深圳某电厂H型钢桩沉桩与效果测试

维普资讯 http://www.cqvip.com １００４—９６６５／２００２／１０（０３）．（）２８４—Ｄ４　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　工程地质学报　深圳某电厂Ｈ型钢桩沉桩与效果测试　艾传井　（中南电力设计院武汉４３００７１）　摘要在上部为花岗岩块石填土、下部为相对软弱的粘性土，地下水与海水相通的地区进行大型工程建设，主要建（构）筑　物采用桩基础是安全可靠的措施，但采用何种桩型、沉桩时怎样才能顺利穿过花岗岩块石填土是一个值得研究的课题。采用　潜孔锤引孔穿过花岗岩块石填土，往孔内回填碎石，然后打Ｈ型钢桩，在深圳某电厂地基处理中获得了较好的效果。　关键词块石填土潜孔锤Ｈ型钢桩沉桩效果测试　中图分类号：ＴＵ４７０　文献标识码：Ａ　ＩＮＳＴＡＬＬＡＴＩＯＮ　ＯＦ　Ｈ—ＳＨＡＰＥＤ　ＡＮＤ　ＴＥＳＴ　ＯＦ　ＩＴＳ　ＥＦｌｉ１＝ＥＣＴＩＶＥＮＥＳＳ　ＡＴ　Ａ　ＰＯＷＥＲ　ＰＬＡＮＴ　ＩＮ　ＳＨＥＮＺＨＥＮ　ＡＩ　Ｃｈｕａｎｊｉｎｇ　（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ，４３００７１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｐｉｌｅ——ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｍａｉｎ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　—ｓｃａｌｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒｅａ，ｗｈｅｒｅ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｐａｒｔ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｆａｉｌｌｉｎｇ　ｇｒａｎｉｔｅ　ｆｒａｇｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｐａｒｔ　ｃｏｎｓｉｓｔ　ｏｆ　ｓｏｆｔ　ｃｌａｙ，ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｓｅａｗａｔｅｒ　ａｌｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗｉｈ　ｅａｃｈ　ｏｔｔｈｅｒ．Ｗｈａｔ　ｔｙｐｅ　ｐｉｌｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｎｄ　ｈｏｗ　ｃａｎ　ａｐｅｎｅｔｒａｔｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｈｅ　ｔｉｆｌｌｉｎｇ　ｒａｎｉｇｔｅ　ｆｒａｇｅｍｅｎｔｓ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ？Ｔｈｅｓｅ　ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｗｏｒｔｈｙ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ａ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｐｒｅｐａｒｉｎｇ　ｌｅａｄ—ｈｏｌｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇｒａｎｉｔｅ　ｆｒａｇｅｍｅｎｔｓ　ｆｉｌｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ｄｉｖｅ—ｈｏｌｅ　ｈａｍｍｅｒ，ａｎｄ　ｂａｃｋ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｒａｙ—ｇ　ｅｌ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｌｅａｄ—ｈｏｌｅｓ，ｔｈｅｎ　ｄｒｉｖｉｎｇ　Ｈ—ｓｈａｐｅｄ，Ｗａｓ　ｐｅｒｆｅｒｍｅｄ．Ｔｈｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｈｅ　ｆｔｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｒｆ　ａ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｉｎ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　ｃｉｔｙ　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｓｔｏｎｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ，Ｄｉｖｅ—ｈｏｌｅ　ｈａｍｍｅｒ，Ｈ—ｓｈａｐｅｄ　ｐｉｌｅ，Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ，Ｔｅｓｔ　号机组所在地段上部人工填土以花岗岩块石为主，　１　引　言　深圳某电厂位于滨海地带，一期工程装机容量　为２×３００ＭＷ，已投产运行，二期扩建工程规划设计　且厚度较大，下部为相对软弱的粘性土，地下水与海　水相通，给地基处理带来了一定的困难。面对如此　复杂的工程地质条件，主要和重要建（构）筑物采用　桩基础是安全可靠的措施，但采用何种桩型、沉桩时　怎样才能顺利穿过花岗岩块石填土是一个值得研究　的课题。本文就使用Ｈ型钢桩在处理深圳该电厂６　号机组地基时的沉桩工艺与效果测试情况予以介　绍。　容量为４×３００ＭＷ，沿一期厂区向北扩建，分两期建　设，其中３、４号机组已投产发电，５、６号机组在建。　场地均为沿海岸带劈山填海而成，厂区跨海、陆两　域，场地范围内的海域已堆填成为平坦陆地。厂区　主要建（构）筑物座落在填海形成的陆地上。由于６　｛Ｉ｝收稿日期：２００１一ｏ６—２２；收到修改稿１３期：２００１—１０—３０．　作者简介：艾传井（１９６２一），男，硕士，高级工程师，从事工程地质、岩土工程、地貌与第四纪地质工作．Ｅｍａｉｌ：ａｉｃｈｕａｎｊｉｎｇ＠２６３．ｎｅｔ　维普资讯 http://www.cqvip.com 艾传井：深圳某电厂Ｈ型钢桩沉桩与效果测试　２８５　层，根据岩土特征又细分为ｌ０个亚层。其构成及主　２工程地质条件　２．Ｉ地形地貌　要特点如表ｌ，各地基岩土层主要工程特性指标见　表２。　２．３地下水　场平前厂区跨海域、陆域两个地貌单元，陆域为　丘陵斜坡，海域为滨海缓坡，海岸线沿山地延伸，总　厂区大部分地段位于填海区。地下水为孔隙潜　水，与海水连通，水位随潮汐的影响而变化，总体水　位标高０ｍ。　体走向为南北向，场平后地面平坦，标高为３．５—　４．４ｍ（黄海高程，下同）。　２．２地层岩性及其工程特性　厂区地基岩土按成因类型及形成年代分为５　表１地基岩土及主要特点　Ｔａｂｌｅ　１　Ｍａｉｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ａｎｄ　ｒｏｃｋ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　名称　素填土（中粗砂）　素填土（块石）　淤泥质土　粘土　序号　ｌ—ｌ　ｌ一２　２　３一ｌ　厚度／ｍ　主要特点　黄褐色、褐黄色，主要成份为石英，颗粒均匀，含有云母片，混有少量的粘性土，见贝壳。　Ｏ．５—２３．Ｏ　主要分布在５号机组地段。　黄褐色、浅灰色。其主要成分为强一中等风化的混合花岗岩，粒径一般为２００ｒａｍ一　Ｏ．５—２２．７　４００１１１１１１，最大可达１０００ｒａｍ以上。主要分布在６号机组地段。　Ｏ．２—６．９　深灰色、灰黑色，流塑状态，含多量有机质。　Ｏ．３一ｌ１．５　黄褐色杂灰白色，湿，可塑状态。　粘土　粘土　砂质粘性土　混合花岗岩（全风化）　混合花岗岩（强风化）　３～２　３—３　４　５一ｌ　Ｏ．３～７．９　灰色、深灰色，软塑状态，局部地段为可塑状态。　Ｏ．３—３．２　颜色主要由黄、灰白、灰绿及棕红色混杂而成，可塑状态，部分地段呈硬塑状态。　Ｏ．６一ｌ１．４　黄褐色、棕黄色，很湿，可塑状态　Ｏ．４～ｌＯ．