国电常州电厂复杂地质条件下的PHC管桩施工工艺

刘怀平

摘 要：国电常州电厂位于常州市北郊18km的圩塘境内，一期工程为2×600MW国产超临界凝汽式燃煤发电机组。当地地质条件极为复杂，较为稳妥及常用的地基处理方式是灌注桩施工，但工期长，费用高。初步设计决定采用PHC高强预应力管桩作为地基处理的主要形式，但在常州地区类似地质条件下从未成功施工过PHC管桩，施工难度极大，断桩率很高，无法满足施工及质量要求。但考虑PHC管桩施工进度、造价等方面的优势，决定在施工工艺上下功夫解决保证PHC管桩的施工质量。在烟囱基础打桩时进行试验，在获得成功后，在全厂范围内推广。

关键词：复杂地质条件；PHC管桩；施工工艺

1 施工工艺

桩型为PHC-AB600-110，每根桩分3节，持力层为⑧号粉砂层。其中烟囱区域171根，桩长33～37m，桩顶入土深度2～5m。主厂房及集控楼共计2512根，桩长多为34m，35m。用全液压履带式打桩机配挂柴油锤进行锤击沉桩。

1.1 工艺流程

采取下面的施工流程：

定位→ 引孔→ 插桩→ 沉桩→ 接桩→ 沉桩→ 接桩→ 沉桩→ 送桩

1.2 操作要点

（1）施工前合理规划施工顺序，遵循由内而外的原则。若施工顺序不合理易造成封闭桩（即该桩周围的桩都施工完），这样沉桩时压力不能扩散，桩难以送到设计标高。

（2）引孔：在试桩过程中，发现桩身断裂很大程度上是在穿过⑤⑥⑦号土层过程中发生的（见地质剖面图）。特别是在穿过⑤号含有致密砂岩状的钙质强胶结物质的粉细砂层时，因此提出建议采用预引孔后锤击的施工方法，预先引孔穿过⑤号土层，请设计院对此工艺进行复核后确定引孔后对承载力不产生影响，因此确定采用引孔施工的施工工艺。在烟囱施工到第三根桩时产生断桩，经分析，发现断桩原因是引孔未完全穿透⑤號土层所致，最终确定引孔深度以穿过⑤号土层为标准。前期采用湿引孔，通过观察引孔带出的土质进行确认，后为加快施工进度引进新工艺采用干引孔，但无法再通过带出的土进行断定是否穿透⑤号土层。通过查阅地质资料，确认该地区⑤号土层深度在27.5m以内，仅有极个别的略为超过此深度，再结合引孔机的极限引孔深度，决定引孔深度统一为27.5m，能够满足施工工艺要求。另沉桩时桩易顺成孔方向沉入，不易调整，影响最终成桩质量。因此引孔时必须保证引孔的垂直度。湿引时引孔机采用挂线锤调整，干引孔因引孔机采用履带式引孔机，桩架高，故采用两台经纬仪成90度角调整垂直度。

图1 地质剖面图

（3）桩锤的选择：因⑥⑦号土层为硬塑土，再进入⑧号土层一定深度，沉桩时较为困难。若按规范选用能量较小的60锤易造成锤击数过高难以将桩打到设计标高，而桩在锤击数过高时易损坏。故选用DELMAG-80锤进行沉桩，但因D-80锤锤击能量高，易将桩打断，因此采用重锤轻击原则，控制好档位在2档以内，在桩贯入度到设计值时要控制档位在1档，既保证足够的锤击能量沉桩，减少了锤击数，又避免了能量过大将桩打断。

（4）桩内在质量：通过对试桩结果进行分析，发现桩质量不稳定是影响穿透⑤号土层的主要原因，特别是桩的强度。因本地的特殊地质条件，沉桩极为困难，锤击数太高，若桩的质量稍有不足都会造成断桩或桩头破碎。桩设计强度为C80，若不能从原材料、制作工艺多方面进行严格的控制，是难以达到此强度的。因此必须保证桩的强度。为进一步加强桩的粘结力，在桩两端1.5m范围内增加钢纤维，避免桩头受锤击而破碎。

（5）严格控制锤击能量：本工程采用D80型锤，严格控制锤击能量。根据PHC桩自身的强度情况，考虑到一定的偏心受力，锤击力应控制在7000kN左右，锤击能量应控制在60～90kJ左右。锤击力过大容易造成桩身损坏，锤击力过小可能造成锤击数过高或桩无法沉入到设计标高。对于D80锤而言，要达到上述的锤击力和锤击能量，并使锤击能量较均匀地作用到桩顶上，桩帽和桩顶的缓冲材料与厚度选择尤为重要。砧板厚度不小于8cm.。桩顶缓冲垫采用包装纸板，并且每根桩都重新更换，其缓冲作用优于硬木、橡胶等。

（6）垂直度：打桩前须调整桩锤、桩帽、桩身在同一直线上，且与桩架平行。桩打入的垂直度对成桩质量影响极大，因此需用两台经纬仪成90度角对桩身和桩架进行观测以保证桩基施工的垂直度。桩的第一节的垂直度对桩的最终垂直度影响极大，第一节桩若不垂直以后将无法进行调整。因此第一节桩竖起后，用经纬仪仔细校正，等完全垂直后才能沉桩。在沉桩过程中随时观察桩垂直度的变化，随时调整。沉桩时必须采取小落距，不可一下沉到位，中途必须暂停，等用经纬仪校正后方可继续向下沉桩。

（7）接桩焊接质量：桩对直后，焊接时由两名电焊工在桩两侧对称位置同时施焊，以防焊接应力不均而使桩身歪斜。焊缝质量要求：焊缝平顺、饱满，无裂缝，不能出现夹渣、气孔等不符合规范的缺陷。焊接时分三层四道堆积施焊，第一层打底，第二层分两道堆焊，第三层盖面，每层间的焊渣必须清除干净，方能再焊下一层。

（8）送桩：因桩顶标高低于地面2m～5m，因此需采用送桩器将桩送入土中。送桩时需调整送桩器与桩在同一直线上，否则易使桩头损坏，桩头损坏后就无法将桩继续施打至设计标高。送桩器是否与桩身顺直可通过施打过程中的声音和观察送桩器是否异常晃动来确定。

（9）停锤：必须严格遵循图纸设计停锤标准：①桩顶标高达到设计标高：最后贯入度小于6cm/10击即可停打；②桩顶标高未达到设计标高：高于设计标高0m～1.0m时，贯入度已小于10击3cm即可停打；高于设计标高1.0m～2.0m时，贯入度已小于10击2cm即可停打。③高于设计标高2.0m以上时，贯入度已小于10击2cm，此时需经高应变测定其承载力后可停打。

2 结束语

通过以上措施，加强对每道工序的严格把关，常州电厂施工的烟囱171根桩共断桩3根，主厂房和集控楼桩基2512根，共断桩25根，PHC管桩施工取得了成功，与灌注桩相比，大大加快了施工进度，降低了工程造价，打破了常州地区类似地质条件下从未施工过PHC高强预应力管桩的先例。

参考文献：

[1] 杜强.PHC管桩施工工艺[J].山西建筑，2010（1）：154～155.