PHC管桩在大藤峡水利枢纽软弱地质条件的应用

陆振尚

摘 要：大藤峡水利枢纽拌和系统的胶凝材料罐基础、风冷料仓基础、拌和楼基础荷载大，变形要求高，但是其基础为软弱土，承载力及沉降均不能满足要求。针对不良的特殊地质条件，为满足规范要求，在拌和系统设计中，研究采取了PHC管桩基础，取得了较好的效果。

关键词：PHC管桩 大藤峡水利枢 软弱地质条件 研究

预应力高强混凝土管桩（PHC管桩）桩基础是水利水电工程中应用非常广泛的基础形式之一， 具有工程成本低、施工速度快、单桩竖向承载能力高、耐打性能好、施工简便、质量可控等方面诸多优点， 在淤泥质等软弱土地区被广泛采用。

1.工程概况

大藤峡水利枢纽工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，坝址在广西桂平市黔江彩虹桥上游6.6km处。是一座以防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用的流域关键性工程。水库正常蓄水位61m，汛限水位47.6m，死水位47.6m，总库容34.79×108m3，总装机容量1600MW，工程规模为Ⅰ等大（1）型工程。枢纽建筑物主要包括泄水、发电、通航、挡水、灌溉取水及过鱼建筑物等。

大藤峡水利枢纽混凝土生产系统布置1座2×3.0m3强制式混凝土拌和楼，1座4×4.5m3自落式混凝土拌和楼。系统内布置有6个储存罐，其中4个1500t储罐用于储存水泥，可储存水泥量为6000t;2个1000t储罐用于储存煤灰，可储存煤灰2000t。风冷料仓截面为20m×6m，高16.5米。

2.地质条件

拌和系统场地为大藤峡水利枢纽左岸Ⅰ级阶地，地形整体较平坦，地面高程一般39m～42m。Ⅰ级阶地覆盖层厚度一般为16m～20m，最大厚度25m。主要为冲洪积物（Q4pal）和坡残积物（Q4edl）。风冷料仓位置为鱼塘，胶凝材料罐及拌和楼基础为冲沟，底部覆盖层表面为淤泥状黏土，建筑物规划地表处于低洼地带，终年潮湿积水，生长大量的喜水性植物。淤泥质软土含水量大、压缩系数高、承载力底，腐殖质及有机质含量高，对荷载大、承载力要求高、沉降敏感的拌和楼、灰罐、风冷料仓基础，其工程地质条件较差。

3.PHC管桩方案论证

拌和系统工期要求仅2.5个月。基础工期时间只有0.5～1个月，工期非常紧张。原设计采用“整板基础+柱”结构形式，工期长，覆盖层淤泥承载力难以满足要求，不能作为建筑天然地基，为了确保项目建筑物的安全，建筑物基础必须采用较为安全且经济的结构形式。

综合对比换填、水泥搅拌桩、钻孔灌注桩、PHC管桩基础等多种方案，论证研究结果为：对于一般工程荷载较小的基础采用天然地基浅基础，对于部分基础荷载较大的采用预应力砼管桩基础处理;经过方案论证研究比较，考虑到锤击PHC 管桩具有工期短，准备期及检测验收占用直线工期少、质量可控等优点， 比选选定锤击PHC 管桩的特殊地质基础处理方案。即采用“PHC管桩+承台”设计方案施工。

4.单桩承载力设计及试验

4.1单桩承载力设计研究

胶凝材料罐基础根据立柱形式环形布置，风冷料仓及拌和楼基础矩形布置。根据上部荷载桩顶作用效应计算，胶凝材料罐、拌和楼、风冷料仓基础轴心力作用下单桩竖向承载力设计值分别为930KN、800KN、900KN;偏心力作用下单桩竖向承载力设计值分别为970KN、930KN、980KN。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），胶凝材料罐、拌和楼、风冷料仓基础均在回填区基础上，不考虑承台效应作用，要求的单桩竖向极限承载力标准值分别不小于1860KN、1600KN、1800KN。综合考虑场地条件以及一定技术储备， 建议本工程胶凝材料罐、拌和楼、风冷料仓基础单桩竖向极限承载力标准值取1860KN、1600KN、1800KN，相应的桩型号取为PHC400-95AB，桩长度根据持力层深度、回填区深度分别取为20米、16米、18米。胶凝材料罐及风冷料仓桩基础布置见图1、2。拌和楼基础桩布置与风冷料仓矩形布置相似。

