PHC管樁在大藤峽水利樞紐軟弱地質(zhì)條件的應(yīng)用

陸振尚

摘 要：大藤峽水利樞紐拌和系統(tǒng)的膠凝材料罐基礎(chǔ)、風(fēng)冷料倉(cāng)基礎(chǔ)、拌和樓基礎(chǔ)荷載大，變形要求高，但是其基礎(chǔ)為軟弱土，承載力及沉降均不能滿足要求。針對(duì)不良的特殊地質(zhì)條件，為滿足規(guī)范要求，在拌和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，研究采取了PHC管樁基礎(chǔ)，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：PHC管樁 大藤峽水利樞 軟弱地質(zhì)條件 研究

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC管樁）樁基礎(chǔ)是水利水電工程中應(yīng)用非常廣泛的基礎(chǔ)形式之一， 具有工程成本低、施工速度快、單樁豎向承載能力高、耐打性能好、施工簡(jiǎn)便、質(zhì)量可控等方面諸多優(yōu)點(diǎn)， 在淤泥質(zhì)等軟弱土地區(qū)被廣泛采用。

1.工程概況

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，壩址在廣西桂平市黔江彩虹橋上游6.6km處。是一座以防洪、航運(yùn)、發(fā)電、補(bǔ)水壓咸、灌溉等綜合利用的流域關(guān)鍵性工程。水庫(kù)正常蓄水位61m，汛限水位47.6m，死水位47.6m，總庫(kù)容34.79×108m3，總裝機(jī)容量1600MW，工程規(guī)模為Ⅰ等大（1）型工程。樞紐建筑物主要包括泄水、發(fā)電、通航、擋水、灌溉取水及過(guò)魚(yú)建筑物等。

大藤峽水利樞紐混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)布置1座2×3.0m3強(qiáng)制式混凝土拌和樓，1座4×4.5m3自落式混凝土拌和樓。系統(tǒng)內(nèi)布置有6個(gè)儲(chǔ)存罐，其中4個(gè)1500t儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)存水泥，可儲(chǔ)存水泥量為6000t;2個(gè)1000t儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)存煤灰，可儲(chǔ)存煤灰2000t。風(fēng)冷料倉(cāng)截面為20m×6m，高16.5米。

2.地質(zhì)條件

拌和系統(tǒng)場(chǎng)地為大藤峽水利樞紐左岸Ⅰ級(jí)階地，地形整體較平坦，地面高程一般39m～42m。Ⅰ級(jí)階地覆蓋層厚度一般為16m～20m，最大厚度25m。主要為沖洪積物（Q4pal）和坡殘積物（Q4edl）。風(fēng)冷料倉(cāng)位置為魚(yú)塘，膠凝材料罐及拌和樓基礎(chǔ)為沖溝，底部覆蓋層表面為淤泥狀黏土，建筑物規(guī)劃地表處于低洼地帶，終年潮濕積水，生長(zhǎng)大量的喜水性植物。淤泥質(zhì)軟土含水量大、壓縮系數(shù)高、承載力底，腐殖質(zhì)及有機(jī)質(zhì)含量高，對(duì)荷載大、承載力要求高、沉降敏感的拌和樓、灰罐、風(fēng)冷料倉(cāng)基礎(chǔ)，其工程地質(zhì)條件較差。

3.PHC管樁方案論證

拌和系統(tǒng)工期要求僅2.5個(gè)月。基礎(chǔ)工期時(shí)間只有0.5～1個(gè)月，工期非常緊張。原設(shè)計(jì)采用“整板基礎(chǔ)+柱”結(jié)構(gòu)形式，工期長(zhǎng)，覆蓋層淤泥承載力難以滿足要求，不能作為建筑天然地基，為了確保項(xiàng)目建筑物的安全，建筑物基礎(chǔ)必須采用較為安全且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。

