張志偉,仇果,許琛
(北京振沖工程股份有限公司,北京 100102)
PHC管樁在2×1000MW火力發(fā)電工程中的應(yīng)用
張志偉,仇果,許琛
(北京振沖工程股份有限公司,北京 100102)
國電泰州電廠一期工程是國家“十一五”重點建設(shè)項目,是國電集團公司首臺百萬等級的火電機組建設(shè)項目,規(guī)劃裝機總?cè)萘繛?000 MW,其中一期工程建設(shè)2臺1000 MW超超臨界燃煤機組。國電泰州電廠一期2×1000 MW機組主廠房B標(biāo)段PHC管樁樁基工程目前已全部完工,經(jīng)高、低應(yīng)變檢測表明樁體質(zhì)量均滿足設(shè)計要求,為以后PHC管樁樁基工程在大機組火力發(fā)電廠施工中提供了有益的實踐經(jīng)驗。
PHC管樁;焊縫探傷檢測;高低應(yīng)變檢測
本項工程為泰州電廠一期工程,根據(jù)國家發(fā)改委的項目建議書批復(fù),本期建設(shè)規(guī)模為2×1000 MW燃煤機組及相應(yīng)的生產(chǎn)輔助、附屬設(shè)施,并預(yù)留擴建的2臺2×1000 MW機組。國電泰州電廠一期2×1000 MW機組主廠房B標(biāo)段樁基工程施工區(qū)域包括煙囪、2#鍋爐房、2#煤倉間、2#汽機房、2#電除塵、2#煙道支架、2#送風(fēng)機、2#引風(fēng)機、除灰控制樓。本文就具體工程施工介紹了PHC管樁施工的應(yīng)用技術(shù),分析和總結(jié)了PHC管樁在1000 MW超超臨界燃煤機組發(fā)電工程中的設(shè)計與施工特點,重點介紹了PHC管樁施工中所遇到的一些問題以及解決這些問題的具體措施。
擬選址位于泰州市永安洲鎮(zhèn)北福沙村,北距泰州市中心約30 km,屬于長江三角洲沖擊平原的河漫灘地,沿岸的長江大堤較為順直,大堤內(nèi)多為耕地及民房,選址地通水陸運輸。
擬選廠址區(qū)屬長江三角洲沖積平原的河漫灘,地形平坦,地貌單一,地面標(biāo)高約為3.5 m(1985年國家高程系統(tǒng)),附近無基巖出露。為第四系地層所覆蓋,根據(jù)現(xiàn)場勘察資料,地層從上至下描述見表1。
表1 地基土匯總表
廠址區(qū)域地下水類型主要為松散巖類孔隙水,可分為潛水和承壓水,地表水與地下水關(guān)系密切,兩者呈互補關(guān)系。潛水主要接受大氣降水的補給,消耗于蒸發(fā),或以徑流形式排泄于長江,在天然情況下水平運動遲緩屬于垂直補給蒸發(fā)型。承壓水埋藏較深,由于無連續(xù)穩(wěn)定的隔水層,故與淺層水有直接水力聯(lián)系,其補給來源主要有上部潛水的越流補給及長江水側(cè)向補給;區(qū)內(nèi)承壓含水層顆粒較粗、厚度較大、滲透性好,因此,其徑流條件好但地下水水力坡度很小,所以在自然條件下水平徑流十分微弱。其水位主要受大氣降水和地表水水體的影響,呈季節(jié)性變化。本次勘測期間地下水穩(wěn)定水位為0.3~1.3 m。場地環(huán)境類型為II類。
(1)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為PHC 600 AB 110型﹑PHC 600 B 130型和PHC 500 AB 100型三種規(guī)格。
(2)采用錘擊沉樁法,入土深度約為50 m和39 m左右,達到持力層⑦2粉細砂層和⑥層。
(3)各部位根據(jù)設(shè)計要求進行送樁,深度約2~7 m。
(1)本工程工期短、工程量大,主導(dǎo)施工機具均采用日本進口全液壓履帶式打樁機械。
(2)單樁長度最長的為49 m,送樁深度最深的為8.7 m,樁入持力層⑦2粉細砂層2 m,該層標(biāo)貫擊數(shù)為49.9擊。
