火電廠工程老樁區(qū)域地基處理方案選擇

胡如周，陳祖強(qiáng)

(1.浙江省海港投資運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 316021；2.浙江溫州發(fā)電有限公司，浙江 杭州 325000)

1 概況

浙江南方沿海某電廠四期工程是按“上大壓小”方式建設(shè)，裝機(jī)容量2×660 MW，同步實(shí)施脫硫、脫硝裝置。從地質(zhì)資料看，廠區(qū)土層的工程特性差，差異較大，具含水量高，強(qiáng)度低，高壓縮性等不良工程特性，主廠房及附屬建構(gòu)筑物須采用人工地基處理。由于本期主廠區(qū)座落于原一期廠址，存在原一期廠房基礎(chǔ)及樁基，而且分布密集，所以本期地基處理方案選擇除應(yīng)考慮承載力和沉降等因素外，對(duì)沉樁的可行性要求更加突出。

2 工程地質(zhì)條件

廠址區(qū)地層主要有第四系土層和侏羅系凝灰?guī)r。第四系土層主要分布于場(chǎng)地表部，侏羅系凝灰?guī)r主要分布于場(chǎng)地底部。廠址巖土層分述如下：

0層雜填土：主要由碎石組成，在整個(gè)場(chǎng)地均有分布。

1層粘土：很濕－濕，軟塑－可塑，層厚3.00～0.50 m。

2-1淤泥：青灰色，飽和，流塑，層厚11.10～16.20 m。

2-2淤泥：飽和，流塑，層厚17.10～6.50 m。

3-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：飽和，流塑，層厚30.35～0.80 m。

3-2層粉細(xì)砂：飽和，稍密，層厚8.10～0.40 m。

3-3層粉質(zhì)粘土：很濕，軟塑，接近于淤泥質(zhì)土，中塑性，層厚11.92～0.55 m。

4-1層粉土：飽和，稍密－中密，層厚17.30～0.40 m。

4-2層粉質(zhì)粘土：濕－很濕，可塑－軟塑，層厚7.30～0.30 m。

4-3層粉土：飽和，稍密－中密，層厚6.10～0.45 m。

5-1層礫(卵)石：中密－密實(shí)，層厚17.52～0.10 m。

6-1層粉質(zhì)粘土：濕，可塑為主，局部軟塑，中塑性，層厚，11.20～0.50 m。

6-2層粉質(zhì)粘土：濕－稍濕，可塑－硬塑，以硬塑為主，中－輕塑性，層厚15.80～0.20 m。

7層礫(卵)石：中密－密實(shí)，含有中砂、粗砂及少量泥質(zhì)，層厚在2.10～14.10 m。

8-1層粉質(zhì)粘土，灰色，濕－稍濕，可塑，中塑性，層厚1.00～22.10 m。

8-2層粘土：濕，可塑，重塑性，層厚12.80～3.90 m。

8-3層粉質(zhì)粘土：濕，可塑，中塑性。最大厚度為12.8 m，該層層頂標(biāo)高－66.70～－76.48 m。

8-4層細(xì)砂：濕，中密，層頂標(biāo)高－79.88 m。

9層碎石：濕，中密－密實(shí)，碎石成分以中等風(fēng)化凝灰?guī)r為主，層頂高程－66.26 m。

10-1層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r：強(qiáng)風(fēng)化，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英晶屑及凝灰質(zhì)，碎屑凝灰結(jié)構(gòu)，層頂高程－66.66 m。

3 地基處理方案比選

3.1 前3期工程樁實(shí)施情況和沉降分析

3.1.1 一期工程樁實(shí)施情況

一期工程(2×125 MW)建設(shè)于20世紀(jì)80年代，主廠房柱下基礎(chǔ)和設(shè)備基礎(chǔ)分別采用450×450和400×400預(yù)制鋼筋混凝土方樁，樁最長(zhǎng)達(dá)53.4 m，采用打入式沉樁工藝。持力層：A排、汽機(jī)基座為4號(hào)土；BC框架為5-1或6-2層；煙囪、爐架為5-1層。一期工程樁基施工遇到了插樁、斷樁、樁基傾斜、補(bǔ)樁、截樁和斜樁等各種復(fù)雜問(wèn)題。一期工程經(jīng)過(guò)20多年安全運(yùn)行考驗(yàn)，在當(dāng)時(shí)施工技術(shù)條件下是成功的。