綜合對(duì)比換填、水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁、PHC管樁基礎(chǔ)等多種方案，論證研究結(jié)果為：對(duì)于一般工程荷載較小的基礎(chǔ)采用天然地基淺基礎(chǔ)，對(duì)于部分基礎(chǔ)荷載較大的采用預(yù)應(yīng)力砼管樁基礎(chǔ)處理;經(jīng)過(guò)方案論證研究比較，考慮到錘擊PHC 管樁具有工期短，準(zhǔn)備期及檢測(cè)驗(yàn)收占用直線工期少、質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn)， 比選選定錘擊PHC 管樁的特殊地質(zhì)基礎(chǔ)處理方案。即采用“PHC管樁+承臺(tái)”設(shè)計(jì)方案施工。

4.單樁承載力設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

4.1單樁承載力設(shè)計(jì)研究

膠凝材料罐基礎(chǔ)根據(jù)立柱形式環(huán)形布置，風(fēng)冷料倉(cāng)及拌和樓基礎(chǔ)矩形布置。根據(jù)上部荷載樁頂作用效應(yīng)計(jì)算，膠凝材料罐、拌和樓、風(fēng)冷料倉(cāng)基礎(chǔ)軸心力作用下單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值分別為930KN、800KN、900KN;偏心力作用下單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值分別為970KN、930KN、980KN。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008），膠凝材料罐、拌和樓、風(fēng)冷料倉(cāng)基礎(chǔ)均在回填區(qū)基礎(chǔ)上，不考慮承臺(tái)效應(yīng)作用，要求的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別不小于1860KN、1600KN、1800KN。綜合考慮場(chǎng)地條件以及一定技術(shù)儲(chǔ)備， 建議本工程膠凝材料罐、拌和樓、風(fēng)冷料倉(cāng)基礎(chǔ)單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值取1860KN、1600KN、1800KN，相應(yīng)的樁型號(hào)取為PHC400-95AB，樁長(zhǎng)度根據(jù)持力層深度、回填區(qū)深度分別取為20米、16米、18米。膠凝材料罐及風(fēng)冷料倉(cāng)樁基礎(chǔ)布置見(jiàn)圖1、2。拌和樓基礎(chǔ)樁布置與風(fēng)冷料倉(cāng)矩形布置相似。

4.2 試樁情況及靜載試驗(yàn)結(jié)果

本工程拌和系統(tǒng)場(chǎng)地原狀地形高差起伏大，臨建工程地質(zhì)勘察鉆孔布置稀疏，單樁承載能力參數(shù)可能存在偏差，需要對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和優(yōu)化，否則施工中可能出現(xiàn)較多截樁、甚至承載能力不足等問(wèn)題，可能存在結(jié)構(gòu)安全隱患。因此，需要根據(jù)本拌和系統(tǒng)建設(shè)場(chǎng)地軟弱土層條件，結(jié)合試樁結(jié)果校核單樁承載力，編制了試樁方案。

試樁施工工藝程序如下：樁機(jī)安裝→調(diào)試→就位→垂直度調(diào)整→起吊預(yù)制樁→試打1-2擊→測(cè)樁位偏移及調(diào)整→正式打樁→接樁→送樁→測(cè)貫入度→下一樁位。

試樁具體施工工藝流程如下：

樁位定位：測(cè)量員使用全站儀測(cè)設(shè)樁位。

樁機(jī)就位：場(chǎng)地平整后吊車安裝就位，場(chǎng)地承載力不足的地基上宜加鋪道路路面板、換填碾壓等措施，以增大承載力。

復(fù)核樁位：技術(shù)人員對(duì)樁位進(jìn)行復(fù)測(cè)、校核，其偏差滿足規(guī)范要求。

質(zhì)檢驗(yàn)收：實(shí)行三檢制，質(zhì)檢工程師對(duì)進(jìn)場(chǎng)的管樁逐根進(jìn)行檢查驗(yàn)收;