(3)為了加快超孔隙水壓力的消散,加快土體固結(jié),施工需在地基土中插設(shè)塑料排水板,以消散由打樁引起的超孔隙水壓力。
(4)由于送樁深度比較深,地下水位比較淺,打完樁后需要及時回填,且回填工作量大。
(5)根據(jù)地質(zhì)資料,本工程砂層較厚,樁基須穿透砂層,給沉樁施工帶來較大難度,擬采用D100或D80型筒式柴油錘打入。
(6)施工期間為臺風(fēng)多發(fā)季節(jié),降水量較大,給重裝設(shè)備的運行及場地道路、施工作業(yè)面的維護帶來困難。
本工程參照執(zhí)行下列有關(guān)規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)、圖紙、報告:①《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 50007—2002),②《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2002),③《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50300—2001),④《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50200—2002)。本工程施工流程如圖1所示。
圖1 PHC管樁施工工藝流程圖
4.2.1 主要施工機械設(shè)備的選配
(1)打樁機械
本工程投用七臺三點支架全液壓履帶式打樁機施工,樁機型號是日產(chǎn)DH508兩臺、DH558、PD100、DH408、PD9、PD90各一臺,樁機挺桿長度拼裝24~27 m,沉樁選用筒式柴油錘具體配置采用D100樁錘2只、D80樁錘4只、D62樁錘1只。
(2)運輸供樁和喂樁機械
現(xiàn)場喂樁選用25~50 t履帶式吊機,現(xiàn)場樁節(jié)倒運采用40 t平板車,裝卸采用25~50 t履帶式吊機和25 t汽車吊。
(3)焊接設(shè)備
管樁焊接選用半自動CO2氣體保護焊機。
4.2.2 施工工藝
本工程中的多個區(qū)域施工各有其設(shè)計與地質(zhì)條件特點,本文結(jié)合已經(jīng)開挖驗收后的煙囪施工區(qū)域作一個詳細的施工過程介紹。煙囪區(qū)域管樁設(shè)計以圓環(huán)形狀布置,管樁規(guī)格型號為PHC 600 B 130型樁,樁長49 m,樁頂標(biāo)高-4.7 m,送樁深度3.45 m,施工樁數(shù)239根。排水板施工機具采用液壓式履帶插扳機,管樁施工采用日產(chǎn)DH508兩臺設(shè)備從煙囪中心位置向外施工。煙囪區(qū)域的地質(zhì)條件相對比較復(fù)雜,管樁施工要穿過④1粉砂、⑤粉砂、⑦1粉砂,進入⑦2粉細砂2 m。
(1)塑料排水板的施工
煙囪區(qū)域塑料排水板是以煙囪中心為圓心的多個圓環(huán)布置,布置在管樁的周圍,與管樁中心的間距約為1.5 m,塑料排水板的設(shè)計長度為15 m,材質(zhì)為B型板,煙囪區(qū)域共計329根,在施工過程中,塑料板與樁尖連接牢固,避免了提管時脫開將塑料板帶出。樁尖與導(dǎo)管配合適當(dāng),避免了錯縫,防止了淤泥進入而增大塑料板與導(dǎo)管壁的摩擦力造成塑料板帶出。嚴(yán)格控制間距和深度,凡塑料板被帶上2 m的均作廢并進行補打。塑料板需接長時,采用濾膜內(nèi)水平搭接的連接方法,為保證輸水暢通并且有足夠的搭接強度,搭接長度不小于20 cm。
(2)下樁
根據(jù)沉樁流程安排要求,由吊車將管樁駁至樁位附近,樁機就位后起錘,吊車給管樁套上樁帽,將管樁吊起喂進籠口,調(diào)節(jié)樁架位置,使樁尖對準(zhǔn)樣樁,由兩臺經(jīng)緯儀十字交會校核樁位并控制其垂直度,待樁身穩(wěn)定后,放下樁錘,壓樁下沉,直至穩(wěn)定并滿足垂直度要求后,開油門錘擊。開始錘擊時錘的能量應(yīng)控制在1~2擋范圍或空錘試擊、重錘輕擊。
