火電廠工程老樁區域地基處理方案選擇

胡如周，陳祖強

(1.浙江省海港投資運營集團有限公司，浙江 杭州 316021；2.浙江溫州發電有限公司，浙江 杭州 325000)

1 概況

浙江南方沿海某電廠四期工程是按“上大壓小”方式建設，裝機容量2×660 MW，同步實施脫硫、脫硝裝置。從地質資料看，廠區土層的工程特性差，差異較大，具含水量高，強度低，高壓縮性等不良工程特性，主廠房及附屬建構筑物須采用人工地基處理。由于本期主廠區座落于原一期廠址，存在原一期廠房基礎及樁基，而且分布密集，所以本期地基處理方案選擇除應考慮承載力和沉降等因素外，對沉樁的可行性要求更加突出。

2 工程地質條件

廠址區地層主要有第四系土層和侏羅系凝灰巖。第四系土層主要分布于場地表部，侏羅系凝灰巖主要分布于場地底部。廠址巖土層分述如下：

0層雜填土：主要由碎石組成，在整個場地均有分布。

1層粘土：很濕－濕，軟塑－可塑，層厚3.00～0.50 m。

2-1淤泥：青灰色，飽和，流塑，層厚11.10～16.20 m。

2-2淤泥：飽和，流塑，層厚17.10～6.50 m。

3-1層淤泥質粉質粘土：飽和，流塑，層厚30.35～0.80 m。

3-2層粉細砂：飽和，稍密，層厚8.10～0.40 m。

3-3層粉質粘土：很濕，軟塑，接近于淤泥質土，中塑性，層厚11.92～0.55 m。

4-1層粉土：飽和，稍密－中密，層厚17.30～0.40 m。

4-2層粉質粘土：濕－很濕，可塑－軟塑，層厚7.30～0.30 m。

4-3層粉土：飽和，稍密－中密，層厚6.10～0.45 m。

5-1層礫(卵)石：中密－密實，層厚17.52～0.10 m。

6-1層粉質粘土：濕，可塑為主，局部軟塑，中塑性，層厚，11.20～0.50 m。

6-2層粉質粘土：濕－稍濕，可塑－硬塑，以硬塑為主，中－輕塑性，層厚15.80～0.20 m。

7層礫(卵)石：中密－密實，含有中砂、粗砂及少量泥質，層厚在2.10～14.10 m。

8-1層粉質粘土，灰色，濕－稍濕，可塑，中塑性，層厚1.00～22.10 m。

8-2層粘土：濕，可塑，重塑性，層厚12.80～3.90 m。

8-3層粉質粘土：濕，可塑，中塑性。最大厚度為12.8 m，該層層頂標高－66.70～－76.48 m。

8-4層細砂：濕，中密，層頂標高－79.88 m。

9層碎石：濕，中密－密實，碎石成分以中等風化凝灰巖為主，層頂高程－66.26 m。

10-1層強風化凝灰巖：強風化，主要礦物成分為長石、石英晶屑及凝灰質，碎屑凝灰結構，層頂高程－66.66 m。

3 地基處理方案比選

3.1 前3期工程樁實施情況和沉降分析

3.1.1 一期工程樁實施情況

一期工程(2×125 MW)建設于20世紀80年代，主廠房柱下基礎和設備基礎分別采用450×450和400×400預制鋼筋混凝土方樁，樁最長達53.4 m，采用打入式沉樁工藝。持力層：A排、汽機基座為4號土；BC框架為5-1或6-2層；煙囪、爐架為5-1層。一期工程樁基施工遇到了插樁、斷樁、樁基傾斜、補樁、截樁和斜樁等各種復雜問題。一期工程經過20多年安全運行考驗，在當時施工技術條件下是成功的。

3.1.2 二期工程樁實施情況和沉降分析

二期擴建工程(2×300 MW)與一期工程地質情況基本接近，但局部變化較大，土層構造也有差異。

二期主廠房柱下基礎采用500×500預制鋼筋混凝土方樁，荷載較小的設備基礎采用500×500中空300預制鋼筋混凝土空心方樁，采用打入式沉樁工藝。

二期樁基持力層：A排、汽機基座為4號土；BC框架為6-2層，與一期相比，增加進入持力層深度；爐架為5-1或6-2層，煙囪為7層。

二期工程的樁基施工較一期有較大改善，無插樁現象，斷樁率也有較大減少。主廠房沉降大部分較均勻，但總沉降量仍較大，個別基礎沉降異常。

二期工程于2001年投產，到2011年沉降觀測結果分析看，經過幾年的連續觀測，二期主廠房區沉降基本趨于穩定，詳見表1。

表1 2011年二期主廠區建筑物沉降情況

3.1.3 三期工程樁實施情況和沉降分析

三期工程(2×300 MW)主廠房結構型式與二期相仿，但地質情況變化較大，在總結一、二期工程樁基處理經驗基礎上，三期工程主廠房樁基處理方案以φ600PHC預應力管樁為主，煙囪部位采用φ1000鉆孔灌注樁，樁入土深度達到了六十多米。

