周崢棟，譚勇鋒，馮文新，商善澤

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司建設(shè)分公司；2.中能建浙江火電建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310020）

我國(guó)東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，用電需求量大，土地資源緊張，越來(lái)越多的變電站選址時(shí)優(yōu)先考慮山區(qū)荒地或是沿海灘涂地區(qū)。海涂地質(zhì)土大多具有含水率高、孔隙比大、壓縮性高、強(qiáng)度低和透水性低等性質(zhì)，力學(xué)性能極差，因此該地質(zhì)中成樁質(zhì)量往往難以令人滿(mǎn)意，普遍存在的樁基偏位、傾斜、擠斷及淺樁上浮等成樁質(zhì)量問(wèn)題。隨之而來(lái)的基礎(chǔ)沉降問(wèn)題大大影響變電站電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在軟土地區(qū)變電站建設(shè)過(guò)程中，為兼顧可靠性與經(jīng)濟(jì)性，往往對(duì)重要的建構(gòu)筑物區(qū)域采用灌注樁基礎(chǔ)，而對(duì)一般場(chǎng)地采用預(yù)應(yīng)力管樁處理。灌注樁成樁實(shí)質(zhì)為鋼筋混凝土置換相應(yīng)位置土體，而預(yù)應(yīng)力管樁沉樁實(shí)質(zhì)為將“增強(qiáng)材料”貫入土體，土體向四周擠壓，改變?cè)瓲钔恋膽?yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而引起周?chē)鷾\層土體的隆起和深層土體的橫向擠出，極易造成鄰樁樁身傾斜、擠斷及淺樁上浮。上海某工程便由于成樁擠土效應(yīng)影響，大量工程樁被折斷，經(jīng)開(kāi)挖觀測(cè)最多的斷裂成五節(jié)，承載力大幅下降，整個(gè)工程600根樁報(bào)廢，造成不可估量損失。在部分變電站建設(shè)過(guò)程中也遇到過(guò)開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)管樁偏位數(shù)米的現(xiàn)象。因此，管樁沉樁過(guò)程中須格外注意擠土效應(yīng)，特別是軟土地基上建設(shè)的500kV變電站，穩(wěn)固的基礎(chǔ)對(duì)整個(gè)地區(qū)電網(wǎng)有著十分重要的意義。本文通過(guò)介紹鎮(zhèn)海500kV變電站新建工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁擠土效應(yīng)的成功控制，為后續(xù)海涂地基的500kV變電站建設(shè)提供建設(shè)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐依據(jù)。

1 工程地質(zhì)概況及樁基方案

鎮(zhèn)海500kV變電站新建工程位于浙江省寧波市鎮(zhèn)海區(qū)化工園區(qū)內(nèi)，距海堤200m，土地性質(zhì)為海域，屬于典型的“海涂變電站”。

站址原始地貌為淤泥淺海灘，場(chǎng)地水深在0.8～1.0m，表面為浮泥，基本被水覆蓋。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，各土層地質(zhì)情況如下：（1）層淤泥，飽和，流塑，該層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布，層厚3.7～6.7m，承載力特征值fak＝40kPa；（2）層黏質(zhì)粉土，稍密，很濕，該層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布，層厚5.8～8.0m，承載力特征值fak＝120kPa；（3）層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，飽和，流塑，該層在場(chǎng)地內(nèi)穩(wěn)定分布。層厚11.0～20.0m，承載力特征值fak＝80kPa；（4）層粉質(zhì)黏土，濕，可塑為主，該層在場(chǎng)地內(nèi)局部缺失。層厚1.0～6.8m，承載力特征值fak＝150kPa；（5）層粉細(xì)砂，很濕，中密，該層在場(chǎng)地內(nèi)穩(wěn)定分布，層厚差異較大，層厚3.2～10.2m。承載力特征值fak＝200kPa；（6）層砂質(zhì)粉土，濕，中密，該層分布較穩(wěn)定，層厚一般大于5m。承載力特征值fak＝150kPa。

全站圍墻內(nèi)面積2.93公頃，共有預(yù)應(yīng)力管樁3114根，樁間距為3m，樁長(zhǎng)31～40m。由此可見(jiàn)，本工程預(yù)應(yīng)力管樁數(shù)量多且十分緊密，且沉樁于飽和軟土中，若控制措施不當(dāng)極易造成樁偏、傾斜甚至斷樁。

