PHC管樁在大藤峽水利樞紐軟弱地質條件的應用

陸振尚

摘 要：大藤峽水利樞紐拌和系統的膠凝材料罐基礎、風冷料倉基礎、拌和樓基礎荷載大，變形要求高，但是其基礎為軟弱土，承載力及沉降均不能滿足要求。針對不良的特殊地質條件，為滿足規范要求，在拌和系統設計中，研究采取了PHC管樁基礎，取得了較好的效果。

關鍵詞：PHC管樁 大藤峽水利樞 軟弱地質條件 研究

預應力高強混凝土管樁（PHC管樁）樁基礎是水利水電工程中應用非常廣泛的基礎形式之一， 具有工程成本低、施工速度快、單樁豎向承載能力高、耐打性能好、施工簡便、質量可控等方面諸多優點， 在淤泥質等軟弱土地區被廣泛采用。

1.工程概況

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，壩址在廣西桂平市黔江彩虹橋上游6.6km處。是一座以防洪、航運、發電、補水壓咸、灌溉等綜合利用的流域關鍵性工程。水庫正常蓄水位61m，汛限水位47.6m，死水位47.6m，總庫容34.79×108m3，總裝機容量1600MW，工程規模為Ⅰ等大（1）型工程。樞紐建筑物主要包括泄水、發電、通航、擋水、灌溉取水及過魚建筑物等。

大藤峽水利樞紐混凝土生產系統布置1座2×3.0m3強制式混凝土拌和樓，1座4×4.5m3自落式混凝土拌和樓。系統內布置有6個儲存罐，其中4個1500t儲罐用于儲存水泥，可儲存水泥量為6000t;2個1000t儲罐用于儲存煤灰，可儲存煤灰2000t。風冷料倉截面為20m×6m，高16.5米。

2.地質條件

拌和系統場地為大藤峽水利樞紐左岸Ⅰ級階地，地形整體較平坦，地面高程一般39m～42m。Ⅰ級階地覆蓋層厚度一般為16m～20m，最大厚度25m。主要為沖洪積物（Q4pal）和坡殘積物（Q4edl）。風冷料倉位置為魚塘，膠凝材料罐及拌和樓基礎為沖溝，底部覆蓋層表面為淤泥狀黏土，建筑物規劃地表處于低洼地帶，終年潮濕積水，生長大量的喜水性植物。淤泥質軟土含水量大、壓縮系數高、承載力底，腐殖質及有機質含量高，對荷載大、承載力要求高、沉降敏感的拌和樓、灰罐、風冷料倉基礎，其工程地質條件較差。

3.PHC管樁方案論證

拌和系統工期要求僅2.5個月。基礎工期時間只有0.5～1個月，工期非常緊張。原設計采用“整板基礎+柱”結構形式，工期長，覆蓋層淤泥承載力難以滿足要求，不能作為建筑天然地基，為了確保項目建筑物的安全，建筑物基礎必須采用較為安全且經濟的結構形式。

綜合對比換填、水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁、PHC管樁基礎等多種方案，論證研究結果為：對于一般工程荷載較小的基礎采用天然地基淺基礎，對于部分基礎荷載較大的采用預應力砼管樁基礎處理;經過方案論證研究比較，考慮到錘擊PHC 管樁具有工期短，準備期及檢測驗收占用直線工期少、質量可控等優點， 比選選定錘擊PHC 管樁的特殊地質基礎處理方案。即采用“PHC管樁+承臺”設計方案施工。

4.單樁承載力設計及試驗

4.1單樁承載力設計研究

膠凝材料罐基礎根據立柱形式環形布置，風冷料倉及拌和樓基礎矩形布置。根據上部荷載樁頂作用效應計算，膠凝材料罐、拌和樓、風冷料倉基礎軸心力作用下單樁豎向承載力設計值分別為930KN、800KN、900KN;偏心力作用下單樁豎向承載力設計值分別為970KN、930KN、980KN。根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008），膠凝材料罐、拌和樓、風冷料倉基礎均在回填區基礎上，不考慮承臺效應作用，要求的單樁豎向極限承載力標準值分別不小于1860KN、1600KN、1800KN。綜合考慮場地條件以及一定技術儲備， 建議本工程膠凝材料罐、拌和樓、風冷料倉基礎單樁豎向極限承載力標準值取1860KN、1600KN、1800KN，相應的樁型號取為PHC400-95AB，樁長度根據持力層深度、回填區深度分別取為20米、16米、18米。膠凝材料罐及風冷料倉樁基礎布置見圖1、2。拌和樓基礎樁布置與風冷料倉矩形布置相似。