三期持力層：A排、汽機基座為4號土；BCD框架、爐架為7層或8層；煙囪為7層。由于采用比較成熟的沉樁工藝，并引入信息化施工，對沉樁速率和流水進行了有效控制，并加強了沉樁期間的土層位移觀測，樁基施工比較順利，無插樁現象，斷樁率也非常小。

三期工程主廠房沉降較二期有較大的改善。工程于2005年投產，至2010年沉降觀測結果分析，三期主廠房區域沉降基本趨于穩定，主廠房區域沉降量比二期工程較大減小，沉降穩定時間較二期縮短。

表2 2010年三期主廠區建筑物沉降情況

3.2 四期樁基持力層的選定

3.2.1 樁基沉降分析

從二、三期主廠房的實測沉降資料分析，二期工程投產將近十年后，主廠區建筑及設備基礎沉降趨于穩定，沉降基本均勻，但沉降過程長，總沉降量最大達到218.7 mm(除氧煤倉間)。三期工程局部調整了持力層(BCD框架、爐架)，并變換了樁型，從實測沉降數據看，效果比較明顯，沉降過程較二期有較大縮短，總沉降量也控制在規范規定的150 mm以內，但最大總沉量仍達到了130.9 mm～136.0 mm(局部有 7層土缺失的因素)。

四期工程主廠區荷載大于三期(1.3～1.5倍)，結合二、三期沉降觀測結果分析，初步估算，主廠區的持力層應至少到達7層土，才有可能將沉降控制在規范規定的150 mm以內，如果7號土以下作為持力層，由于樁長要超過70 m，從造價上分析不經濟。

3.2.2 樁基沉降測算

根據勘察資料，采用PKPM－JCCAD軟件測算四期工程主廠房樁基沉降，詳見圖1、圖2。由圖可知：汽機房區域樁基最大沉降為20 mm，鍋爐房區域樁基最大沉降為130 mm，符合《火力發電廠土建結構設計技術規程》(DL5022－2012)中對主廠房沉降設計要求。

3.2.3 樁基持力層的選定

鑒于本期主廠區7層土基本均有分布，結合上述初步沉降測算，綜合經濟技術比較，主廠房區建構筑物樁基持力層選定：A排，汽機基座持力層為6-2、7層土，鍋爐、煙囪持力層為7層。

3.3 四期樁型及施工方法選擇

3.3.1 本期場地分析與樁型選擇

本期汽機房、鍋爐房位于拆除的一期主廠房場地。由于一期主廠房所采用的預制方樁比較多，布置密集，且在一期工程沉樁過程存在較多補樁、斜樁等，所以，本工程布置樁基應盡量避開老樁。

圖1 7#鍋爐房沉降等值線圖

圖2 7#汽機房沉降等值線圖

本期如采用打入樁方案，可借鑒二、三期打樁經驗，同時，樁身質量也容易控制，但由于擠土效應和一期老樁基影響，打入樁方案實施存在比原二、三期樁基施工更大困難和風險：(1)由于存在老樁，擠土效應會比二、三期更加嚴重，導致樁過大偏位甚至損害；(2)擠土效應使原存在的老樁偏位、傾斜更加大，使沉樁過程中更難定位老樁位置，無法避免碰到老樁而導致沉樁失敗；(3)打入樁穿越5-1層，沉樁至7層，難度很大(原三期打樁碰到的問題)。

本期如采用鉆孔灌注樁方案，可減少沉樁過程中擠土問題，但仍難解決老樁密集區成孔難問題，如果在成孔時碰到老樁，調整孔位后，在原報廢的孔位邊成孔很難避免坍孔，且采用灌注樁后，樁徑會相對較大，增加布樁難度，灌注樁同時存在樁身質量難于控制，孔底沉渣影響沉降等問題。

相比以上兩種樁型及施工工藝，靜鉆根植工法相對本工程場地更具優勢，靜鉆根植工法是采用專用鉆桿預鉆孔和專用鉆頭對孔底擴孔，在孔內注入規定配比的水泥漿，邊注漿邊將預制樁植入預鉆孔內一種沉樁工藝。該樁型較適用于本工程地層，如遇到地下障礙物(如傾斜的老樁)容易移位調整，樁身質量較打入式預應力管樁和鉆孔灌注樁更有保證，噪音和振動比鉆孔灌注樁還要小。主要優點如下：