2 常見(jiàn)樁位偏差原因分析

2.1 土體位移機(jī)理

在預(yù)應(yīng)力管樁沉樁過(guò)程中，對(duì)周?chē)瓲钔潦┘訌较驍D壓和豎向剪切作用，致使土體結(jié)構(gòu)、密度、含水率發(fā)生變化，如圖1所示。

圖1 管樁沉樁影響示意圖

I區(qū)為劇烈重塑區(qū)，緊貼樁身，沉樁過(guò)程中經(jīng)歷大位移，結(jié)構(gòu)完全破壞；II區(qū)為塑性區(qū)，土體發(fā)生較大塑性變形，但未上下錯(cuò)位；III區(qū)為彈性區(qū)，孔隙水壓力和側(cè)壓力不大，但可以觀測(cè)到；IV區(qū)為安全區(qū)，基本不受擠土影響；V區(qū)為樁端塑性區(qū)。

沉樁過(guò)程對(duì)原狀土擾動(dòng)后，由于飽和軟土含水率高，產(chǎn)生較大孔隙水壓力，大幅降低土體的有效應(yīng)力。在彈性區(qū)以?xún)?nèi)的鄰樁會(huì)受到擠壓造成偏位。靈敏黏土在打樁過(guò)程中軟化，從樁兩側(cè)擠出地表，造成淺樁上浮。沉樁結(jié)束后孔隙水壓力逐漸消散，樁周土再固結(jié)，使樁側(cè)受到負(fù)摩阻力而下沉。

2.2 主要影響因素

（1）樁型與樁長(zhǎng)影響。開(kāi)口樁尖相對(duì)于封閉式樁尖對(duì)擠土影響更小?？招匿摴軜侗诤褚话銥?0mm左右，排土量較同截面鋼筋混凝土樁要小，但由于土塞效應(yīng)，并不是所有樁端土進(jìn)入管內(nèi)。預(yù)應(yīng)力管樁則壁厚較大，排土量也較大。增加樁長(zhǎng)對(duì)水平位移影響大于對(duì)垂直位移影響，換言之，深部樁的擠土效應(yīng)將更多引起樁的水平位移。

（2）沉樁速率影響。飽和軟土中含水率極高，孔隙水壓力消散極為緩慢，若日夜不間斷沉樁，孔隙水壓力呈直線(xiàn)上升。土體經(jīng)過(guò)一夜的施工間隙后，能有效緩解擠土效應(yīng)。因此，因嚴(yán)格控制同一區(qū)域每日成樁數(shù)量，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)擠樁現(xiàn)象，及時(shí)停樁1～2天。

（3）沉樁順序影響。后施打的樁會(huì)對(duì)先施打的樁產(chǎn)生擠土影響，更深的樁會(huì)對(duì)臨近淺樁產(chǎn)生更大影響。沉樁時(shí)，要盡量間隔跳打，使鄰樁在III區(qū)彈性區(qū)之外，待孔隙水壓力充分消散后，再去打最靠近的樁。合理順序應(yīng)遵循：先中間后周邊，由中心逐漸向四周對(duì)稱(chēng)施工；先密后疏，先打樁較密集的區(qū)域，后打樁較稀疏的區(qū)域；當(dāng)在已有建構(gòu)筑物附近壓樁時(shí)，應(yīng)沿著背離建構(gòu)筑物的方向進(jìn)行。

（4）臨近施工影響。沉樁完成后開(kāi)挖澆筑樁帽。在土方開(kāi)挖過(guò)程中，挖掘機(jī)自重及坑邊運(yùn)土車(chē)輛行走，容易擠壓表層淤泥形成壓力差，造成臨近樁頭表面出現(xiàn)傾斜偏位。若開(kāi)挖邊坡較高，也會(huì)存在一定的土體側(cè)壓力，擠壓造成偏位。樁基監(jiān)測(cè)過(guò)程中，事先布置的測(cè)量放養(yǎng)點(diǎn)可能因?yàn)槌翗哆^(guò)程中樁架移動(dòng)造成回填土下陷或涌土引起放樣坐標(biāo)點(diǎn)偏位，進(jìn)而使監(jiān)測(cè)精度下降。

