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

1 工程概況

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。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地理位置

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。

2.2 地基土的構(gòu)成和特征

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

2.2 水文地質(zhì)條件

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。

3 設(shè)計要求及主要工程特點

3.1 設(shè)計要求

(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。

3.2 主要工程特點

(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。

4 PHC管樁施工

4.1 施工工藝流程

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 施工方案的實行

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 施工質(zhì)量的控制

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 施工質(zhì)量檢測

5.1 現(xiàn)場檢測

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 檢測結(jié)果的分析和判斷

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。

6 結(jié)論

(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.

[3] 龔曉南. 地基處理手冊-第2版[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2000.

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

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1009-282X(2017)06-0037-05