張志偉，仇果，許琛

(北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)

PHC管樁在2×1000MW火力發(fā)電工程中的應用

張志偉，仇果，許琛

(北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)

國電泰州電廠一期工程是國家“十一五”重點建設項目，是國電集團公司首臺百萬等級的火電機組建設項目，規(guī)劃裝機總容量為4000 MW，其中一期工程建設2臺1000 MW超超臨界燃煤機組。國電泰州電廠一期2×1000 MW機組主廠房B標段PHC管樁樁基工程目前已全部完工，經(jīng)高、低應變檢測表明樁體質量均滿足設計要求，為以后PHC管樁樁基工程在大機組火力發(fā)電廠施工中提供了有益的實踐經(jīng)驗。

PHC管樁；焊縫探傷檢測；高低應變檢測

1 工程概況

本項工程為泰州電廠一期工程，根據(jù)國家發(fā)改委的項目建議書批復，本期建設規(guī)模為2×1000 MW燃煤機組及相應的生產(chǎn)輔助、附屬設施，并預留擴建的2臺2×1000 MW機組。國電泰州電廠一期2×1000 MW機組主廠房B標段樁基工程施工區(qū)域包括煙囪、2#鍋爐房、2#煤倉間、2#汽機房、2#電除塵、2#煙道支架、2#送風機、2#引風機、除灰控制樓。本文就具體工程施工介紹了PHC管樁施工的應用技術，分析和總結了PHC管樁在1000 MW超超臨界燃煤機組發(fā)電工程中的設計與施工特點，重點介紹了PHC管樁施工中所遇到的一些問題以及解決這些問題的具體措施。

2 工程地質條件

2.1 地理位置

擬選址位于泰州市永安洲鎮(zhèn)北福沙村，北距泰州市中心約30 km，屬于長江三角洲沖擊平原的河漫灘地，沿岸的長江大堤較為順直，大堤內多為耕地及民房，選址地通水陸運輸。

2.2 地基土的構成和特征

擬選廠址區(qū)屬長江三角洲沖積平原的河漫灘，地形平坦，地貌單一，地面標高約為3.5 m(1985年國家高程系統(tǒng))，附近無基巖出露。為第四系地層所覆蓋，根據(jù)現(xiàn)場勘察資料，地層從上至下描述見表1。

表1 地基土匯總表

2.2 水文地質條件

廠址區(qū)域地下水類型主要為松散巖類孔隙水，可分為潛水和承壓水，地表水與地下水關系密切，兩者呈互補關系。潛水主要接受大氣降水的補給，消耗于蒸發(fā)，或以徑流形式排泄于長江，在天然情況下水平運動遲緩屬于垂直補給蒸發(fā)型。承壓水埋藏較深，由于無連續(xù)穩(wěn)定的隔水層，故與淺層水有直接水力聯(lián)系，其補給來源主要有上部潛水的越流補給及長江水側向補給；區(qū)內承壓含水層顆粒較粗、厚度較大、滲透性好，因此，其徑流條件好但地下水水力坡度很小，所以在自然條件下水平徑流十分微弱。其水位主要受大氣降水和地表水水體的影響，呈季節(jié)性變化。本次勘測期間地下水穩(wěn)定水位為0.3～1.3 m。場地環(huán)境類型為II類。

3 設計要求及主要工程特點

3.1 設計要求

(1)預應力混凝土管樁為PHC 600 AB 110型﹑PHC 600 B 130型和PHC 500 AB 100型三種規(guī)格。

(2)采用錘擊沉樁法，入土深度約為50 m和39 m左右，達到持力層⑦2粉細砂層和⑥層。

(3)各部位根據(jù)設計要求進行送樁，深度約2～7 m。

3.2 主要工程特點

(1)本工程工期短、工程量大，主導施工機具均采用日本進口全液壓履帶式打樁機械。

(2)單樁長度最長的為49 m，送樁深度最深的為8.7 m，樁入持力層⑦2粉細砂層2 m，該層標貫擊數(shù)為49.9擊。

(3)為了加快超孔隙水壓力的消散，加快土體固結，施工需在地基土中插設塑料排水板，以消散由打樁引起的超孔隙水壓力。

(4)由于送樁深度比較深，地下水位比較淺，打完樁后需要及時回填，且回填工作量大。

(5)根據(jù)地質資料，本工程砂層較厚，樁基須穿透砂層，給沉樁施工帶來較大難度，擬采用D100或D80型筒式柴油錘打入。

(6)施工期間為臺風多發(fā)季節(jié)，降水量較大，給重裝設備的運行及場地道路、施工作業(yè)面的維護帶來困難。

4 PHC管樁施工

4.1 施工工藝流程

本工程參照執(zhí)行下列有關規(guī)范、規(guī)程、標準、圖紙、報告：①《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB 50007—2002)，②《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ 79—2002)，③《建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準》(GB 50300—2001)，④《建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范》(GB 50200—2002)。本工程施工流程如圖1所示。