4.2 试桩情况及静载试验结果

本工程拌和系统场地原状地形高差起伏大，临建工程地质勘察钻孔布置稀疏，单桩承载能力参数可能存在偏差，需要对桩基础设计进行研究和优化，否则施工中可能出现较多截桩、甚至承载能力不足等问题，可能存在结构安全隐患。因此，需要根据本拌和系统建设场地软弱土层条件，结合试桩结果校核单桩承载力，编制了试桩方案。

试桩施工工艺程序如下：桩机安装→调试→就位→垂直度调整→起吊预制桩→试打1-2击→测桩位偏移及调整→正式打桩→接桩→送桩→测贯入度→下一桩位。

试桩具体施工工艺流程如下：

桩位定位：测量员使用全站仪测设桩位。

桩机就位：场地平整后吊车安装就位，场地承载力不足的地基上宜加铺道路路面板、换填碾压等措施，以增大承载力。

复核桩位：技术人员对桩位进行复测、校核，其偏差满足规范要求。

质检验收：实行三检制，质检工程师对进场的管桩逐根进行检查验收;

记录标记：为便于施工员记录贯入度，打桩前在管桩侧面刻画长度刻度线。

插桩：施工员配合吊车或者桩机起吊装置安排吊装，缓慢移至桩位并插入土中，施工员检查管桩的垂直度、桩基的水平度满足要求后开始打桩。

打桩：PHC管桩一般下沉量随打入深度逐渐减少，起锤高度需要逐渐增加。做好记录。随时检查桩锤、桩帽、桩身轴线，确保在同一轴线上，偏差超过时及时调整。

贯入度控制：贯入度是确定桩基承载力的重要参数。需要特别注意最后三阵的贯入度、以及最后1.0米的锤击数量，检查贯入度满足规范及设计要求。

本项目在胶凝材料罐基础布置了试验桩。试验单桩极限承载承载力静载试验结果均大于1900KN以上。试验结果满足设计及规范要求。

5.沉降结果及技术分析

5.1沉降观测结果

根据基础的结构形式，胶凝材料罐、拌和楼、风冷料仓分别布置了6个、4个、4个沉降观测点。观测点布置在地面桩承台地面以上。沉降观测要求：刚开始使用过程每天观测一次，一个月后每周观测一次，半年后每月观测一次，至沉降稳定。该工程已经正常运行4年，经历了4个雨季，根据观测施工过程及工程全面完工后的工程沉陷观测记录，最后沉降结果为：最大沉降11mm，沉降差约为4mm，沉降量比较均匀且沉降大小满足设计及相关规范的要求，基本处于稳定状态，使用情况良好。

5.2技术分析

该工程采用PHC 管桩加整板承台基础，优化了工程结构设计，节约了工期1个月以上，PHC管桩施工速度快，一般情况下锤击入一根管桩仅需十几分钟，一个基础仅需要1～2天就可以完成，总计10天左右有效时间就完成了拌和系统桩基础施工，确保了拌和系统2.5个月内完成建设、调试并投产，获取了良好的技术经济效益和社会效益。

6.结语

本文结合实际工程， 针对软土地基复杂地质条件下，优化荷载较大的建筑物基础设计方案，采用“管桩+承台”的方案，大大缩短工期，管桩基础打桩简便、工程费用低、验收简单， 占用直线工期短， 適应性广， 目前在国内水利水电工程拌和系统临建基础设计中应用较少，在进行大藤峡拌和系统软基基础设计中将之应用于大藤峡拌和系统软基处理工程， 管桩基础比传统基础设计有着明显的经济和技术优越性，经过4个雨季及沉降观测，该系统运行基础可靠，“PHC管桩+承台”设计方案是科学合理可靠的。

该设计方案发挥了工程成本低、施工速度快、单桩竖向承载能力高、耐打性能好、施工简便、质量可控、验收简便等方面的优势。随着水利项目应用桩基础案例及经验积累， 大藤峡水利枢纽工程拌和楼基础在特殊的软弱地质条件下成功应用管桩基础的经验可供类似软弱地基基础工程中借鉴参考。

参考文献：

[1]赵永华，雷丹.复杂地层条件下PHC管桩的施工技术与管理.工程勘察2016年增刊第2期.