解 毅

1 工程概況

該電廠的建設(shè)規(guī)模為2×300 MW級(jí)機(jī)組，安裝兩臺(tái)亞臨界直接空冷可調(diào)整抽氣凝汽式機(jī)組，并留有擴(kuò)建余地，工程規(guī)劃容量按4×300 MW級(jí)機(jī)組考慮。其地基土主要是由粉土和粉質(zhì)粘土組成。對(duì)于2×300 MW機(jī)組來講，由于荷載較大，天然地基難以滿足建筑物要求，需進(jìn)行處理，本次采用鋼筋混凝土預(yù)制方樁進(jìn)行地基處理。

2 工程地質(zhì)條件

1)地形地貌。

廠址處于某盆地內(nèi)沖洪積平原區(qū)，場(chǎng)地平坦開闊，自然地面標(biāo)高906.0 m～908.4 m。北側(cè)為嵐水河，東側(cè)為濁漳河南源。根據(jù)長(zhǎng)治氣象資料，廠址區(qū)土壤最大凍結(jié)深度為0.68 m。

2)地層概況。

地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積地層及第四系中更新統(tǒng)地層混姜結(jié)石，中間夾粉細(xì)砂層，厚度大約為40.0 m。根據(jù)廠區(qū)工程地質(zhì)鉆探和原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)情況，將場(chǎng)地53.0 m深度范圍內(nèi)的巖土層可以劃分為2個(gè)大層8個(gè)亞層。

3)地下水及其他。

場(chǎng)地內(nèi)在勘探深度范圍內(nèi)地下水類型為孔隙潛水，地下水位埋深2.8 m～3.3 m之間，相應(yīng)標(biāo)高在903.16 m～904.18 m之間，年變幅1.5 m左右?？睖y(cè)報(bào)告表明水中的SO2－4較高，根據(jù)GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范判定，地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)均具有弱腐蝕性。地震設(shè)防烈度為7度，建筑場(chǎng)地土類型為中硬場(chǎng)地土，場(chǎng)地土類別為Ⅲ類。

3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了解該場(chǎng)地群樁整體工作性能，確定群樁樁基合理參數(shù)，充分發(fā)揮群樁效率作用，達(dá)到降低工程樁造價(jià)的目的，利用本次試樁進(jìn)行群樁效率試驗(yàn)。鋼筋混凝土預(yù)制樁在設(shè)計(jì)和施工方面有成熟可靠的經(jīng)驗(yàn)，因此該電廠工程地基處理選擇鋼筋混凝土預(yù)制方樁的方式。

4 測(cè)試技術(shù)與方法

4.1 豎向抗壓靜載試驗(yàn)

4.1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)中，單樁及單樁承臺(tái)豎向抗壓靜載試驗(yàn)由4根錨樁提供反力，1根主梁、2根次梁組成反力裝置，1臺(tái)FQS50020型500 t分離式油壓千斤頂進(jìn)行加載;群樁承臺(tái)豎向抗壓靜載試驗(yàn)由10根錨樁提供反力，2根主梁、2根次梁組成反力裝置，4臺(tái)FQS50020型500 t分離式油壓千斤頂并聯(lián)進(jìn)行加載。沉降測(cè)讀儀器采用BWS3CA-50 mm型位移傳感器，沉降測(cè)讀及荷載控制由RS-JYB樁基靜載荷測(cè)試分析儀進(jìn)行自動(dòng)加荷、記錄、儲(chǔ)存。

4.1.2 試驗(yàn)要求

1)本次采用慢速維持荷載法進(jìn)行加載，其中分級(jí)荷載為預(yù)估單樁極限承載力值的1/10。

2)出現(xiàn)下列任何情況之一時(shí)，可以終止荷載。

a.樁的沉降量在某一級(jí)荷載的作用下為前一級(jí)荷載作用下的5倍;b.樁的沉降量在某一級(jí)荷載的作用下為前一級(jí)荷載量的2倍，且經(jīng)24 h尚未相對(duì)穩(wěn)定;c.樁頂沉降量大于40 mm，并且P—s曲線上可以較明顯的判定其極限承載力;d.已達(dá)到錨樁最大抗拔力。

3)卸載方法以及沉降觀測(cè)。

每級(jí)卸載值的2倍，全部卸載后，隔3 h～4 h再測(cè)讀一次。4)相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)及觀測(cè)時(shí)間。

由全自動(dòng)沉降觀測(cè)儀按有關(guān)規(guī)范自動(dòng)進(jìn)行。

4.2 單樁水平靜載試驗(yàn)