3.1.2 二期工程樁實(shí)施情況和沉降分析

二期擴(kuò)建工程(2×300 MW)與一期工程地質(zhì)情況基本接近，但局部變化較大，土層構(gòu)造也有差異。

二期主廠房柱下基礎(chǔ)采用500×500預(yù)制鋼筋混凝土方樁，荷載較小的設(shè)備基礎(chǔ)采用500×500中空300預(yù)制鋼筋混凝土空心方樁，采用打入式沉樁工藝。

二期樁基持力層：A排、汽機(jī)基座為4號(hào)土；BC框架為6-2層，與一期相比，增加進(jìn)入持力層深度；爐架為5-1或6-2層，煙囪為7層。

二期工程的樁基施工較一期有較大改善，無(wú)插樁現(xiàn)象，斷樁率也有較大減少。主廠房沉降大部分較均勻，但總沉降量仍較大，個(gè)別基礎(chǔ)沉降異常。

二期工程于2001年投產(chǎn)，到2011年沉降觀測(cè)結(jié)果分析看，經(jīng)過(guò)幾年的連續(xù)觀測(cè)，二期主廠房區(qū)沉降基本趨于穩(wěn)定，詳見(jiàn)表1。

表1 2011年二期主廠區(qū)建筑物沉降情況

3.1.3 三期工程樁實(shí)施情況和沉降分析

三期工程(2×300 MW)主廠房結(jié)構(gòu)型式與二期相仿，但地質(zhì)情況變化較大，在總結(jié)一、二期工程樁基處理經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，三期工程主廠房樁基處理方案以φ600PHC預(yù)應(yīng)力管樁為主，煙囪部位采用φ1000鉆孔灌注樁，樁入土深度達(dá)到了六十多米。

三期持力層：A排、汽機(jī)基座為4號(hào)土；BCD框架、爐架為7層或8層；煙囪為7層。由于采用比較成熟的沉樁工藝，并引入信息化施工，對(duì)沉樁速率和流水進(jìn)行了有效控制，并加強(qiáng)了沉樁期間的土層位移觀測(cè)，樁基施工比較順利，無(wú)插樁現(xiàn)象，斷樁率也非常小。

三期工程主廠房沉降較二期有較大的改善。工程于2005年投產(chǎn)，至2010年沉降觀測(cè)結(jié)果分析，三期主廠房區(qū)域沉降基本趨于穩(wěn)定，主廠房區(qū)域沉降量比二期工程較大減小，沉降穩(wěn)定時(shí)間較二期縮短。

表2 2010年三期主廠區(qū)建筑物沉降情況

3.2 四期樁基持力層的選定

3.2.1 樁基沉降分析

從二、三期主廠房的實(shí)測(cè)沉降資料分析，二期工程投產(chǎn)將近十年后，主廠區(qū)建筑及設(shè)備基礎(chǔ)沉降趨于穩(wěn)定，沉降基本均勻，但沉降過(guò)程長(zhǎng)，總沉降量最大達(dá)到218.7 mm(除氧煤倉(cāng)間)。三期工程局部調(diào)整了持力層(BCD框架、爐架)，并變換了樁型，從實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)看，效果比較明顯，沉降過(guò)程較二期有較大縮短，總沉降量也控制在規(guī)范規(guī)定的150 mm以內(nèi)，但最大總沉量仍達(dá)到了130.9 mm～136.0 mm(局部有 7層土缺失的因素)。

四期工程主廠區(qū)荷載大于三期(1.3～1.5倍)，結(jié)合二、三期沉降觀測(cè)結(jié)果分析，初步估算，主廠區(qū)的持力層應(yīng)至少到達(dá)7層土，才有可能將沉降控制在規(guī)范規(guī)定的150 mm以內(nèi)，如果7號(hào)土以下作為持力層，由于樁長(zhǎng)要超過(guò)70 m，從造價(jià)上分析不經(jīng)濟(jì)。

3.2.2 樁基沉降測(cè)算

根據(jù)勘察資料，采用PKPM－JCCAD軟件測(cè)算四期工程主廠房樁基沉降，詳見(jiàn)圖1、圖2。由圖可知：汽機(jī)房區(qū)域樁基最大沉降為20 mm，鍋爐房區(qū)域樁基最大沉降為130 mm，符合《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL5022－2012)中對(duì)主廠房沉降設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 樁基持力層的選定

鑒于本期主廠區(qū)7層土基本均有分布，結(jié)合上述初步沉降測(cè)算，綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，主廠房區(qū)建構(gòu)筑物樁基持力層選定：A排，汽機(jī)基座持力層為6-2、7層土，鍋爐、煙囪持力層為7層。

