等因素，而GIS區(qū)域樁間距要比主變區(qū)域大(為6倍樁徑)也是主要原因。在樁基密度確定的情況下，增加塑料排水板數(shù)量能有效加速超孔隙水壓力的釋放，建議每根樁配2～3根塑料排水板，以加快孔隙水壓力的消散，加速土體的固結(jié)。

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