圖1 PHC管樁施工工藝流程圖

4.2 施工方案的實行

4.2.1 主要施工機械設備的選配

(1)打樁機械

本工程投用七臺三點支架全液壓履帶式打樁機施工，樁機型號是日產(chǎn)DH508兩臺、DH558、PD100、DH408、PD9、PD90各一臺，樁機挺桿長度拼裝24～27 m，沉樁選用筒式柴油錘具體配置采用D100樁錘2只、D80樁錘4只、D62樁錘1只。

(2)運輸供樁和喂樁機械

現(xiàn)場喂樁選用25～50 t履帶式吊機，現(xiàn)場樁節(jié)倒運采用40 t平板車，裝卸采用25～50 t履帶式吊機和25 t汽車吊。

(3)焊接設備

管樁焊接選用半自動CO2氣體保護焊機。

4.2.2 施工工藝

本工程中的多個區(qū)域施工各有其設計與地質條件特點，本文結合已經(jīng)開挖驗收后的煙囪施工區(qū)域作一個詳細的施工過程介紹。煙囪區(qū)域管樁設計以圓環(huán)形狀布置，管樁規(guī)格型號為PHC 600 B 130型樁，樁長49 m，樁頂標高-4.7 m，送樁深度3.45 m，施工樁數(shù)239根。排水板施工機具采用液壓式履帶插扳機，管樁施工采用日產(chǎn)DH508兩臺設備從煙囪中心位置向外施工。煙囪區(qū)域的地質條件相對比較復雜，管樁施工要穿過④1粉砂、⑤粉砂、⑦1粉砂，進入⑦2粉細砂2 m。

(1)塑料排水板的施工

煙囪區(qū)域塑料排水板是以煙囪中心為圓心的多個圓環(huán)布置，布置在管樁的周圍，與管樁中心的間距約為1.5 m，塑料排水板的設計長度為15 m，材質為B型板，煙囪區(qū)域共計329根，在施工過程中，塑料板與樁尖連接牢固，避免了提管時脫開將塑料板帶出。樁尖與導管配合適當，避免了錯縫，防止了淤泥進入而增大塑料板與導管壁的摩擦力造成塑料板帶出。嚴格控制間距和深度，凡塑料板被帶上2 m的均作廢并進行補打。塑料板需接長時，采用濾膜內水平搭接的連接方法，為保證輸水暢通并且有足夠的搭接強度，搭接長度不小于20 cm。

(2)下樁

根據(jù)沉樁流程安排要求，由吊車將管樁駁至樁位附近，樁機就位后起錘，吊車給管樁套上樁帽，將管樁吊起喂進籠口，調節(jié)樁架位置，使樁尖對準樣樁，由兩臺經(jīng)緯儀十字交會校核樁位并控制其垂直度，待樁身穩(wěn)定后，放下樁錘，壓樁下沉，直至穩(wěn)定并滿足垂直度要求后，開油門錘擊。開始錘擊時錘的能量應控制在1～2擋范圍或空錘試擊、重錘輕擊。

(3)電焊接樁

當下節(jié)樁沉至離地面約0.8～1.0 m時，停止錘擊，將待接的上節(jié)樁吊起與下節(jié)樁對位后進行焊接，接樁時在下節(jié)樁頂上臨時點焊兩塊擋板以利于待接樁就位，對接精度控制在上下節(jié)樁軸線錯位不大于2 mm以內，節(jié)點彎曲矢高不大于1‰樁長，且不大于2 mm，下節(jié)樁若傾斜，上節(jié)樁仍對準其軸線，不得調整樁身垂直度，保證上下節(jié)樁之間間隙密實。

(4)送樁

當上節(jié)樁沉至離地面0.6～0.8 m時停錘，套上送樁桿，調節(jié)樁架，使送樁桿帽與樁頂接觸平實，送樁桿與樁軸線成一直線后開錘送樁，直至達到樁頂設計標高。施工前在送樁桿上刻長度標志，便于樁頂標高控制。沉樁及送樁過程中，測量工應始終通過儀器觀測樁的入土情況，并記錄錘擊數(shù)，計算每米貫入度及停錘前最后三振(30擊)的平均貫入度。樁頂標高由S3水準儀測量控制。