3 沉樁質(zhì)量控制措施及實(shí)施效果

3.1 本工程質(zhì)量控制措施

（1）控制孔隙水壓力。采用鉆孔樁機(jī)，在管樁間鉆一排與管樁間距對(duì)應(yīng)直徑為500mm的樁孔，孔深10m，孔內(nèi)填塞竹籠骨架作為應(yīng)力釋放孔，加速孔隙水壓力消散。

（2）合理確定沉樁順序。根據(jù)場(chǎng)地樁位布置，劃分500kV設(shè)備區(qū)域、220kV設(shè)備區(qū)域、35kV設(shè)備區(qū)域等多塊場(chǎng)地，采取中間向四周、臨近建筑物區(qū)域向四周、先長(zhǎng)后短、間隔兩根樁跳打原則。樁機(jī)行進(jìn)路線(xiàn)統(tǒng)一從場(chǎng)區(qū)一側(cè)向另一側(cè)方向依次施工，避免兩樁機(jī)相向打樁。

（3）嚴(yán)格控制沉樁速率。白天沉樁后，夜間禁止沉樁，給足孔隙水壓力消散的時(shí)間。每臺(tái)樁機(jī)每天沉樁根數(shù)控制在8～10根，且沉樁完成根數(shù)均勻布置在場(chǎng)地不同區(qū)域。

（4）確保樁身垂直與測(cè)點(diǎn)精準(zhǔn)。采用水平尺結(jié)合經(jīng)緯儀控制管樁垂直度，全站儀控制樁位軸線(xiàn)，水準(zhǔn)儀控制樁頂標(biāo)高，樁位坐標(biāo)由專(zhuān)員放樣，樁架移動(dòng)后再次復(fù)核。接樁時(shí)，待焊縫冷卻20min后，再繼續(xù)沉樁。

（5）加強(qiáng)沉樁監(jiān)測(cè)。加強(qiáng)沉樁過(guò)程監(jiān)測(cè)，采用BF515型測(cè)斜儀測(cè)量深層土體水平位移，采用振弦式壓力計(jì)觀測(cè)地基的孔隙水壓力。一旦發(fā)現(xiàn)某處孔隙水壓力消散較慢，則暫停沉樁。

（6）開(kāi)挖過(guò)程做好保護(hù)。土方開(kāi)挖過(guò)程做好監(jiān)護(hù)，防止挖掘機(jī)壓在樁位上或挖掘機(jī)斗挖到樁頭。開(kāi)挖的邊坡按1∶1的坡度放坡，邊坡與作業(yè)面高差不得大于1m，邊坡上禁止堆土及車(chē)輛行走，并對(duì)靠近開(kāi)挖邊坡處的三排樁采用鋼管頂托支撐加固，防止表層樁位位移，并每天對(duì)樁位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)位移立即采取措施。

3.2 實(shí)施效果

沉樁完成后，對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁開(kāi)展小應(yīng)變檢測(cè)與靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示：全站管樁沉樁質(zhì)量良好，一類(lèi)樁達(dá)95%以上，無(wú)三、四類(lèi)樁，承載力均達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求?？梢?jiàn)，即便在沿海深厚軟土的地基處理中，只要制定科學(xué)合理的沉樁控制方案，嚴(yán)格執(zhí)行，完全能夠控制沉樁質(zhì)量滿(mǎn)足500kV變電站的使用需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)制定管樁沉樁質(zhì)量控制方案，應(yīng)用到某沿海500kV變電站的軟土地基處理中，獲得良好的效果，得到以下結(jié)論：

（1）軟土地基的管樁沉樁過(guò)程中存在“擠土效應(yīng)”，若控制措施不當(dāng)，容易造成樁基偏位、傾斜、擠斷及淺樁上浮等質(zhì)量問(wèn)題。

（2）通過(guò)分析樁基偏位的常見(jiàn)原因，研究應(yīng)用一系列控制措施，能夠獲得優(yōu)良的管樁沉樁質(zhì)量。

（3）在沿海灘涂上建設(shè)500kV變電站已被證明是可行的，本文可為后續(xù)類(lèi)似工程提供借鑒。