(3)電焊接樁
當(dāng)下節(jié)樁沉至離地面約0.8~1.0 m時,停止錘擊,將待接的上節(jié)樁吊起與下節(jié)樁對位后進行焊接,接樁時在下節(jié)樁頂上臨時點焊兩塊擋板以利于待接樁就位,對接精度控制在上下節(jié)樁軸線錯位不大于2 mm以內(nèi),節(jié)點彎曲矢高不大于1‰樁長,且不大于2 mm,下節(jié)樁若傾斜,上節(jié)樁仍對準(zhǔn)其軸線,不得調(diào)整樁身垂直度,保證上下節(jié)樁之間間隙密實。
(4)送樁
當(dāng)上節(jié)樁沉至離地面0.6~0.8 m時停錘,套上送樁桿,調(diào)節(jié)樁架,使送樁桿帽與樁頂接觸平實,送樁桿與樁軸線成一直線后開錘送樁,直至達到樁頂設(shè)計標(biāo)高。施工前在送樁桿上刻長度標(biāo)志,便于樁頂標(biāo)高控制。沉樁及送樁過程中,測量工應(yīng)始終通過儀器觀測樁的入土情況,并記錄錘擊數(shù),計算每米貫入度及停錘前最后三振(30擊)的平均貫入度。樁頂標(biāo)高由S3水準(zhǔn)儀測量控制。
(5)回填
送樁至設(shè)計標(biāo)高后,停錘移樁機,由吊車拔送樁桿,并及時回填送樁孔。樁坑的回填是保證現(xiàn)場場地平整和施工安全的一個很重要的步驟,必須做到足夠的重視。采用蛇皮袋成袋裝土,在送樁桿拔起后及時丟進管樁的頂口處(樁端的法蘭盤)以堵住管樁口,每個孔丟兩袋保證將管樁口堵住,然后將樁坑周圍土回填拔平。
(6)回填煙囪施工中遇到的問題
煙囪施工是從2005年7月13日上午開始施工,前兩天施工的115、129、141、114、170、151六根樁的平均總擊數(shù)約為2200擊,平均送樁擊數(shù)約為1000擊,每根樁的施工總施工時間為2 h,最后貫入度為3 cm以內(nèi)。在接下來的幾天,施工情況跟上述一致,我公司結(jié)合以往的施工經(jīng)驗和地質(zhì)勘查報告,請檢測單位對該區(qū)域的樁進行高應(yīng)變隨機跟蹤檢測(檢測到的承載力數(shù)據(jù)大于設(shè)計要求),并將有監(jiān)理見證的詳細施工情況上報給業(yè)主與設(shè)計院,設(shè)計根據(jù)施工實際情況和該區(qū)域的地質(zhì)特征(⑦2粉細砂層起伏較大),將設(shè)計樁長減少2 m,并同時對減少2 m后樁進行高應(yīng)變檢測,檢測得到的承載力數(shù)據(jù)同樣滿足設(shè)計要求,后來的施工情況體現(xiàn)了減少2 m后的樁提高了施工效率、保證了施工質(zhì)量。
4.3.1 建立質(zhì)量管理制度
施工過程中,項目部建立嚴(yán)格質(zhì)量控制制度,明確責(zé)任分工:①項目經(jīng)理首先將本工程的人員、材料、設(shè)備、工藝方法和施工環(huán)境等五個方面的因素有效的控制進行,確保工程投入的質(zhì)量,也就是前提條件要確保質(zhì)量,以此來保證每道工序質(zhì)量的穩(wěn)定。②設(shè)專職施工員,布置落實有關(guān)的施工工序與技術(shù)質(zhì)量要求。③設(shè)專職質(zhì)檢員,質(zhì)檢員是工序管理的直接檢查與控制者,辦理工序質(zhì)量的具體業(yè)務(wù),不得設(shè)兼職人員,更不得與施工員混崗,人數(shù)的配備與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)。④加強質(zhì)量檢驗和隱蔽工程簽證制度,對每道工序?qū)嵭胁僮髡摺嘟M長和質(zhì)檢員三者百分之百的檢查,工程技術(shù)部抽查的制度。