(1)靜鉆根植工法鉆機鉆桿直徑達280 mm，遠大于普通鉆孔灌注樁鉆機，其成孔垂直度更有保證，更有利于避開老樁。

(2)若在淺層碰到老樁，可及時調整孔位，由于孔內為水泥土，相比鉆孔樁不易坍孔，經濟損失也不大。在深層如遇老樁，必要時可以換上牙輪鉆頭磨掉部分老樁。

(3) 根植竹節管樁外徑，比預成孔孔徑小，也比同樣承載力的灌注樁外徑更小，更利于避開一期老樁。

(4) 由于樁端擴大及注漿，竹節樁嵌固作用有利于控制沉降。

(5)在承載力相同情況下，價格比灌注樁低12%～15%左右。

經以上綜合比較，本期工程優先采用靜鉆根植樁。

3.3.2 四期試樁結果分析

(1)四期試樁配樁情況

在確定樁型和成樁工藝后，進行四期工程試樁，對沉樁的適用性及承載力進行試驗。共三組六套試樁，持力層均為7層礫(卵)石，進入持力層深度1 m，具體如下：

第一組，靜鉆根植樁， 編號S1-1、S1-2，組合樁，上部31 m(10，10，11)為 PRHC600(130)I型； 中下部15 m為PHC600(130)AB型；下部15m為PHDC650－500(125)AB型，C80。

第二組，靜鉆根植樁， 編號S2-1、S2-2，組合樁，其中上部31 m(10，10，11)為PRHC800(130)I型；中下部15 m為PHC800(130)AB型；下部15 m為PHDC800－600(130)AB型，C80。該樁型采用的施工機具為全液壓履帶樁架+單軸鉆機(鉆頭帶可控擴頭裝置)。

第三組，鉆孔灌注樁，編號S3-1、S3-2，直徑1 m。該種樁型采用的施工機具為回旋式鉆機，泥漿護壁。

本期工程試樁成果見表3、表4。

表3 試樁單樁抗壓靜載試驗成果

表4 試樁水平荷載試驗結果和水平承載力特征值推薦值

(2) 試樁成果分析

① 試樁沉樁過程及檢測結果與設計的預見充分一致。施工過程進展順利，承載力與設計預估值吻合，樁身豎向承載力由樁身強度控制。

② 樁徑800～600靜鉆根植樁，雖然表面積小于1000的灌注樁，但其承載力與灌注樁持平，沉降量更小。

③ 樁徑800～600靜鉆根植先張法預應力竹節樁的單樁水平臨界荷載與樁徑1000灌注樁相同。由于樁周水泥土的共同作用，使得PRHC樁可以較大幅度提高水平臨界荷載，實測結果復合配筋預應力管樁水平殘余位移少于灌注樁，PRHC樁抗彎性能明顯優于灌注樁。

3.4 實際施工效果

3.4.1 沉樁的適用性

本工程主廠區共打樁1802套，總延長米為98760 m，據統計，施工過程中遇到地下老樁達262根，其中因老樁影響，將鉆頭拔出重新鉆孔注漿的樁共84根。從本工程特別是8#機老樁區域樁基沉樁情況看，盡管實施過程中因老樁的原因，碰到了比較大的困難，但最終按設計要求完成了打樁任務，實現了最初的設計意圖，沒有因老樁的原因而放棄打樁，通過調整上部結構來實現，這說明選擇根植樁的樁型和沉樁工藝是適宜的，除有效解決老樁影響外，無論施工速度還是泥漿排放，現場文明施工，均體現其優勢。

3.4.2 樁身質量得到保障

靜鉆根植樁采用了預成孔后植入預制管樁工藝，成樁過程中樁身的質量得到保障，施工完成后對現場部分樁基進行了靜載試驗，結果表明符合設計要求和原試樁結果。

3.4.3 主廠區沉降情況好于預期

本工程自2015年底全部投產運營以后，經一年半的沉降觀測，至2017年3月底，主廠區沉降已基本趨于穩定，沉降值大幅減小，機組投產至沉降穩定時間也大幅縮短，結果比以前幾期工程要好(主廠區沉降情況見表5)。這更充分說明本工程樁基工藝選擇是成功的。

表5 2017年四期主廠區建筑物沉降情況表

5 結語

從本工程試樁到建筑物實際沉降結果分析，靜載根植樁對克服地下障礙物較多，老樁密集、傾斜等復雜場地困難問題是十分有效和合適的，為同類型條件場地工程建設積累了經驗。從本工程沉樁情況，結合之前打入樁施工，對于要穿越中間有硬殼夾層，特別有多個硬夾層才能到持力層的地質場地時，采用靜鉆根植樁，對確保樁身質量和承載力是十分有效的。

[1] Q/NZD002－2011，靜鉆根植樁基礎技術規程[S]．

[2] JGJ94－2008，建筑樁基技術規范[S]．

[3] JGJ106－2014，建筑樁基檢測規范[S]．