山西某电厂黄土地层预应力高强混凝土管桩工程实践

严文根，方 军，刘晓东

（中机国能电力工程有限公司，上海200065）

1 某电厂厂区地层概况

某电厂厂址位于忻州市河曲县社梁乡境内，地貌上属于低山黄土梁，有冲沟发育。厂区地势北高南低，高差近50 m，施工图勘察前完成场地平整工作。整个厂址范围内场地出露地层主要是第四系全新统素填土和上、中更新统（Q3+2） 黄土（粉土），厚度为40～60 m，从上到下划分为4 个大层6 个亚层，各层土力学参数见表1。场地地下水位埋深大于50 m。

2 工程试桩

2.1 桩型选择

电厂对荷重较大的建（构） 筑物，目前桩基选型较多的是钻孔灌注桩和预应力高强混凝土PHC（prestressed high-strength concrete） 管桩。PHC 桩具有桩身质量可靠、施工速度快、成本经济等优点，但工程场地（3-1） 和（3-2） 粉土层局部含零星钙质、锰质结核物，沉桩会有一定难度。钻孔灌注桩无挤土效应，本场地施工质量也较易控制，但与PHC 桩比较单位造价太高。作为EPC 总承包项目，业主偏向于选择PHC 桩，重要建（构） 筑物可考虑采用d600 mm PHC 桩，次要建筑（构） 物可采用d500 mm PHC 桩。

2.2 试验区的选择

根据总平面布置，综合考虑场地复杂性及现场工程施工进度情况，在厂区内选择了两处试桩场地。试桩区1 位于生活污水泵房南侧，在厂区南边，当时为了不影响场内平整施工不得已选择该区，接近边坡，试桩采用d500 mm PHC 桩。试桩区2 位于烟囱边线南侧，位于厂区中央，挖方达到场地设计标高，桩型为d600 mm PHC 桩。考虑不影响烟囱工程桩施工，且满足水平静载试验提供反推力要求，桩位呈等边三角形布置。两处试桩区桩位布置见图1、图2。

表1 各土层力学参数推荐值

图1 试桩区1 桩位布置图（mm）

图2 试桩区2 桩位布置图（mm）

2.3 试桩内容

本次试验内容包括单桩竖向抗压静载试验、水平静载试验、动力检测等。有关工作量见表2。

表2 试桩试验内容及工作量表

表3 抗压静载试验

2.4 试桩结果

2.4.1 试桩区1 的抗压静载试验结果

试桩区1 的抗压静载试验见表3，水平静载试验见表4。

试桩区1 的单桩竖向静载试验结果远低于预估值。分析认为原因是该区原始地形为山腰，地面标高略高于设计厂坪标高，整平后地层密实度低，力学性质差，且试桩时尚未经强夯处理。为此，在烟囱边线外侧增加了一组试桩，该区域地层具有代表性。考虑到可能沉桩困难引起桩身破损，桩径改为600 mm。限于场地大小，这一组试桩无法采用锚桩反力，改为堆载法。采用等边三角形布置，方便水平试验安装反力装置。

2.4.2 试桩区2 的试桩结果

试桩区2 地层含有锰钙结核，正常沉桩困难，所以采用引孔措施。原设计桩长29 m，计划长螺旋引孔，直径500 mm，孔深25 m，实际施工过程引孔深度稍有变化。沉桩时高应变检测结果略。