⑤工程技術(shù)部應(yīng)及時掌握質(zhì)量動態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)問題隨即研究處理,隱蔽工程驗收必須嚴(yán)格遵循上道工序不合格不能進入下道工序的原則。⑥關(guān)鍵部位或薄弱環(huán)節(jié)設(shè)置工序質(zhì)量控制點、質(zhì)量控制點的檢查必須經(jīng)專職質(zhì)檢員檢驗合格。
4.3.2 原材料質(zhì)檢
原材料進場,對于進入現(xiàn)場的成品樁,我們由質(zhì)檢員進行質(zhì)量驗收。不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的堅決給予退回。驗收合格的統(tǒng)一編號,并報送監(jiān)理工程師復(fù)檢確認合格后方準(zhǔn)使用。接樁焊接材料我們采用經(jīng)檢測合格的優(yōu)質(zhì)的CO2氣體保護焊條,確保焊接質(zhì)量。
4.3.3 測量定位
首先有技術(shù)負責(zé)人組織測量人員對圖紙進行仔細審讀,依據(jù)業(yè)主交付的高級控制點對樁位進行施測。報監(jiān)理工程師復(fù)查,樁位偏差不得大于規(guī)范要求。
4.3.4 樁身垂直度控制
利用兩臺經(jīng)緯儀成90°夾角對樁身垂直度進行嚴(yán)格控制。在錘擊前錘頭、樁帽及樁身不偏心保持在同一垂線上,避免了因樁身受力不均勻而受損。
4.3.5 跟蹤檢測
在沉樁作業(yè)中,由檢測公司人員對重要施工區(qū)域的接樁焊口按10%進行探傷檢測,檢測區(qū)域及檢測數(shù)量如表2所示。
表2 焊縫檢測統(tǒng)計表
樁基檢測單位所做的高應(yīng)變也隨著施工進行,并把檢測結(jié)果及時反饋給施工單位,使我們隨時了解到沉樁質(zhì)量情況,并對施工中有問題的樁進行各方面分析,然后上報業(yè)主,由設(shè)計院確定最終的解決方案。
4.3.6 標(biāo)高控制
標(biāo)高控制作為沉樁工作的最后一道工序非常重要,每個作業(yè)機組有一人專門負責(zé)樁頂標(biāo)高控制,事先根據(jù)業(yè)主交付的水準(zhǔn)點及樁頂設(shè)計標(biāo)高,計算好送樁桿的所需刻度,利用水準(zhǔn)儀觀測錘擊至標(biāo)高。
5.1.1 檢測目的
(1)檢測單樁豎向抗壓承載力;
(2)檢測樁身結(jié)構(gòu)完整性,判斷樁身質(zhì)量及缺損位置。
5.1.2 檢測依據(jù)及原則
(1)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2003);《國電泰州電廠一期工程施工圖PHC樁高、低應(yīng)變動測大綱》。
(2)檢測樁數(shù)量及位置
檢測數(shù)量為總樁數(shù)的5%,具體檢測樁號由設(shè)計或監(jiān)理指定,或按隨即均勻布置原則抽取。
5.1.3 檢測方法
現(xiàn)場工作時,將一對加速度、應(yīng)變傳感器組成一組傳感器,兩組傳感器用螺絲固定再距樁頭1~2D(D為樁身截面直徑)處,兩組傳感器處于同一水平面內(nèi)呈對稱分布。錘擊開始后,傳感器將拾得的錘擊信息傳至PDA機內(nèi),加速度經(jīng)積分變成速度隨時間變化曲線,同時由應(yīng)變傳感器測得的應(yīng)變,乘以樁的彈性模量E和截面積A,成為錘擊力波隨時間變化的曲線,現(xiàn)場即可用CASE法對量測信息作初步分析,同時將信息存儲在PDA機內(nèi)存儲器上,室內(nèi)作進一步分析計算。
5.2.1 計算方法