采用接近于水平受力樁的實(shí)際工作條件的試驗(yàn)方法確定單樁水平承載力。采用千斤頂施加水平力，水平力作用線通過地面標(biāo)高處并水平通過樁身軸線。試驗(yàn)方法采用單向多循環(huán)加卸載法。有關(guān)試驗(yàn)技術(shù)要求按JGJ 94-94建筑樁基技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。本次完成單樁水平靜載試驗(yàn)2根。采用全自動(dòng)位移觀測(cè)儀測(cè)讀和采集數(shù)據(jù)。

4.3 高應(yīng)變測(cè)試

采用美國(guó)PDI公司的PAK型打樁分析儀，配備250 kN吊車及70 kN錘擊設(shè)備輔助，對(duì)本次3根單樁試樁進(jìn)行試驗(yàn)，通過靜力載荷試驗(yàn)及高應(yīng)變?cè)囼?yàn)成果的對(duì)比，提供單樁極限承載力、摩阻力、端阻力，并建立靜動(dòng)對(duì)比關(guān)系。

4.4 低應(yīng)變測(cè)試

本次采用武漢巖海公司生產(chǎn)的RS-1616K(P)型基樁動(dòng)測(cè)儀，對(duì)所有試、錨樁進(jìn)行低應(yīng)變測(cè)試，提供樁身混凝土質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1 豎向抗壓靜載試驗(yàn)

1)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)。

本次共完成豎向抗壓靜載試驗(yàn)樁3根(S1，S8，S10)。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)于11月10日開始，首先對(duì)S10進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)加載至1750 kN時(shí)，錨樁焊接鋼板與錨樁脫開，致使試驗(yàn)終止。后將所有錨樁的鋼帽拆除并鑿剔樁頭，在載荷試驗(yàn)中將錨筋直接焊接于錨樁主筋上。在完成其他試驗(yàn)后，于12月5日重新對(duì)S10進(jìn)行了豎向抗壓靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)中S1，S8，S10三根預(yù)制樁的終止荷載分別為2300 kN，2300 kN，2750 kN，所對(duì)應(yīng)的沉降量分別為40.06 mm，40.12 mm，40.60 mm。三根樁的P—s曲線均有明顯拐點(diǎn)，根據(jù)JGJ 106-2003建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范對(duì)單樁豎向抗壓極限承載力確定，三根單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)所確定的單樁極限承載力見表1。

表1 單樁極限承載力表kN

由于單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)中，S10進(jìn)行了兩次加載，其試驗(yàn)結(jié)果有偏差，因此本次試樁中鋼筋混凝土預(yù)制樁單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值Qu應(yīng)取S1，S8中的較低值，故:

Qu=Min(2150，2150)=2150 kN。

所以判定鋼筋混凝土預(yù)制樁試樁的單樁極限承載力為2150 kN。

2)單樁承臺(tái)豎向抗壓靜載試驗(yàn)。

本次共完成單樁承臺(tái)豎向抗壓靜載試驗(yàn)2組(CT2，CT3)。CT2，CT3兩組單樁承臺(tái)的終止荷載分別為2700 kN，3300 kN，所對(duì)應(yīng)的沉降量分別為42.11 mm，49.08 mm。兩組單樁承臺(tái)的P—s曲線均有明顯拐點(diǎn)，根據(jù)JGJ 106-2003建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范對(duì)單樁豎向抗壓極限承載力確定兩組單樁承臺(tái)豎向抗壓靜載試驗(yàn)所確定的單樁承臺(tái)極限承載力見表2。

表2 單樁承臺(tái)極限承載力表kN

單樁承臺(tái)極限承載力與單樁極限承載力的對(duì)比分析見表3。通過對(duì)比認(rèn)為CT3承臺(tái)下地基土提供承載力過大，不符合場(chǎng)地土實(shí)際情況，由此推斷認(rèn)為S9號(hào)試樁單樁極限承載力較場(chǎng)地內(nèi)其他單樁極限承載力高。

表3 單樁承臺(tái)極限承載力組成分析表

通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析表明，單樁承臺(tái)的極限承載力大于單樁的極限承載力，可以考慮利用承臺(tái)下地基土提供部分承載力，但土體承載力取值不宜過高，建議取值不大于60 kPa。

