山西某電廠黃土地層預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁工程實踐

嚴文根，方 軍，劉曉東

（中機國能電力工程有限公司，上海200065）

1 某電廠廠區(qū)地層概況

某電廠廠址位于忻州市河曲縣社梁鄉(xiāng)境內(nèi)，地貌上屬于低山黃土梁，有沖溝發(fā)育。廠區(qū)地勢北高南低，高差近50 m，施工圖勘察前完成場地平整工作。整個廠址范圍內(nèi)場地出露地層主要是第四系全新統(tǒng)素填土和上、中更新統(tǒng)（Q3+2） 黃土（粉土），厚度為40～60 m，從上到下劃分為4 個大層6 個亞層，各層土力學參數(shù)見表1。場地地下水位埋深大于50 m。

2 工程試樁

2.1 樁型選擇

電廠對荷重較大的建（構(gòu)） 筑物，目前樁基選型較多的是鉆孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力高強混凝土PHC（prestressed high-strength concrete） 管樁。PHC 樁具有樁身質(zhì)量可靠、施工速度快、成本經(jīng)濟等優(yōu)點，但工程場地（3-1） 和（3-2） 粉土層局部含零星鈣質(zhì)、錳質(zhì)結(jié)核物，沉樁會有一定難度。鉆孔灌注樁無擠土效應(yīng)，本場地施工質(zhì)量也較易控制，但與PHC 樁比較單位造價太高。作為EPC 總承包項目，業(yè)主偏向于選擇PHC 樁，重要建（構(gòu)） 筑物可考慮采用d600 mm PHC 樁，次要建筑（構(gòu)） 物可采用d500 mm PHC 樁。

2.2 試驗區(qū)的選擇

根據(jù)總平面布置，綜合考慮場地復(fù)雜性及現(xiàn)場工程施工進度情況，在廠區(qū)內(nèi)選擇了兩處試樁場地。試樁區(qū)1 位于生活污水泵房南側(cè)，在廠區(qū)南邊，當時為了不影響場內(nèi)平整施工不得已選擇該區(qū)，接近邊坡，試樁采用d500 mm PHC 樁。試樁區(qū)2 位于煙囪邊線南側(cè)，位于廠區(qū)中央，挖方達到場地設(shè)計標高，樁型為d600 mm PHC 樁。考慮不影響煙囪工程樁施工，且滿足水平靜載試驗提供反推力要求，樁位呈等邊三角形布置。兩處試樁區(qū)樁位布置見圖1、圖2。

表1 各土層力學參數(shù)推薦值

圖1 試樁區(qū)1 樁位布置圖（mm）

圖2 試樁區(qū)2 樁位布置圖（mm）

2.3 試樁內(nèi)容

本次試驗內(nèi)容包括單樁豎向抗壓靜載試驗、水平靜載試驗、動力檢測等。有關(guān)工作量見表2。

表2 試樁試驗內(nèi)容及工作量表

表3 抗壓靜載試驗

2.4 試樁結(jié)果

2.4.1 試樁區(qū)1 的抗壓靜載試驗結(jié)果

試樁區(qū)1 的抗壓靜載試驗見表3，水平靜載試驗見表4。

試樁區(qū)1 的單樁豎向靜載試驗結(jié)果遠低于預(yù)估值。分析認為原因是該區(qū)原始地形為山腰，地面標高略高于設(shè)計廠坪標高，整平后地層密實度低，力學性質(zhì)差，且試樁時尚未經(jīng)強夯處理。為此，在煙囪邊線外側(cè)增加了一組試樁，該區(qū)域地層具有代表性?？紤]到可能沉樁困難引起樁身破損，樁徑改為600 mm。限于場地大小，這一組試樁無法采用錨樁反力，改為堆載法。采用等邊三角形布置，方便水平試驗安裝反力裝置。

2.4.2 試樁區(qū)2 的試樁結(jié)果

試樁區(qū)2 地層含有錳鈣結(jié)核，正常沉樁困難，所以采用引孔措施。原設(shè)計樁長29 m，計劃長螺旋引孔，直徑500 mm，孔深25 m，實際施工過程引孔深度稍有變化。沉樁時高應(yīng)變檢測結(jié)果略。

