PHC管桩在2×1000 MW火力发电工程中的应用

2017-12-20张志伟仇果许琛

地质装备 2017年6期

关键词：管桩工程检测

张志伟，仇果，许琛

(北京振冲工程股份有限公司，北京 100102)

PHC管桩在2×1000MW火力发电工程中的应用

张志伟，仇果，许琛

(北京振冲工程股份有限公司，北京 100102)

国电泰州电厂一期工程是国家“十一五”重点建设项目，是国电集团公司首台百万等级的火电机组建设项目，规划装机总容量为4000 MW，其中一期工程建设2台1000 MW超超临界燃煤机组。国电泰州电厂一期2×1000 MW机组主厂房B标段PHC管桩桩基工程目前已全部完工，经高、低应变检测表明桩体质量均满足设计要求，为以后PHC管桩桩基工程在大机组火力发电厂施工中提供了有益的实践经验。

PHC管桩；焊缝探伤检测；高低应变检测

1 工程概况

本项工程为泰州电厂一期工程，根据国家发改委的项目建议书批复，本期建设规模为2×1000 MW燃煤机组及相应的生产辅助、附属设施，并预留扩建的2台2×1000 MW机组。国电泰州电厂一期2×1000 MW机组主厂房B标段桩基工程施工区域包括烟囱、2#锅炉房、2#煤仓间、2#汽机房、2#电除尘、2#烟道支架、2#送风机、2#引风机、除灰控制楼。本文就具体工程施工介绍了PHC管桩施工的应用技术，分析和总结了PHC管桩在1000 MW超超临界燃煤机组发电工程中的设计与施工特点，重点介绍了PHC管桩施工中所遇到的一些问题以及解决这些问题的具体措施。

2 工程地质条件

2.1 地理位置

拟选址位于泰州市永安洲镇北福沙村，北距泰州市中心约30 km，属于长江三角洲冲击平原的河漫滩地，沿岸的长江大堤较为顺直，大堤内多为耕地及民房，选址地通水陆运输。

2.2 地基土的构成和特征

拟选厂址区属长江三角洲冲积平原的河漫滩，地形平坦，地貌单一，地面标高约为3.5 m(1985年国家高程系统)，附近无基岩出露。为第四系地层所覆盖，根据现场勘察资料，地层从上至下描述见表1。

表1 地基土汇总表

2.2 水文地质条件

厂址区域地下水类型主要为松散岩类孔隙水，可分为潜水和承压水，地表水与地下水关系密切，两者呈互补关系。潜水主要接受大气降水的补给，消耗于蒸发，或以径流形式排泄于长江，在天然情况下水平运动迟缓属于垂直补给蒸发型。承压水埋藏较深，由于无连续稳定的隔水层，故与浅层水有直接水力联系，其补给来源主要有上部潜水的越流补给及长江水侧向补给；区内承压含水层颗粒较粗、厚度较大、渗透性好，因此，其径流条件好但地下水水力坡度很小，所以在自然条件下水平径流十分微弱。其水位主要受大气降水和地表水水体的影响，呈季节性变化。本次勘测期间地下水稳定水位为0.3～1.3 m。场地环境类型为II类。

3 设计要求及主要工程特点

3.1 设计要求

(1)预应力混凝土管桩为PHC 600 AB 110型﹑PHC 600 B 130型和PHC 500 AB 100型三种规格。

(2)采用锤击沉桩法，入土深度约为50 m和39 m左右，达到持力层⑦2粉细砂层和⑥层。

(3)各部位根据设计要求进行送桩，深度约2～7 m。

3.2 主要工程特点

(1)本工程工期短、工程量大，主导施工机具均采用日本进口全液压履带式打桩机械。

(2)单桩长度最长的为49 m，送桩深度最深的为8.7 m，桩入持力层⑦2粉细砂层2 m，该层标贯击数为49.9击。

(3)为了加快超孔隙水压力的消散，加快土体固结，施工需在地基土中插设塑料排水板，以消散由打桩引起的超孔隙水压力。

(4)由于送桩深度比较深，地下水位比较浅，打完桩后需要及时回填，且回填工作量大。

(5)根据地质资料，本工程砂层较厚，桩基须穿透砂层，给沉桩施工带来较大难度，拟采用D100或D80型筒式柴油锤打入。

(6)施工期间为台风多发季节，降水量较大，给重装设备的运行及场地道路、施工作业面的维护带来困难。

4 PHC管桩施工

4.1 施工工艺流程

本工程参照执行下列有关规范、规程、标准、图纸、报告：①《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)，②《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)，③《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB 50300—2001)，④《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50200—2002)。本工程施工流程如图1所示。

图1 PHC管桩施工工艺流程图

4.2 施工方案的实行

4.2.1 主要施工机械设备的选配

(1)打桩机械

本工程投用七台三点支架全液压履带式打桩机施工，桩机型号是日产DH508两台、DH558、PD100、DH408、PD9、PD90各一台，桩机挺杆长度拼装24～27 m，沉桩选用筒式柴油锤具体配置采用D100桩锤2只、D80桩锤4只、D62桩锤1只。