3.3 四期樁型及施工方法選擇

3.3.1 本期場(chǎng)地分析與樁型選擇

本期汽機(jī)房、鍋爐房位于拆除的一期主廠房場(chǎng)地。由于一期主廠房所采用的預(yù)制方樁比較多，布置密集，且在一期工程沉樁過(guò)程存在較多補(bǔ)樁、斜樁等，所以，本工程布置樁基應(yīng)盡量避開(kāi)老樁。

圖1 7#鍋爐房沉降等值線圖

圖2 7#汽機(jī)房沉降等值線圖

本期如采用打入樁方案，可借鑒二、三期打樁經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，樁身質(zhì)量也容易控制，但由于擠土效應(yīng)和一期老樁基影響，打入樁方案實(shí)施存在比原二、三期樁基施工更大困難和風(fēng)險(xiǎn)：(1)由于存在老樁，擠土效應(yīng)會(huì)比二、三期更加嚴(yán)重，導(dǎo)致樁過(guò)大偏位甚至損害；(2)擠土效應(yīng)使原存在的老樁偏位、傾斜更加大，使沉樁過(guò)程中更難定位老樁位置，無(wú)法避免碰到老樁而導(dǎo)致沉樁失?。?3)打入樁穿越5-1層，沉樁至7層，難度很大(原三期打樁碰到的問(wèn)題)。

本期如采用鉆孔灌注樁方案，可減少沉樁過(guò)程中擠土問(wèn)題，但仍難解決老樁密集區(qū)成孔難問(wèn)題，如果在成孔時(shí)碰到老樁，調(diào)整孔位后，在原報(bào)廢的孔位邊成孔很難避免坍孔，且采用灌注樁后，樁徑會(huì)相對(duì)較大，增加布樁難度，灌注樁同時(shí)存在樁身質(zhì)量難于控制，孔底沉渣影響沉降等問(wèn)題。

相比以上兩種樁型及施工工藝，靜鉆根植工法相對(duì)本工程場(chǎng)地更具優(yōu)勢(shì)，靜鉆根植工法是采用專用鉆桿預(yù)鉆孔和專用鉆頭對(duì)孔底擴(kuò)孔，在孔內(nèi)注入規(guī)定配比的水泥漿，邊注漿邊將預(yù)制樁植入預(yù)鉆孔內(nèi)一種沉樁工藝。該樁型較適用于本工程地層，如遇到地下障礙物(如傾斜的老樁)容易移位調(diào)整，樁身質(zhì)量較打入式預(yù)應(yīng)力管樁和鉆孔灌注樁更有保證，噪音和振動(dòng)比鉆孔灌注樁還要小。主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)靜鉆根植工法鉆機(jī)鉆桿直徑達(dá)280 mm，遠(yuǎn)大于普通鉆孔灌注樁鉆機(jī)，其成孔垂直度更有保證，更有利于避開(kāi)老樁。

(2)若在淺層碰到老樁，可及時(shí)調(diào)整孔位，由于孔內(nèi)為水泥土，相比鉆孔樁不易坍孔，經(jīng)濟(jì)損失也不大。在深層如遇老樁，必要時(shí)可以換上牙輪鉆頭磨掉部分老樁。

(3) 根植竹節(jié)管樁外徑，比預(yù)成孔孔徑小，也比同樣承載力的灌注樁外徑更小，更利于避開(kāi)一期老樁。

(4) 由于樁端擴(kuò)大及注漿，竹節(jié)樁嵌固作用有利于控制沉降。

(5)在承載力相同情況下，價(jià)格比灌注樁低12%～15%左右。

經(jīng)以上綜合比較，本期工程優(yōu)先采用靜鉆根植樁。

3.3.2 四期試樁結(jié)果分析

(1)四期試樁配樁情況

在確定樁型和成樁工藝后，進(jìn)行四期工程試樁，對(duì)沉樁的適用性及承載力進(jìn)行試驗(yàn)。共三組六套試樁，持力層均為7層礫(卵)石，進(jìn)入持力層深度1 m，具體如下：

第一組，靜鉆根植樁， 編號(hào)S1-1、S1-2，組合樁，上部31 m(10，10，11)為 PRHC600(130)I型； 中下部15 m為PHC600(130)AB型；下部15m為PHDC650－500(125)AB型，C80。