休止期结束后进行静载试验，试验结果见表5。

从试验结果看，选择合适的桩尖（锥形闭口桩尖）[1]、引孔孔径和深度，可保证顺利沉桩，同时承载力也达到设计要求。

表4 水平静载试验

表5 基桩静载试验结果

2.5 试桩结论和建议

a） 引直径500 mm 孔25 m，桩长28 m，考虑开挖深度。

b） 结合不同场地的勘察报告在土的力学参数较低区域，桩长可适当增加。

c） PHC 桩壁厚采用130 mm，可采用锥形闭口桩尖或筒形开口桩尖并加内环。

d） 应采用能量等级不小于D80 筒式柴油锤的筒式锤或具有相近能量等级的导杆锤（16 t）施打。

e） 停锤标准：标高控制为主，贯入度为辅，挡锤挡位为3 挡或4 挡、贯入度小于35 mm/10 击时可停锤[2-3]。

f） 沉桩过程中宜采用高应变方法按一定比例进行跟踪检测。

3 引孔

引孔是指根据地层特点在工程桩打入前预先形成一个直径较小的钻孔，减小打入桩的贯入阻力，既保证顺利沉桩又保证基桩足够的侧阻和端阻，同时还可以减小场地土的过度变形和挤压。本工程厂区（3-1） 层、（3-2） 层黄土中含钙质和锰质结核，若不引孔，有些区域10 m 左右桩长就难以贯入。引孔可采用多种成孔方法，比较经济的方法有长螺旋钻机成孔和机械洛阳铲成孔。

长螺旋钻机成孔特别适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的土质，不需护壁可直接取土成孔。长螺旋钻机成孔在本厂址黄土中成孔效果良好，优点是垂直度控制好、钻孔直径变化小，缺点是当遇到厚层的锰钙结核时钻进速度会受影响，钻头磨损严重[4]。机械洛阳铲在山西当地常作为成孔工具，特点是操作简单，可以在坚硬地层中成孔。机械洛阳铲在本厂址黄土中当遇到厚层锰钙结核时钻进速度基本不受影响，其缺点是会有不同程度的扩孔，所以工程开始前应先打试成孔。

引孔的直径和深度必须结合打桩设备通过反复试验才能确定，所以试桩过程中的研究必不可少，但是整个厂区的地层总有不少变化，更重要的调整是在后期的施工过程中。

4 高应变法检测

用高应变法检测（监测） 预制桩优点：分析桩周各土层的摩阻力及桩端阻力；判断桩身完整性，确定桩身缺陷位置；测定单桩竖向抗压承载力；监测打桩设备工艺参数。

在预制桩施工过程中采用高应变法进行实时跟踪监测，主要在于它能第一时间获得基桩施工质量的信息。在试桩时通过初打土阻力和静载试验承载力的对比可以获得桩侧土阻力恢复系数（当然也会有一定变化） （见表6）。由此在以后大量工程桩施工时，用高应变法取代或部分取代静载试验作为质量检测手段，省钱、省时间[5-6]。

表6 承载力恢复系数

本工程为复杂场地，上下地层的变化、挖方区和填方区的变化、富含锰钙结核区域和一般区域的变化（特别是不确定性），使得现场施工困难重重。如果是钻孔灌注桩施工这些问题就被掩盖了，但采用PHC 桩施工就显示出了这些问题。

本工程中根据高应变法检测的结果做了以下几件事：第一，监测打桩过程，要求施工单位使用检测有效的打桩设备（特别是对锤的要求）；第二，对没有达到设计标高但实在打不下去的桩进行检测，当满足一定桩长和承载力时可以批准停锤；第三，对达到设计标高但贯入度过大的桩，如果计算承载力不够就及时建议设计补桩。在本工程中，高应变法检测充分表现出了它的优越性，

获得了参建方的一致好评。

5 结论和体会

a） 工程试桩应严格按照相关规范要求有序开展，尽量在初步设计阶段进行（这种简单的程序有时会被业主或总包方打破）；应选择典型性场地，并由富有经验的专业试验单位、试验人员设计和完成试桩。

b） 在复杂场地进行试桩时，因为地层变化太大，应选择两个或多个试桩区进行试桩。

c） 预制桩的桩长取决于准确的勘察结果，所以采用预制桩的场地要求勘察尤为精准。

d） 预制桩的试桩和施工应尽量采用高应变法检测（监测），能快速、经济、有效地提供基桩质量和承载力情况。