PHC樁在大藤峽巖溶松軟地基上的應(yīng)用

【摘要】目前軟土地基拌和系統(tǒng)基礎(chǔ)處理通常采用石渣換填方式進(jìn)行處理，而施工難度小、施工速度快、施工進(jìn)度受降雨影響小、施工成本相對(duì)較節(jié)省的PHC管樁基礎(chǔ)處理技術(shù)未得到推廣和應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)外水利水電工程對(duì)其的研究也不完善。該研究對(duì)今后類似工程有很大的參考借鑒作用。

廣西大藤峽水利樞紐工程地處廣西桂平市，壩址兩岸巖溶發(fā)育。建設(shè)在河床左側(cè)農(nóng)田內(nèi)的拌和系統(tǒng)軟基處理?xiàng)l件復(fù)雜，未知因素較多，基礎(chǔ)處理形式嚴(yán)峻。

【關(guān)鍵詞】PHC；預(yù)應(yīng)力管樁；難點(diǎn)；巖溶；基礎(chǔ)處理；經(jīng)驗(yàn)

1、情況說(shuō)明

廣西大藤峽水利樞紐工程地處廣西桂平市，為珠江流域黔江及郁江交匯部位，是典型的西南高山峽谷區(qū)沖洪積地貌，壩址河床深切，河道彎曲狹窄，灘多水急，河床坡度變化較大，兩岸巖溶發(fā)育，落水洞、地下暗河發(fā)育。拌和系統(tǒng)規(guī)劃為1座HL240-2S3000L的強(qiáng)制式拌和樓及1座HL360-4F4500L的自落式拌和樓，建設(shè)在河床左側(cè)農(nóng)田內(nèi)，為小溶洞發(fā)育地區(qū)，軟基處理?xiàng)l件復(fù)雜，未知因素較多，基礎(chǔ)處理形式嚴(yán)峻。

大藤峽水利樞紐于2015年10月1日開(kāi)始進(jìn)行建設(shè)，必須在2015年12月底完成拌和系統(tǒng)建設(shè)，建設(shè)完成后直接面臨汛前4個(gè)月澆筑混凝土高達(dá)57萬(wàn)m3的高峰期，拌和樓需要3個(gè)月完成建設(shè)，非常緊迫，且建設(shè)完成后直接投入高強(qiáng)度運(yùn)行，出不得一點(diǎn)差錯(cuò)。

大藤峽左岸廠壩工程混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)主要建筑物包括：1座HL240-2S3000L的強(qiáng)制式拌和樓，1座HL360-4F4500L的自落式拌和樓，1個(gè)粗骨料調(diào)節(jié)料倉(cāng)，1個(gè)細(xì)骨料調(diào)節(jié)料倉(cāng)，1座一次風(fēng)冷料倉(cāng)，1座制冷樓等。工程開(kāi)工時(shí)間2015年10月1日，1#拌和樓投產(chǎn)時(shí)間為2015年12月31日，2#拌和投產(chǎn)時(shí)間為2016年1月15日。

若采用采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)挖換填處理存在以下缺點(diǎn)：（1）需要處理面積為6000m2，換填工程量約為30000m3，且處于多雨冬季施工，連續(xù)降雨對(duì)軟土地基基礎(chǔ)處理影響很大，基礎(chǔ)處理工期長(zhǎng)；（2）根據(jù)前期勘探，拌和系統(tǒng)所在位置底部為小巖溶發(fā)育地區(qū)，若采用開(kāi)挖換填處理存在后期基礎(chǔ)沉降的諸多不確定因素，除非深挖深填；（3）由于工程進(jìn)場(chǎng)后砂石系統(tǒng)不能快速形成，若采用外購(gòu)碎石等材料進(jìn)行換填成本高昂。

經(jīng)過(guò)比較，若采用PHC預(yù)應(yīng)力管樁施工，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）施工速度快；（2）不受連續(xù)降雨影響；（3）采取端承樁群的施工方式可在底部形成新的基礎(chǔ)應(yīng)力群，可避免小溶洞在拌和系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中沉降、坍塌等造成拌和樓基礎(chǔ)沉降或者擾動(dòng)；（4）經(jīng)過(guò)與換填比較，更為經(jīng)濟(jì)。