(5)回填

送樁至設計標高后，停錘移樁機，由吊車拔送樁桿，并及時回填送樁孔。樁坑的回填是保證現(xiàn)場場地平整和施工安全的一個很重要的步驟，必須做到足夠的重視。采用蛇皮袋成袋裝土，在送樁桿拔起后及時丟進管樁的頂口處(樁端的法蘭盤)以堵住管樁口，每個孔丟兩袋保證將管樁口堵住，然后將樁坑周圍土回填拔平。

(6)回填煙囪施工中遇到的問題

煙囪施工是從2005年7月13日上午開始施工，前兩天施工的115、129、141、114、170、151六根樁的平均總擊數(shù)約為2200擊，平均送樁擊數(shù)約為1000擊，每根樁的施工總施工時間為2 h，最后貫入度為3 cm以內。在接下來的幾天，施工情況跟上述一致，我公司結合以往的施工經(jīng)驗和地質勘查報告，請檢測單位對該區(qū)域的樁進行高應變隨機跟蹤檢測(檢測到的承載力數(shù)據(jù)大于設計要求)，并將有監(jiān)理見證的詳細施工情況上報給業(yè)主與設計院，設計根據(jù)施工實際情況和該區(qū)域的地質特征(⑦2粉細砂層起伏較大)，將設計樁長減少2 m，并同時對減少2 m后樁進行高應變檢測，檢測得到的承載力數(shù)據(jù)同樣滿足設計要求，后來的施工情況體現(xiàn)了減少2 m后的樁提高了施工效率、保證了施工質量。

4.3 施工質量的控制

4.3.1 建立質量管理制度

施工過程中，項目部建立嚴格質量控制制度，明確責任分工：①項目經(jīng)理首先將本工程的人員、材料、設備、工藝方法和施工環(huán)境等五個方面的因素有效的控制進行，確保工程投入的質量，也就是前提條件要確保質量，以此來保證每道工序質量的穩(wěn)定。②設專職施工員，布置落實有關的施工工序與技術質量要求。③設專職質檢員，質檢員是工序管理的直接檢查與控制者，辦理工序質量的具體業(yè)務，不得設兼職人員，更不得與施工員混崗，人數(shù)的配備與生產(chǎn)規(guī)模相適應。④加強質量檢驗和隱蔽工程簽證制度，對每道工序實行操作者、班組長和質檢員三者百分之百的檢查，工程技術部抽查的制度。⑤工程技術部應及時掌握質量動態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)問題隨即研究處理，隱蔽工程驗收必須嚴格遵循上道工序不合格不能進入下道工序的原則。⑥關鍵部位或薄弱環(huán)節(jié)設置工序質量控制點、質量控制點的檢查必須經(jīng)專職質檢員檢驗合格。

4.3.2 原材料質檢

原材料進場，對于進入現(xiàn)場的成品樁，我們由質檢員進行質量驗收。不符合質量標準的堅決給予退回。驗收合格的統(tǒng)一編號，并報送監(jiān)理工程師復檢確認合格后方準使用。接樁焊接材料我們采用經(jīng)檢測合格的優(yōu)質的CO2氣體保護焊條，確保焊接質量。

4.3.3 測量定位

首先有技術負責人組織測量人員對圖紙進行仔細審讀，依據(jù)業(yè)主交付的高級控制點對樁位進行施測。報監(jiān)理工程師復查，樁位偏差不得大于規(guī)范要求。

4.3.4 樁身垂直度控制

利用兩臺經(jīng)緯儀成90°夾角對樁身垂直度進行嚴格控制。在錘擊前錘頭、樁帽及樁身不偏心保持在同一垂線上，避免了因樁身受力不均勻而受損。

4.3.5 跟蹤檢測

在沉樁作業(yè)中，由檢測公司人員對重要施工區(qū)域的接樁焊口按10%進行探傷檢測，檢測區(qū)域及檢測數(shù)量如表2所示。

表2 焊縫檢測統(tǒng)計表

樁基檢測單位所做的高應變也隨著施工進行，并把檢測結果及時反饋給施工單位，使我們隨時了解到沉樁質量情況，并對施工中有問題的樁進行各方面分析，然后上報業(yè)主，由設計院確定最終的解決方案。

4.3.6 標高控制

標高控制作為沉樁工作的最后一道工序非常重要，每個作業(yè)機組有一人專門負責樁頂標高控制，事先根據(jù)業(yè)主交付的水準點及樁頂設計標高，計算好送樁桿的所需刻度，利用水準儀觀測錘擊至標高。