(2)运输供桩和喂桩机械

现场喂桩选用25～50 t履带式吊机，现场桩节倒运采用40 t平板车，装卸采用25～50 t履带式吊机和25 t汽车吊。

(3)焊接设备

管桩焊接选用半自动CO2气体保护焊机。

4.2.2 施工工艺

本工程中的多个区域施工各有其设计与地质条件特点，本文结合已经开挖验收后的烟囱施工区域作一个详细的施工过程介绍。烟囱区域管桩设计以圆环形状布置，管桩规格型号为PHC 600 B 130型桩，桩长49 m，桩顶标高-4.7 m，送桩深度3.45 m，施工桩数239根。排水板施工机具采用液压式履带插扳机，管桩施工采用日产DH508两台设备从烟囱中心位置向外施工。烟囱区域的地质条件相对比较复杂，管桩施工要穿过④1粉砂、⑤粉砂、⑦1粉砂，进入⑦2粉细砂2 m。

(1)塑料排水板的施工

烟囱区域塑料排水板是以烟囱中心为圆心的多个圆环布置，布置在管桩的周围，与管桩中心的间距约为1.5 m，塑料排水板的设计长度为15 m，材质为B型板，烟囱区域共计329根，在施工过程中，塑料板与桩尖连接牢固，避免了提管时脱开将塑料板带出。桩尖与导管配合适当，避免了错缝，防止了淤泥进入而增大塑料板与导管壁的摩擦力造成塑料板带出。严格控制间距和深度，凡塑料板被带上2 m的均作废并进行补打。塑料板需接长时，采用滤膜内水平搭接的连接方法，为保证输水畅通并且有足够的搭接强度，搭接长度不小于20 cm。

(2)下桩

根据沉桩流程安排要求，由吊车将管桩驳至桩位附近，桩机就位后起锤，吊车给管桩套上桩帽，将管桩吊起喂进笼口，调节桩架位置，使桩尖对准样桩，由两台经纬仪十字交会校核桩位并控制其垂直度，待桩身稳定后，放下桩锤，压桩下沉，直至稳定并满足垂直度要求后，开油门锤击。开始锤击时锤的能量应控制在1～2挡范围或空锤试击、重锤轻击。

(3)电焊接桩

当下节桩沉至离地面约0.8～1.0 m时，停止锤击，将待接的上节桩吊起与下节桩对位后进行焊接，接桩时在下节桩顶上临时点焊两块挡板以利于待接桩就位，对接精度控制在上下节桩轴线错位不大于2 mm以内，节点弯曲矢高不大于1‰桩长，且不大于2 mm，下节桩若倾斜，上节桩仍对准其轴线，不得调整桩身垂直度，保证上下节桩之间间隙密实。

(4)送桩

当上节桩沉至离地面0.6～0.8 m时停锤，套上送桩杆，调节桩架，使送桩杆帽与桩顶接触平实，送桩杆与桩轴线成一直线后开锤送桩，直至达到桩顶设计标高。施工前在送桩杆上刻长度标志，便于桩顶标高控制。沉桩及送桩过程中，测量工应始终通过仪器观测桩的入土情况，并记录锤击数，计算每米贯入度及停锤前最后三振(30击)的平均贯入度。桩顶标高由S3水准仪测量控制。

(5)回填

送桩至设计标高后，停锤移桩机，由吊车拔送桩杆，并及时回填送桩孔。桩坑的回填是保证现场场地平整和施工安全的一个很重要的步骤，必须做到足够的重视。采用蛇皮袋成袋装土，在送桩杆拔起后及时丢进管桩的顶口处(桩端的法兰盘)以堵住管桩口，每个孔丢两袋保证将管桩口堵住，然后将桩坑周围土回填拔平。

(6)回填烟囱施工中遇到的问题

烟囱施工是从2005年7月13日上午开始施工，前两天施工的115、129、141、114、170、151六根桩的平均总击数约为2200击，平均送桩击数约为1000击，每根桩的施工总施工时间为2 h，最后贯入度为3 cm以内。在接下来的几天，施工情况跟上述一致，我公司结合以往的施工经验和地质勘查报告，请检测单位对该区域的桩进行高应变随机跟踪检测(检测到的承载力数据大于设计要求)，并将有监理见证的详细施工情况上报给业主与设计院，设计根据施工实际情况和该区域的地质特征(⑦2粉细砂层起伏较大)，将设计桩长减少2 m，并同时对减少2 m后桩进行高应变检测，检测得到的承载力数据同样满足设计要求，后来的施工情况体现了减少2 m后的桩提高了施工效率、保证了施工质量。

