委内瑞拉中央电厂6#机桩基方案与成桩工艺探讨

2019-01-12陈保家

中华建设 2019年1期

陈保家

一、工程概况

委内瑞拉中央电厂是委内瑞拉目前最大的火力发电厂(重油)，现有5台400MW等级机组，本期拟在原5号机组南侧扩建一台600MW机组(即6号机组)。该电厂通过El Isiro (Edo. Falcón)， Cabudare (Edo. Lara) 和la Arenosa(Edo. Carabobo)等变电站向全国供电。

二、工程场地岩土工程条件

1. 地形地貌

工程场地位于莫龙河湾与三冲河冲积平原相接地带，南部与Seaboard山脉相连，北邻加勒比海，属海岸平原地貌，其原始地面缓缓倾向大海。拟建场地现已整平，地形平坦，一般地面标高2.24～4.76m。

2. 地基岩土构成

根据本项目岩土工程勘测报告（施工图设计阶段，编号40-F6251S-G0101-01），勘探深度范围内揭露出的地基岩土层由上而下分述于下：

（1）层杂填土，结构较松散；（2）层珊瑚礁，中等风化状，局部间夹薄层粉砂；（3）层粉砂，根据该层密实程度的差异，将其划分为3个亚层，即（3-1）层，饱和、松散～稍密。（3-2）层，饱和、中密。（3-3）层，饱和、密实。总体上看，此3个亚层交替分布；（4）层粘土,湿、可塑状态；（5）层粉土,根据该层密实程度的差异，将其划分为2个亚层，即（5-1）层，饱和、稍密和（5-2）层，饱和、中密；（6）层中粗砂,饱和、密实；（7）层粉细砂,饱和、密实；（8）层粉质粘土,稍湿、坚硬状态；（9）层砾岩，中等风化。该层呈透镜体状零星分布；（10）层泥质砂岩,根据该层的风化程度，将其划分为2个亚层，即（10-1）层强风化泥质砂岩和（10-2）层中等风化泥质砂岩。

3. 地下水条件

根据现场调查与钻孔揭露，拟建场地地下水主要为埋藏于上部粉砂层中的孔隙潜水，水位变化幅度较小，勘测期间一般水位埋深2.00m左右，水量较为丰富。由于拟建场地北距加勒比海较近，地下水与海水具一定的水力联系。该层地下水主要接受大气降水、地表水和侧向径流补给，以大气蒸发和向大海方向的侧向径流为其主要排泄方式。

三、场地地震参数与地震效应

根据委内瑞拉地震区划图，工程场地地震动峰值加速度为0.30g，相应的地震基本烈度为Ⅷ度，属高烈度地震区。地基土中分布的（3-1）、（3-2）层粉砂和（5-1）、（5-2）层粉土在地震作用下，绝大部分具液化的可能，其液化等级以严重为主，中等次之，仅个别孔为轻微。

四、桩基方案分析与建议

1. 基础型式建议

由于本工程机组容量较大(600MW)，荷重较大，对单桩承载力要求较高。根据工程场地地基土构成及各地基岩土层的岩土工程特性，表层杂填土建筑性能差，上部（3-1）、（3-2）层粉砂和（5-1）、（5-2）层粉土存在地震液化的可能性，因此，不具备采用天然地基的条件，故建议采用桩基础，桩端持力层宜采用（10-1）或（10-2）层。