5 施工質量檢測

5.1 現(xiàn)場檢測

5.1.1 檢測目的

(1)檢測單樁豎向抗壓承載力；

(2)檢測樁身結構完整性，判斷樁身質量及缺損位置。

5.1.2 檢測依據(jù)及原則

(1)執(zhí)行標準

中華人民共和國行業(yè)標準《建筑基樁檢測技術規(guī)范》(JGJ 106-2003)；《國電泰州電廠一期工程施工圖PHC樁高、低應變動測大綱》。

(2)檢測樁數(shù)量及位置

檢測數(shù)量為總樁數(shù)的5%，具體檢測樁號由設計或監(jiān)理指定，或按隨即均勻布置原則抽取。

5.1.3 檢測方法

現(xiàn)場工作時，將一對加速度、應變傳感器組成一組傳感器，兩組傳感器用螺絲固定再距樁頭1～2D(D為樁身截面直徑)處，兩組傳感器處于同一水平面內呈對稱分布。錘擊開始后，傳感器將拾得的錘擊信息傳至PDA機內，加速度經(jīng)積分變成速度隨時間變化曲線，同時由應變傳感器測得的應變，乘以樁的彈性模量E和截面積A，成為錘擊力波隨時間變化的曲線，現(xiàn)場即可用CASE法對量測信息作初步分析，同時將信息存儲在PDA機內存儲器上，室內作進一步分析計算。

5.2 檢測結果的分析和判斷

5.2.1 計算方法

高應變動測試驗資料的分析方法采用CASE法和實測曲線擬合法(CAPWAP)。根據(jù)動力學原理，樁在沖擊力的作用下，樁身材料中產(chǎn)生壓應變、質點振動和應變的傳播；同時產(chǎn)生樁身相對于樁周圍土體的位移，通過安裝在樁身上的一對應變傳感器和加速度傳感器，采集到隨時間變化該樁身應變和樁身各部分質點振動速度的曲線，該曲線包含著兩方面的信息：錘對樁的激勵信息和樁-土體系對錘激勵的響應信息。分析研究這些信息，就能達到確定樁的完整性和單樁極限承載力的目的。承載力分析計算采用CAPWAP-C程序，該程序的特點是采用連續(xù)數(shù)學模型，根據(jù)場地地質情況、樁基特征及經(jīng)驗，設定樁身各單元處土阻力、阻尼和彈限等參數(shù)建立土阻力模型，迭代求解波動力方程—即擬和。

5.2.2 檢測結果

根據(jù)檢測大綱，在煙囪、鍋爐房、汽機房各布置了3根復打樁，對這9根樁的初打、復打數(shù)據(jù)均進行了CAPWAP分析，采集各種檢測樁的數(shù)據(jù)然后使用CAPWAP-C程序擬和、計算，成果匯總在表3～表5所示。

煙囪72#、220#樁的初打數(shù)據(jù)由于不是沉樁時測得，故其恢復系數(shù)不用作平均。其余7根樁的恢復系數(shù)平均值為1.84，取1.80為本工程樁以⑦2粉細砂為樁端持力層的PHC樁的恢復系數(shù)。9根樁初打樁端土阻力占承載力的比例平均為28%，復打為22%。沉樁時樁身應力大小在樁身強度容許范圍之內。沉樁時錘擊能量在70～160 kJ之間，一般在110 kJ左右，能量大小屬于正常范圍。

表3 復打樁初打檢測結果表

表4 復打樁復打檢測結果表

表5 恢復系數(shù)計算表

注：恢復系數(shù)為單樁極限承載力與初打土阻力之比值。

6 結論

(1)本工程中的PHC管樁樁基經(jīng)高、低應變檢測表明，入⑦2粉細砂為樁端持力層，其樁身基本完整，單樁極限承載力均滿足設計要求。

(2)PHC管樁適用于以下情況：樁必須穿越易液化的砂土或粉土層，樁主要承受豎向荷載，樁基深度存在承壓含水層。

(3)PHC管樁的施工工效主要與地基土的性質、樁長、送樁深度、設備性能、人員操作熟練程度等有關。

(4)PHC管樁的施工有利于施工質量及進度控制，在這工程的成功應用，為以后1000 MW級火電廠樁基工程施工提供了有益的實踐經(jīng)驗。

[1] 電力行業(yè)電力規(guī)劃設計標準化技術委員會. 火力發(fā)電廠巖土工程勘測技術規(guī)程:DL/T 5074—2006[S].北京: 中國電力出版社, 2007.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. 建筑地基處理技術規(guī)范:JGJ 79—2012[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[3] 龔曉南. 地基處理手冊-第2版[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2000.

2017-08-29

張志偉(1975- )，男，巖土工程專業(yè)，北京振沖工程股份有限公司高級工程師，Tel:13910012277，E-mail：zhi_wei_zhang@163.com。

TU473.1

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1009-282X(2017)06-0037-05