軟土地基采用PHC管樁進(jìn)行基礎(chǔ)快速處理是可行的。通過(guò)PHC管樁的群樁效益，有效的解決了基礎(chǔ)沉降、溶洞問(wèn)題，且施工受降雨天氣的約束小、施工進(jìn)度快。

2、PHC預(yù)應(yīng)力管樁選擇及計(jì)算

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁 （代號(hào)PHC） 按樁身混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值分：A型、AB型、B型、C型，外徑（mm）有300、400、500、600、700、800、1000、1200等規(guī)格。PHC 管樁樁身混凝土強(qiáng)度高，可打入密實(shí)的砂層和強(qiáng)風(fēng)化巖層，由于擠壓作用，樁端承載力可比原狀土質(zhì)提高70%～80% ，樁側(cè)摩阻力提高20%～40% 。PHC 管樁是由側(cè)阻力和端阻力共同承受上部荷載，可選擇強(qiáng)風(fēng)化巖層，全風(fēng)化巖層，堅(jiān)硬的粘土層或密實(shí)的砂層（或卵石層）等多種土質(zhì)作為持力層，且對(duì)持力層起伏變化大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。

PHC管樁的參數(shù)：PHC管樁的各類參數(shù)各類資料上都可以查閱，這里就不做詳細(xì)說(shuō)明了。PHC管樁的工藝較為成熟，這里不做詳細(xì)說(shuō)明。

受地質(zhì)勘探不確定影響，預(yù)應(yīng)力管樁采用保守法計(jì)算，采用摩擦樁應(yīng)力計(jì)算，采用端承樁實(shí)際施工。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，采用PHC管樁為PHC400AB20進(jìn)行處理（外徑為400mm，AB性，壁厚為20mm），每根長(zhǎng)16m或20m（進(jìn)入密實(shí)的砂層和強(qiáng)風(fēng)化巖層為準(zhǔn)），間距為2.3m～3.9m，排距為2.0m～3.0m。PHC 管樁樁身混凝土強(qiáng)度高，可打入密實(shí)的砂層和強(qiáng)風(fēng)化巖層形成端承樁，PHC400AB95單樁豎向抗壓極限承載力達(dá)1600KN，滿足建基要求。

3、PHC管樁施工要點(diǎn)

（1）施工準(zhǔn)備

1）清障、清表、平整場(chǎng)地、形成道路及作業(yè)區(qū)。2）測(cè)量放樣。3）樁機(jī)安裝就位。

（2）樁的堆放、起吊、搬運(yùn)

1）管樁的堆放不宜超過(guò)4層，采用軟墊（木墊） 按二點(diǎn)法做相應(yīng)支墊。

2）單根管樁吊點(diǎn)吊樁時(shí)，吊點(diǎn)應(yīng)設(shè)在距樁上端0.3倍樁長(zhǎng)處。

施工布置及現(xiàn)場(chǎng)施工圖片

（3）插樁

根據(jù)需要焊接開(kāi)（閉）口型樁尖，然后將樁插入土中0.3m-0.5m的深度后，用兩臺(tái)全站儀雙向控制樁的垂直度。

（4）錘擊下沉

1）墜錘落距不宜大于2m，單打汽錘落距不宜大于1m。

2）遇下列情況應(yīng)停止沉樁，經(jīng)分析研究采取措施后，方可再繼續(xù)施工。

1貫入度發(fā)生急劇變化；2樁身突然傾斜、移位或錘擊時(shí)有嚴(yán)重回彈；3樁頭破碎或樁身開(kāi)裂；4附近地面有嚴(yán)重隆起現(xiàn)象；5打樁架發(fā)生偏斜或晃動(dòng)。

（5）接樁

1）管樁機(jī)械連接前應(yīng)在樁端處均勻涂抹2mm～3mm厚的益膠泥。

2）焊接采用焊條（焊條宜用E4303或E4316）或焊絲（二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊）。

3）施焊完成的樁接頭應(yīng)自然冷卻后才能連續(xù)沉樁，自然冷卻時(shí)間不應(yīng)少于10min。

（6）終壓條件

當(dāng)管樁被壓入土中一定深度，或樁尖進(jìn)入持力層一定深度，達(dá)到設(shè)計(jì)要求可停止壓樁，最終壓樁力作為參考。

（7）送樁

1）送樁深度一般不宜超過(guò)2m。

2）當(dāng)落錘高度已達(dá)規(guī)定最大值和每擊貫入度小于等于2mm時(shí)，立即停錘。

4、單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

為了驗(yàn)證PHC管樁的實(shí)際豎向極限承載能力，確保軟土基礎(chǔ)處理符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)膠凝材料罐基礎(chǔ)PHC管樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，并形成試驗(yàn)報(bào)告。