表4 單樁及承臺(tái)豎向承載力特征值及對(duì)應(yīng)沉降表

3)群樁承臺(tái)豎向抗壓靜載試驗(yàn)。

本次共完成群樁承臺(tái)豎向抗壓靜載試驗(yàn)1組(CT1)。當(dāng)試驗(yàn)加載至12000 kN時(shí)，承臺(tái)開始出現(xiàn)裂縫，沉降迅速增大，無法繼續(xù)加載，試驗(yàn)終止。該承臺(tái)破壞前一級(jí)加載值為10500 kN，所對(duì)應(yīng)的沉降量為10.73 mm。此時(shí)試驗(yàn)的P—s曲線尚無明顯拐點(diǎn)，s—lgt曲線尾部也未出現(xiàn)明顯向下的彎曲。因此判斷此時(shí)群樁承臺(tái)豎向抗壓靜載試驗(yàn)尚未達(dá)到極限值。根據(jù)單樁試驗(yàn)結(jié)果，該場(chǎng)地單樁豎向承載力特征值為1075 kN，則在不考慮承臺(tái)對(duì)承載力貢獻(xiàn)時(shí)，該5樁承臺(tái)的豎向承載力特征值應(yīng)為5375 kN。S1號(hào)、S2號(hào)單樁、CT1群樁承臺(tái)、CT2單樁承臺(tái)的特征值及試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)沉降見表4。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)達(dá)到承載力特征值時(shí)，5樁承臺(tái)的沉降量明顯小于單樁及單樁承臺(tái)的沉降量。

5.2 單樁水平靜載試驗(yàn)

本次共完成單樁水平靜載試驗(yàn)2組(S1，S10)，試驗(yàn)成果見表5～表8。

表5 S1水平載荷與樁位移對(duì)應(yīng)記錄表

表6 S10水平載荷與樁位移對(duì)應(yīng)記錄表

表7 不同位移所對(duì)應(yīng)的水平荷載表

表8 臨界及極限荷載所對(duì)應(yīng)位移表

5.3 高應(yīng)變測(cè)試

本次共完成三根樁的高應(yīng)變測(cè)試(S1，S8，S10)，所有試樁的成果分析均采用實(shí)測(cè)曲線擬合法，以便于和靜載試驗(yàn)成果進(jìn)行對(duì)比。靜、動(dòng)試驗(yàn)成果見表9。

表9 靜、動(dòng)試驗(yàn)成果表

表9中高應(yīng)變測(cè)試成果為單樁最大阻力值。從表9中數(shù)據(jù)可以看出高應(yīng)變測(cè)試成果與靜力荷載測(cè)試成果基本接近。

5.4 低應(yīng)變測(cè)試

除S3因樁頭破碎未進(jìn)行測(cè)試外，對(duì)其余所有試、錨樁均進(jìn)行了低應(yīng)變測(cè)試，樁身混凝土的完整性均較好?；炷敛ㄋ僦导s在3000 m/s～3900 m/s之間。低應(yīng)變測(cè)試成果見表10。

6 結(jié)論與建議

1)根據(jù)本次單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)以及單樁承臺(tái)豎向抗壓靜載試驗(yàn)的結(jié)果分析，鋼筋混凝土預(yù)制樁試樁的單樁極限承載力為2150 kN。

2)單樁承臺(tái)的極限承載力大于單樁的極限承載力，可以考慮利用承臺(tái)下地基土提供部分承載力，但土體承載力取值不宜過高，建議取值不大于60 kPa。

3)通過對(duì)5樁承臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果分析表明當(dāng)豎向荷載為5倍于單樁承載力特征值時(shí)，5樁承臺(tái)的沉降量明顯小于單樁及單樁承臺(tái)的沉降量。因此，多樁承臺(tái)下地基土反力高于單樁承臺(tái)地基土反力。

4)高應(yīng)變測(cè)試成果為單樁最大阻力值。高應(yīng)變測(cè)試成果與靜力荷載測(cè)試成果基本接近。

表10 低應(yīng)變測(cè)試成果表

5)除S3因樁頭破碎未進(jìn)行測(cè)試外，對(duì)其余所有試、錨樁均進(jìn)行了低應(yīng)變測(cè)試，樁身混凝土的完整性均較好?；炷敛ㄋ僦导s在3000 m/s～3900 m/s之間。

6)根據(jù)本次試樁施工過程情況及試驗(yàn)中實(shí)測(cè)錘擊數(shù)，建議工程樁施工時(shí)選用D46～D60錘。并且為嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，建議在施工中進(jìn)行高、低應(yīng)變檢測(cè)。

[1]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2]JGJ 94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]JGJ 106-2003，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[5]DL/T 5024-2005，電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].

[6]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].