4.3 施工质量的控制

4.3.1 建立质量管理制度

施工过程中，项目部建立严格质量控制制度，明确责任分工：①项目经理首先将本工程的人员、材料、设备、工艺方法和施工环境等五个方面的因素有效的控制进行，确保工程投入的质量，也就是前提条件要确保质量，以此来保证每道工序质量的稳定。②设专职施工员，布置落实有关的施工工序与技术质量要求。③设专职质检员，质检员是工序管理的直接检查与控制者，办理工序质量的具体业务，不得设兼职人员，更不得与施工员混岗，人数的配备与生产规模相适应。④加强质量检验和隐蔽工程签证制度，对每道工序实行操作者、班组长和质检员三者百分之百的检查，工程技术部抽查的制度。⑤工程技术部应及时掌握质量动态，一旦发现问题随即研究处理，隐蔽工程验收必须严格遵循上道工序不合格不能进入下道工序的原则。⑥关键部位或薄弱环节设置工序质量控制点、质量控制点的检查必须经专职质检员检验合格。

4.3.2 原材料质检

原材料进场，对于进入现场的成品桩，我们由质检员进行质量验收。不符合质量标准的坚决给予退回。验收合格的统一编号，并报送监理工程师复检确认合格后方准使用。接桩焊接材料我们采用经检测合格的优质的CO2气体保护焊条，确保焊接质量。

4.3.3 测量定位

首先有技术负责人组织测量人员对图纸进行仔细审读，依据业主交付的高级控制点对桩位进行施测。报监理工程师复查，桩位偏差不得大于规范要求。

4.3.4 桩身垂直度控制

利用两台经纬仪成90°夹角对桩身垂直度进行严格控制。在锤击前锤头、桩帽及桩身不偏心保持在同一垂线上，避免了因桩身受力不均匀而受损。

4.3.5 跟踪检测

在沉桩作业中，由检测公司人员对重要施工区域的接桩焊口按10%进行探伤检测，检测区域及检测数量如表2所示。

表2 焊缝检测统计表

桩基检测单位所做的高应变也随着施工进行，并把检测结果及时反馈给施工单位，使我们随时了解到沉桩质量情况，并对施工中有问题的桩进行各方面分析，然后上报业主，由设计院确定最终的解决方案。

4.3.6 标高控制

标高控制作为沉桩工作的最后一道工序非常重要，每个作业机组有一人专门负责桩顶标高控制，事先根据业主交付的水准点及桩顶设计标高，计算好送桩杆的所需刻度，利用水准仪观测锤击至标高。

5 施工质量检测

5.1 现场检测

5.1.1 检测目的

(1)检测单桩竖向抗压承载力；

(2)检测桩身结构完整性，判断桩身质量及缺损位置。

5.1.2 检测依据及原则

(1)执行标准

中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)；《国电泰州电厂一期工程施工图PHC桩高、低应变动测大纲》。

(2)检测桩数量及位置

检测数量为总桩数的5%，具体检测桩号由设计或监理指定，或按随即均匀布置原则抽取。

5.1.3 检测方法

现场工作时，将一对加速度、应变传感器组成一组传感器，两组传感器用螺丝固定再距桩头1～2D(D为桩身截面直径)处，两组传感器处于同一水平面内呈对称分布。锤击开始后，传感器将拾得的锤击信息传至PDA机内，加速度经积分变成速度随时间变化曲线，同时由应变传感器测得的应变，乘以桩的弹性模量E和截面积A，成为锤击力波随时间变化的曲线，现场即可用CASE法对量测信息作初步分析，同时将信息存储在PDA机内存储器上，室内作进一步分析计算。

5.2 检测结果的分析和判断

5.2.1 计算方法

高应变动测试验资料的分析方法采用CASE法和实测曲线拟合法(CAPWAP)。根据动力学原理，桩在冲击力的作用下，桩身材料中产生压应变、质点振动和应变的传播；同时产生桩身相对于桩周围土体的位移，通过安装在桩身上的一对应变传感器和加速度传感器，采集到随时间变化该桩身应变和桩身各部分质点振动速度的曲线，该曲线包含着两方面的信息：锤对桩的激励信息和桩-土体系对锤激励的响应信息。分析研究这些信息，就能达到确定桩的完整性和单桩极限承载力的目的。承载力分析计算采用CAPWAP-C程序，该程序的特点是采用连续数学模型，根据场地地质情况、桩基特征及经验，设定桩身各单元处土阻力、阻尼和弹限等参数建立土阻力模型，迭代求解波动力方程—即拟和。

5.2.2 检测结果

根据检测大纲，在烟囱、锅炉房、汽机房各布置了3根复打桩，对这9根桩的初打、复打数据均进行了CAPWAP分析，采集各种检测桩的数据然后使用CAPWAP-C程序拟和、计算，成果汇总在表3～表5所示。

烟囱72#、220#桩的初打数据由于不是沉桩时测得，故其恢复系数不用作平均。其余7根桩的恢复系数平均值为1.84，取1.80为本工程桩以⑦2粉细砂为桩端持力层的PHC桩的恢复系数。9根桩初打桩端土阻力占承载力的比例平均为28%，复打为22%。沉桩时桩身应力大小在桩身强度容许范围之内。沉桩时锤击能量在70～160 kJ之间，一般在110 kJ左右，能量大小属于正常范围。