試驗(yàn)部位：拌和系統(tǒng)膠凝材料罐PHC管樁基礎(chǔ)；

管樁布置：拌和系統(tǒng)設(shè)計(jì)6個(gè)膠凝材料罐，直徑為10m，每個(gè)膠凝材料罐布置24根PHC管樁；

試驗(yàn)管樁：共計(jì)選3根PHC進(jìn)行試驗(yàn)，1#～3#試驗(yàn)樁分別布置在1#～3#水泥罐的不同位置。

試驗(yàn)方法：靜載荷試驗(yàn)加載裝置為壓重平臺(tái)反力裝置，通過(guò)千斤頂和壓力表逐級(jí)控制加載；在樁頂對(duì)稱安裝2只大量程百分表觀察樁頂沉降。試驗(yàn)加載方式：采用慢速維持荷載法，即逐級(jí)加載，每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后加下一級(jí)荷載，直到試樁滿足試驗(yàn)荷載值（最大加載值為單樁承載力特征值2倍，即1600KN），然后分級(jí)卸荷到零。

試驗(yàn)結(jié)果：大藤峽拌合系統(tǒng)PHC管樁基礎(chǔ)1#、2#、3#試驗(yàn)樁共3根樁的極限承載力均勻?yàn)?600KN，極差為0KN，本工程試驗(yàn)樁單樁承載力特征值為800KN，滿足設(shè)計(jì)要求的單樁承載力特征值不小于800KN的要求。

5、總結(jié)

大藤峽采用PHC管樁基礎(chǔ)處理較石渣換填節(jié)省15天的施工工期，自2016年1月1日運(yùn)行以來(lái)，已成功拌制約60.5萬(wàn)m3混凝土，長(zhǎng)期觀測(cè)未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)下沉現(xiàn)象，拌和系統(tǒng)運(yùn)行正常。

對(duì)比分析：

1）PHC預(yù)應(yīng)力管樁施工速度快，單臺(tái)設(shè)備每天可完成30根管樁施工（約600m），僅需要2天時(shí)間就完成了一臺(tái)拌和樓的基礎(chǔ)處理工作；

2）經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，PHC樁更經(jīng)濟(jì)，與3萬(wàn)方回填碎石對(duì)比可節(jié)約10萬(wàn)元；

3）經(jīng)過(guò)一年的沉降和變形觀測(cè)，幾乎沒(méi)有沉降和變形，可確定PHC樁在拌和樓慣性震動(dòng)的情況下對(duì)底部小溶洞、軟基都能很好的解決其不均勻沉降問(wèn)題；

6、結(jié)束語(yǔ)

目前軟土地基拌和系統(tǒng)基礎(chǔ)處理通常采用石渣換填方式進(jìn)行處理，而拌和系統(tǒng)通常都建立在河道邊上的池塘、農(nóng)田之上，局部地區(qū)還存在小溶洞，軟基處理?xiàng)l件復(fù)雜，未知因素較多，基礎(chǔ)處理形式嚴(yán)峻。PHC管樁具有施工成本相對(duì)較節(jié)省、管樁單樁承載力大、群樁效率、施工速度快、施工受降雨干擾小等特性，能成功解決了拌和系統(tǒng)軟土地基基礎(chǔ)處理難題。此類拌和系統(tǒng)基礎(chǔ)處理技術(shù)尚未得到推廣和應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)外水利水電工程對(duì)其的研究也不完善。該研究對(duì)各類工程中軟土地基拌和系統(tǒng)基礎(chǔ)進(jìn)行快速處理施工有很大借鑒參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（GB13476---1999）；

[2]《先張法預(yù)應(yīng)混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》（DBJ14-040--2006）。

作者簡(jiǎn)介：吳三線，1971年湖南婁底人，研究生，高級(jí)工程師，先后在五強(qiáng)溪工程、三峽、青居等大型工程承擔(dān)技術(shù)工作，主要研究方向?yàn)樗姽こ碳夹g(shù)。