休止期結(jié)束后進行靜載試驗，試驗結(jié)果見表5。

從試驗結(jié)果看，選擇合適的樁尖（錐形閉口樁尖）[1]、引孔孔徑和深度，可保證順利沉樁，同時承載力也達到設(shè)計要求。

表4 水平靜載試驗

表5 基樁靜載試驗結(jié)果

2.5 試樁結(jié)論和建議

a） 引直徑500 mm 孔25 m，樁長28 m，考慮開挖深度。

b） 結(jié)合不同場地的勘察報告在土的力學參數(shù)較低區(qū)域，樁長可適當增加。

c） PHC 樁壁厚采用130 mm，可采用錐形閉口樁尖或筒形開口樁尖并加內(nèi)環(huán)。

d） 應(yīng)采用能量等級不小于D80 筒式柴油錘的筒式錘或具有相近能量等級的導(dǎo)桿錘（16 t）施打。

e） 停錘標準：標高控制為主，貫入度為輔，擋錘擋位為3 擋或4 擋、貫入度小于35 mm/10 擊時可停錘[2-3]。

f） 沉樁過程中宜采用高應(yīng)變方法按一定比例進行跟蹤檢測。

3 引孔

引孔是指根據(jù)地層特點在工程樁打入前預(yù)先形成一個直徑較小的鉆孔，減小打入樁的貫入阻力，既保證順利沉樁又保證基樁足夠的側(cè)阻和端阻，同時還可以減小場地土的過度變形和擠壓。本工程廠區(qū)（3-1） 層、（3-2） 層黃土中含鈣質(zhì)和錳質(zhì)結(jié)核，若不引孔，有些區(qū)域10 m 左右樁長就難以貫入。引孔可采用多種成孔方法，比較經(jīng)濟的方法有長螺旋鉆機成孔和機械洛陽鏟成孔。

長螺旋鉆機成孔特別適用于地下水位較低、在成孔深度內(nèi)無地下水的土質(zhì)，不需護壁可直接取土成孔。長螺旋鉆機成孔在本廠址黃土中成孔效果良好，優(yōu)點是垂直度控制好、鉆孔直徑變化小，缺點是當遇到厚層的錳鈣結(jié)核時鉆進速度會受影響，鉆頭磨損嚴重[4]。機械洛陽鏟在山西當?shù)爻Ｗ鳛槌煽坠ぞ撸攸c是操作簡單，可以在堅硬地層中成孔。機械洛陽鏟在本廠址黃土中當遇到厚層錳鈣結(jié)核時鉆進速度基本不受影響，其缺點是會有不同程度的擴孔，所以工程開始前應(yīng)先打試成孔。

引孔的直徑和深度必須結(jié)合打樁設(shè)備通過反復(fù)試驗才能確定，所以試樁過程中的研究必不可少，但是整個廠區(qū)的地層總有不少變化，更重要的調(diào)整是在后期的施工過程中。

4 高應(yīng)變法檢測

用高應(yīng)變法檢測（監(jiān)測） 預(yù)制樁優(yōu)點：分析樁周各土層的摩阻力及樁端阻力；判斷樁身完整性，確定樁身缺陷位置；測定單樁豎向抗壓承載力；監(jiān)測打樁設(shè)備工藝參數(shù)。

在預(yù)制樁施工過程中采用高應(yīng)變法進行實時跟蹤監(jiān)測，主要在于它能第一時間獲得基樁施工質(zhì)量的信息。在試樁時通過初打土阻力和靜載試驗承載力的對比可以獲得樁側(cè)土阻力恢復(fù)系數(shù)（當然也會有一定變化） （見表6）。由此在以后大量工程樁施工時，用高應(yīng)變法取代或部分取代靜載試驗作為質(zhì)量檢測手段，省錢、省時間[5-6]。

表6 承載力恢復(fù)系數(shù)

本工程為復(fù)雜場地，上下地層的變化、挖方區(qū)和填方區(qū)的變化、富含錳鈣結(jié)核區(qū)域和一般區(qū)域的變化（特別是不確定性），使得現(xiàn)場施工困難重重。如果是鉆孔灌注樁施工這些問題就被掩蓋了，但采用PHC 樁施工就顯示出了這些問題。

本工程中根據(jù)高應(yīng)變法檢測的結(jié)果做了以下幾件事：第一，監(jiān)測打樁過程，要求施工單位使用檢測有效的打樁設(shè)備（特別是對錘的要求）；第二，對沒有達到設(shè)計標高但實在打不下去的樁進行檢測，當滿足一定樁長和承載力時可以批準停錘；第三，對達到設(shè)計標高但貫入度過大的樁，如果計算承載力不夠就及時建議設(shè)計補樁。在本工程中，高應(yīng)變法檢測充分表現(xiàn)出了它的優(yōu)越性，

獲得了參建方的一致好評。

5 結(jié)論和體會

a） 工程試樁應(yīng)嚴格按照相關(guān)規(guī)范要求有序開展，盡量在初步設(shè)計階段進行（這種簡單的程序有時會被業(yè)主或總包方打破）；應(yīng)選擇典型性場地，并由富有經(jīng)驗的專業(yè)試驗單位、試驗人員設(shè)計和完成試樁。

b） 在復(fù)雜場地進行試樁時，因為地層變化太大，應(yīng)選擇兩個或多個試樁區(qū)進行試樁。

c） 預(yù)制樁的樁長取決于準確的勘察結(jié)果，所以采用預(yù)制樁的場地要求勘察尤為精準。

d） 預(yù)制樁的試樁和施工應(yīng)盡量采用高應(yīng)變法檢測（監(jiān)測），能快速、經(jīng)濟、有效地提供基樁質(zhì)量和承載力情況。