記錄標(biāo)記：為便于施工員記錄貫入度，打樁前在管樁側(cè)面刻畫(huà)長(zhǎng)度刻度線。

插樁：施工員配合吊車或者樁機(jī)起吊裝置安排吊裝，緩慢移至樁位并插入土中，施工員檢查管樁的垂直度、樁基的水平度滿足要求后開(kāi)始打樁。

打樁：PHC管樁一般下沉量隨打入深度逐漸減少，起錘高度需要逐漸增加。做好記錄。隨時(shí)檢查樁錘、樁帽、樁身軸線，確保在同一軸線上，偏差超過(guò)時(shí)及時(shí)調(diào)整。

貫入度控制：貫入度是確定樁基承載力的重要參數(shù)。需要特別注意最后三陣的貫入度、以及最后1.0米的錘擊數(shù)量，檢查貫入度滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

本項(xiàng)目在膠凝材料罐基礎(chǔ)布置了試驗(yàn)樁。試驗(yàn)單樁極限承載承載力靜載試驗(yàn)結(jié)果均大于1900KN以上。試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5.沉降結(jié)果及技術(shù)分析

5.1沉降觀測(cè)結(jié)果

根據(jù)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，膠凝材料罐、拌和樓、風(fēng)冷料倉(cāng)分別布置了6個(gè)、4個(gè)、4個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)布置在地面樁承臺(tái)地面以上。沉降觀測(cè)要求：剛開(kāi)始使用過(guò)程每天觀測(cè)一次，一個(gè)月后每周觀測(cè)一次，半年后每月觀測(cè)一次，至沉降穩(wěn)定。該工程已經(jīng)正常運(yùn)行4年，經(jīng)歷了4個(gè)雨季，根據(jù)觀測(cè)施工過(guò)程及工程全面完工后的工程沉陷觀測(cè)記錄，最后沉降結(jié)果為：最大沉降11mm，沉降差約為4mm，沉降量比較均勻且沉降大小滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范的要求，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，使用情況良好。

5.2技術(shù)分析

該工程采用PHC 管樁加整板承臺(tái)基礎(chǔ)，優(yōu)化了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)約了工期1個(gè)月以上，PHC管樁施工速度快，一般情況下錘擊入一根管樁僅需十幾分鐘，一個(gè)基礎(chǔ)僅需要1～2天就可以完成，總計(jì)10天左右有效時(shí)間就完成了拌和系統(tǒng)樁基礎(chǔ)施工，確保了拌和系統(tǒng)2.5個(gè)月內(nèi)完成建設(shè)、調(diào)試并投產(chǎn)，獲取了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

6.結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程， 針對(duì)軟土地基復(fù)雜地質(zhì)條件下，優(yōu)化荷載較大的建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，采用“管樁+承臺(tái)”的方案，大大縮短工期，管樁基礎(chǔ)打樁簡(jiǎn)便、工程費(fèi)用低、驗(yàn)收簡(jiǎn)單， 占用直線工期短， 適應(yīng)性廣， 目前在國(guó)內(nèi)水利水電工程拌和系統(tǒng)臨建基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較少，在進(jìn)行大藤峽拌和系統(tǒng)軟基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中將之應(yīng)用于大藤峽拌和系統(tǒng)軟基處理工程， 管樁基礎(chǔ)比傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有著明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)越性，經(jīng)過(guò)4個(gè)雨季及沉降觀測(cè)，該系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)可靠，“PHC管樁+承臺(tái)”設(shè)計(jì)方案是科學(xué)合理可靠的。

該設(shè)計(jì)方案發(fā)揮了工程成本低、施工速度快、單樁豎向承載能力高、耐打性能好、施工簡(jiǎn)便、質(zhì)量可控、驗(yàn)收簡(jiǎn)便等方面的優(yōu)勢(shì)。隨著水利項(xiàng)目應(yīng)用樁基礎(chǔ)案例及經(jīng)驗(yàn)積累， 大藤峽水利樞紐工程拌和樓基礎(chǔ)在特殊的軟弱地質(zhì)條件下成功應(yīng)用管樁基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)可供類似軟弱地基基礎(chǔ)工程中借鑒參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙永華，雷丹.復(fù)雜地層條件下PHC管樁的施工技術(shù)與管理.工程勘察2016年增刊第2期.