4.2 試樁情況及靜載試驗結果

本工程拌和系統場地原狀地形高差起伏大，臨建工程地質勘察鉆孔布置稀疏，單樁承載能力參數可能存在偏差，需要對樁基礎設計進行研究和優化，否則施工中可能出現較多截樁、甚至承載能力不足等問題，可能存在結構安全隱患。因此，需要根據本拌和系統建設場地軟弱土層條件，結合試樁結果校核單樁承載力，編制了試樁方案。

試樁施工工藝程序如下：樁機安裝→調試→就位→垂直度調整→起吊預制樁→試打1-2擊→測樁位偏移及調整→正式打樁→接樁→送樁→測貫入度→下一樁位。

試樁具體施工工藝流程如下：

樁位定位：測量員使用全站儀測設樁位。

樁機就位：場地平整后吊車安裝就位，場地承載力不足的地基上宜加鋪道路路面板、換填碾壓等措施，以增大承載力。

復核樁位：技術人員對樁位進行復測、校核，其偏差滿足規范要求。

質檢驗收：實行三檢制，質檢工程師對進場的管樁逐根進行檢查驗收;

記錄標記：為便于施工員記錄貫入度，打樁前在管樁側面刻畫長度刻度線。

插樁：施工員配合吊車或者樁機起吊裝置安排吊裝，緩慢移至樁位并插入土中，施工員檢查管樁的垂直度、樁基的水平度滿足要求后開始打樁。

打樁：PHC管樁一般下沉量隨打入深度逐漸減少，起錘高度需要逐漸增加。做好記錄。隨時檢查樁錘、樁帽、樁身軸線，確保在同一軸線上，偏差超過時及時調整。

貫入度控制：貫入度是確定樁基承載力的重要參數。需要特別注意最后三陣的貫入度、以及最后1.0米的錘擊數量，檢查貫入度滿足規范及設計要求。

本項目在膠凝材料罐基礎布置了試驗樁。試驗單樁極限承載承載力靜載試驗結果均大于1900KN以上。試驗結果滿足設計及規范要求。

5.沉降結果及技術分析

5.1沉降觀測結果

根據基礎的結構形式，膠凝材料罐、拌和樓、風冷料倉分別布置了6個、4個、4個沉降觀測點。觀測點布置在地面樁承臺地面以上。沉降觀測要求：剛開始使用過程每天觀測一次，一個月后每周觀測一次，半年后每月觀測一次，至沉降穩定。該工程已經正常運行4年，經歷了4個雨季，根據觀測施工過程及工程全面完工后的工程沉陷觀測記錄，最后沉降結果為：最大沉降11mm，沉降差約為4mm，沉降量比較均勻且沉降大小滿足設計及相關規范的要求，基本處于穩定狀態，使用情況良好。

5.2技術分析

該工程采用PHC 管樁加整板承臺基礎，優化了工程結構設計，節約了工期1個月以上，PHC管樁施工速度快，一般情況下錘擊入一根管樁僅需十幾分鐘，一個基礎僅需要1～2天就可以完成，總計10天左右有效時間就完成了拌和系統樁基礎施工，確保了拌和系統2.5個月內完成建設、調試并投產，獲取了良好的技術經濟效益和社會效益。

6.結語

本文結合實際工程， 針對軟土地基復雜地質條件下，優化荷載較大的建筑物基礎設計方案，采用“管樁+承臺”的方案，大大縮短工期，管樁基礎打樁簡便、工程費用低、驗收簡單， 占用直線工期短， 適應性廣， 目前在國內水利水電工程拌和系統臨建基礎設計中應用較少，在進行大藤峽拌和系統軟基基礎設計中將之應用于大藤峽拌和系統軟基處理工程， 管樁基礎比傳統基礎設計有著明顯的經濟和技術優越性，經過4個雨季及沉降觀測，該系統運行基礎可靠，“PHC管樁+承臺”設計方案是科學合理可靠的。

該設計方案發揮了工程成本低、施工速度快、單樁豎向承載能力高、耐打性能好、施工簡便、質量可控、驗收簡便等方面的優勢。隨著水利項目應用樁基礎案例及經驗積累， 大藤峽水利樞紐工程拌和樓基礎在特殊的軟弱地質條件下成功應用管樁基礎的經驗可供類似軟弱地基基礎工程中借鑒參考。

參考文獻：

[1]趙永華，雷丹.復雜地層條件下PHC管樁的施工技術與管理.工程勘察2016年增刊第2期.