第二組，靜鉆根植樁， 編號(hào)S2-1、S2-2，組合樁，其中上部31 m(10，10，11)為PRHC800(130)I型；中下部15 m為PHC800(130)AB型；下部15 m為PHDC800－600(130)AB型，C80。該樁型采用的施工機(jī)具為全液壓履帶樁架+單軸鉆機(jī)(鉆頭帶可控?cái)U(kuò)頭裝置)。

第三組，鉆孔灌注樁，編號(hào)S3-1、S3-2，直徑1 m。該種樁型采用的施工機(jī)具為回旋式鉆機(jī)，泥漿護(hù)壁。

本期工程試樁成果見(jiàn)表3、表4。

表3 試樁單樁抗壓靜載試驗(yàn)成果

表4 試樁水平荷載試驗(yàn)結(jié)果和水平承載力特征值推薦值

(2) 試樁成果分析

① 試樁沉樁過(guò)程及檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)的預(yù)見(jiàn)充分一致。施工過(guò)程進(jìn)展順利，承載力與設(shè)計(jì)預(yù)估值吻合，樁身豎向承載力由樁身強(qiáng)度控制。

② 樁徑800～600靜鉆根植樁，雖然表面積小于1000的灌注樁，但其承載力與灌注樁持平，沉降量更小。

③ 樁徑800～600靜鉆根植先張法預(yù)應(yīng)力竹節(jié)樁的單樁水平臨界荷載與樁徑1000灌注樁相同。由于樁周水泥土的共同作用，使得PRHC樁可以較大幅度提高水平臨界荷載，實(shí)測(cè)結(jié)果復(fù)合配筋預(yù)應(yīng)力管樁水平殘余位移少于灌注樁，PRHC樁抗彎性能明顯優(yōu)于灌注樁。

3.4 實(shí)際施工效果

3.4.1 沉樁的適用性

本工程主廠區(qū)共打樁1802套，總延長(zhǎng)米為98760 m，據(jù)統(tǒng)計(jì)，施工過(guò)程中遇到地下老樁達(dá)262根，其中因老樁影響，將鉆頭拔出重新鉆孔注漿的樁共84根。從本工程特別是8#機(jī)老樁區(qū)域樁基沉樁情況看，盡管實(shí)施過(guò)程中因老樁的原因，碰到了比較大的困難，但最終按設(shè)計(jì)要求完成了打樁任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)意圖，沒(méi)有因老樁的原因而放棄打樁，通過(guò)調(diào)整上部結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這說(shuō)明選擇根植樁的樁型和沉樁工藝是適宜的，除有效解決老樁影響外，無(wú)論施工速度還是泥漿排放，現(xiàn)場(chǎng)文明施工，均體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。

3.4.2 樁身質(zhì)量得到保障

靜鉆根植樁采用了預(yù)成孔后植入預(yù)制管樁工藝，成樁過(guò)程中樁身的質(zhì)量得到保障，施工完成后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部分樁基進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，結(jié)果表明符合設(shè)計(jì)要求和原試樁結(jié)果。

3.4.3 主廠區(qū)沉降情況好于預(yù)期

本工程自2015年底全部投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)以后，經(jīng)一年半的沉降觀測(cè)，至2017年3月底，主廠區(qū)沉降已基本趨于穩(wěn)定，沉降值大幅減小，機(jī)組投產(chǎn)至沉降穩(wěn)定時(shí)間也大幅縮短，結(jié)果比以前幾期工程要好(主廠區(qū)沉降情況見(jiàn)表5)。這更充分說(shuō)明本工程樁基工藝選擇是成功的。

表5 2017年四期主廠區(qū)建筑物沉降情況表

5 結(jié)語(yǔ)

從本工程試樁到建筑物實(shí)際沉降結(jié)果分析，靜載根植樁對(duì)克服地下障礙物較多，老樁密集、傾斜等復(fù)雜場(chǎng)地困難問(wèn)題是十分有效和合適的，為同類(lèi)型條件場(chǎng)地工程建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)。從本工程沉樁情況，結(jié)合之前打入樁施工，對(duì)于要穿越中間有硬殼夾層，特別有多個(gè)硬夾層才能到持力層的地質(zhì)場(chǎng)地時(shí)，采用靜鉆根植樁，對(duì)確保樁身質(zhì)量和承載力是十分有效的。

[1] Q/NZD002－2011，靜鉆根植樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程[S]．

[2] JGJ94－2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]．

[3] JGJ106－2014，建筑樁基檢測(cè)規(guī)范[S]．