2.桩基方案分析与建议

根据场地岩土工程条件与建筑环境，拟建建筑物基础不适宜采用打入桩或其它类型的挤土桩(如夯扩桩)，其原因归纳如下：

（1）表层杂填土层中有大块石、大混凝土块、废铁和水泥砂浆垫层，打入式桩一旦遇到，将很难穿透；

（2）局部地段珊瑚礁分布厚度较大，打入桩难以穿透；

（3）打入桩难以穿透（6）层、（7）层、（8）层和（9）层，尤其是大机组电厂的密集群桩挤土效应更易造成沉桩困难；

（4）由于本期为扩建场地，距前期运行机组较近(22.5m)，若采用打入桩，打桩施工振动对已有机组精密仪器仪表的运行可能产生不利影响。

为了保证施工的穿透能力、保证大机组电厂对单桩承载力的要求、减小施工振动对已有机组的影响，采用大直径非挤土灌注桩较为适宜，故建议采用旋挖成孔灌注桩与冲击成孔灌注桩或回转钻进成孔灌注桩相结合的桩基方案为宜，在杂填土层、珊瑚礁和砾岩分布厚度较大的地段宜采用冲击成孔灌注桩或回转钻进成孔灌注桩，其余地段宜采用旋挖成孔灌注桩。根据场地地基土的岩土工程特性，宜选用（10-1）或（10-2）层作为桩端持力层。

五、桩基原体试验

1. 试验方案

本次共布置两组钻孔灌注试桩，第一组试桩由3根试桩（SZ1-SZ3）和8根锚桩（MZ1-MZ8）组成，布置在主厂房区域，试桩和锚桩直径均为800mm；第二组试桩由3根试桩（SZ4-SZ6）和8根锚桩（MZ9-MZ16）组成，布置在烟囱区域，试桩和锚桩直径均为600mm。

本次试桩和锚桩均为泥浆护壁的旋挖钻孔灌注桩，在开孔时，使用长为4m的钢护筒（护筒直径分别为1000mm和800mm，对应直径是800mm和600mm的桩）作为护筒，采用正循环工艺清除孔底沉渣。

2.单桩竖向抗压静载试验

（1）第一组试桩（SZ1～SZ3）

根据试验结果，SZ1、SZ2和SZ3的极限承载力分别为9000kN、6000kN和7500kN。

（2）第二组试桩（SZ4～SZ6）

根据试验结果，该组试桩的极限承载力可取5400kN。

由于第二组桩的等效直径变大到700mm，已无法完全准确反映600mm桩的极限承载力，因此，在综合专家意见的基础上，建议在工程桩设计时，烟囱区域钻孔灌注桩的直径由600mm改成800mm。

3.单桩竖向抗压静载试验结果分析

通过单桩竖向抗压静载试验结果分析可知：

第一组三根试桩（SZ1、SZ2、SZ3）的极限承载力不均匀，极差（3000kN）超过了平均值（7500kN）的30%，结合现场的施工情况，分析认为出现这种情况的原因主要是由于采用正循环清孔导致清孔质量不稳定，相对来说SZ2和SZ3孔底沉渣相对SZ1厚，从而影响了桩端承载力发挥。

第二组试桩的极限承载力的发挥相对于第一组试桩而言偏高，结合现场的施工情况，分析认为主要有以下两个方面的原因：

（1）充盈系数大

根据第二组桩的混凝土充盈系数可知，其充盈系数已达到1.4，等效桩径约700mm。出现这种现象的原因为第二组桩孔径相对较小，但在采用旋挖工艺进行成孔时，在提钻过程中600mm桩相对800mm桩产生的抽真空压度大，孔壁垮孔现象相对严重，从而使桩径变大，因此，600mm直径的桩基承载力相对偏高。

（2）孔底沉渣清除效果较好

采用正循环清孔时，当桩径较小时，导管外壁与孔壁之间的过水断面相对较小，在一定的注入流量下，小直径的桩比大直径的桩拥有更小的过水断面，从而可以获得更高的上返流速，提高了清除孔底沉渣的效果。

六、成桩工艺的选择

根据桩基原体试验结果，在拟建场地的岩土工程条件下，采用泥浆护壁的旋挖钻孔灌注桩是可行的。

根据以上对单桩竖向抗压静载试验结果的分析，在采用泥浆护壁的旋挖钻孔灌注桩时，清孔质量的不稳定、孔底沉渣的厚度对桩基承载力的影响较大，特别是对桩端承载力发挥影响尤为明显，故为保证桩基的质量，建议采用反循环清孔工艺，以确保清孔质量，控制好孔底沉渣厚度，确保桩基承载力特别是桩端承载力的发挥。成孔后应及时浇灌混凝土，并保证混凝土超灌量。