高應(yīng)變動測試驗資料的分析方法采用CASE法和實測曲線擬合法(CAPWAP)。根據(jù)動力學(xué)原理,樁在沖擊力的作用下,樁身材料中產(chǎn)生壓應(yīng)變、質(zhì)點振動和應(yīng)變的傳播;同時產(chǎn)生樁身相對于樁周圍土體的位移,通過安裝在樁身上的一對應(yīng)變傳感器和加速度傳感器,采集到隨時間變化該樁身應(yīng)變和樁身各部分質(zhì)點振動速度的曲線,該曲線包含著兩方面的信息:錘對樁的激勵信息和樁-土體系對錘激勵的響應(yīng)信息。分析研究這些信息,就能達到確定樁的完整性和單樁極限承載力的目的。承載力分析計算采用CAPWAP-C程序,該程序的特點是采用連續(xù)數(shù)學(xué)模型,根據(jù)場地地質(zhì)情況、樁基特征及經(jīng)驗,設(shè)定樁身各單元處土阻力、阻尼和彈限等參數(shù)建立土阻力模型,迭代求解波動力方程—即擬和。
5.2.2 檢測結(jié)果
根據(jù)檢測大綱,在煙囪、鍋爐房、汽機房各布置了3根復(fù)打樁,對這9根樁的初打、復(fù)打數(shù)據(jù)均進行了CAPWAP分析,采集各種檢測樁的數(shù)據(jù)然后使用CAPWAP-C程序擬和、計算,成果匯總在表3~表5所示。
煙囪72#、220#樁的初打數(shù)據(jù)由于不是沉樁時測得,故其恢復(fù)系數(shù)不用作平均。其余7根樁的恢復(fù)系數(shù)平均值為1.84,取1.80為本工程樁以⑦2粉細砂為樁端持力層的PHC樁的恢復(fù)系數(shù)。9根樁初打樁端土阻力占承載力的比例平均為28%,復(fù)打為22%。沉樁時樁身應(yīng)力大小在樁身強度容許范圍之內(nèi)。沉樁時錘擊能量在70~160 kJ之間,一般在110 kJ左右,能量大小屬于正常范圍。
表3 復(fù)打樁初打檢測結(jié)果表
表4 復(fù)打樁復(fù)打檢測結(jié)果表
表5 恢復(fù)系數(shù)計算表
注:恢復(fù)系數(shù)為單樁極限承載力與初打土阻力之比值。
(1)本工程中的PHC管樁樁基經(jīng)高、低應(yīng)變檢測表明,入⑦2粉細砂為樁端持力層,其樁身基本完整,單樁極限承載力均滿足設(shè)計要求。
(2)PHC管樁適用于以下情況:樁必須穿越易液化的砂土或粉土層,樁主要承受豎向荷載,樁基深度存在承壓含水層。
(3)PHC管樁的施工工效主要與地基土的性質(zhì)、樁長、送樁深度、設(shè)備性能、人員操作熟練程度等有關(guān)。
(4)PHC管樁的施工有利于施工質(zhì)量及進度控制,在這工程的成功應(yīng)用,為以后1000 MW級火電廠樁基工程施工提供了有益的實踐經(jīng)驗。
[1] 電力行業(yè)電力規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. 火力發(fā)電廠巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程:DL/T 5074—2006[S].北京: 中國電力出版社, 2007.
[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范:JGJ 79—2012[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2013.
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2017-08-29
張志偉(1975- ),男,巖土工程專業(yè),北京振沖工程股份有限公司高級工程師,Tel:13910012277,E-mail:zhi_wei_zhang@163.com。
TU473.1
A
1009-282X(2017)06-0037-05