２　黄褐色、浅灰色、灰白色，３Ｏ击＜标贯击数＜５０击。　５—２　ＩＯ．４一ｌ２．９　黄褐色、灰黄色，标准贯人击数大于５Ｏ击。　混合花岗岩（中等风化）　５—３　＞８．Ｏ　黄灰色、灰色、浅灰绿色。　表２地基岩土层主要工程特性指标　Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ａｎｄ　ｒｏｃｋ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　地层名称　地层　含水量　编号　Ｗ／（％）　ｋＮ．ｍ一０　重度／　孔隙比　液性指数　ｅ　ＩＬ　粘聚力　Ｃ／ｋＰｈ　内摩擦角　妒／（。）　压缩模量　承载力标准值　／ＭＰａ　ｌ２．Ｏ　ｌ８．Ｏ　＾／ｋＰａ　１７０　２３０　５０　１７０　ｌｏ５　１５５　素填土（中粗砂）　素填土（花岗岩块石）　淤泥质土　粘土　粘土　粘土　ｌ—ｌ　ｌ一２　２　３－ｌ　３—２　３—３　ｌ９．Ｏ　２ｏ．Ｏ　４７．３　２８．６　３４．５　２９．４　ｌ７．Ｏ　ｌ９．１　ｌ８．Ｏ　ｌ９．Ｏ　１．３３５　０．８３０　Ｏ．９９８　０．８６７　１．４８　０．４１　Ｏ．８８　０．４２　１０　２８　２０　２５　５　１５　ｌｌ　ｌ３　２．４　５．６　３．５　５．４　砂质粘性土　混合花岗岩（全风化）　４　５一ｌ　２４．１　８．８　ｌ９．５　０．７８７　Ｏ．５９　２０　ｌ８　５．２　ｌ９．Ｏ　ｌ８Ｏ　２５Ｏ　混合花岗岩（强风化）　混合花岗岩（中等风化）　５—２　５—３　５ｏｏ　２５ｏｏ　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２００２　１０（３）　３　地基处理方案选择与沉桩试验　针对上述工程地质条件，为了适应３００ＭＷ级　４．１测试工作量　按前述工艺沉人的桩为进口Ｈ型钢桩，型号　３６０　Ｘ３９６　Ｘ２０×１７６，共沉人ｌ８根，其中试验桩４　火力发电厂对地基强度和变形的要求，采用桩基是　比较安全可靠的地基处理方案。前期工程主要建　根、锚桩ｌ４根。综合测试完成的工作量见表３。　表３　Ｈ型钢桩综合测试工作■表　Ｔａｂｌｅ　３　Ｗｏｒｋｌｏａｄ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　Ｈ—ｓａＩ）ｅｄ　（构）筑物亦采用Ｈ型钢桩，以中等风化花岗岩作为　桩端持力层，Ｈ型钢桩在本场地使用已取得了较丰　富的经验。与前期工程不同的是本次建设的６号机　组主要建（构）筑物所在地段上部为填石层（花岗岩　试验桩　试验项目　ＳＺｌ　Ｓｚ２　ＳＺ３　锚桩（１４根）　块石填土１—２层简称填石，含有填石层的地段简称　填石区，下同），为了寻求填石区地基处理的有效方　法，曾对填石地基进行过Ｈ型钢桩穿透试验，Ｈ型　钢桩很难、甚至无法穿过填石层，且桩身严重扭裂破　坏。因此，位于填石区的６号机组地段存在Ｈ型钢　桩沉桩方面的致命问题，必须预先在填石层内引孔　才能保证沉桩可行。经过分析比较，确定采用潜孔　锤引孔，为了获得Ｈ型钢桩在填石区的沉桩经验、　取得设计参数，决定在工程桩设计之前进行综合试　桩（包括沉桩试验和沉桩效果综合测试）。沉桩试　验采用“潜孔锤引孔　往孔内回填碎石　打桩”的　工艺流程。　潜孔锤法引孔设备由ＣＭ３５１钻车（履带式）、　３００ＨＰ的英格索兰空气压缩机、冲击器和￣１０５ｍｍ　潜孔钻头组成。钻进工艺为利用压缩空气驱动潜孔　冲击器，同时在钻机转盘的带动下，钻头低速回转。　岩块在剪切和高频冲击的双重作用下，呈现体积破　碎，所产生的岩屑在高压空气的作用下携带返至地　表。每桩位引孔５个，呈梅花形分布，引孔控制范围　为直径６００ｍｍ的圆面积，引孔深度与填石分布深度　一致，引孔过程中遇到大的块石时，引孔数增加至７　—１１个。　每个桩位引孔全部完成之后，往孔内回填碎石，　再在中心孔内用潜孔锤振动密实，每填一次，振动一　次，直至地面。回填的碎石为花岗岩石料，粒经为　ｑｂ２ｏ一５０ｍｍ。回填后，用动力触探进行了密实度检　测，通过检测发现，回填密实度较差、且不均匀，　Ｎ６３一．　般为６击左右，最低为３击，最高达２０余击。　沉桩使用的打桩锤为Ｄ５０柴油锤，整个打桩过　程很顺利，未出现穿透填石层困难的现象。打桩过　程中桩位处回填的碎石明显下沉。　４　Ｈ型钢桩沉桩效果测试　竖向静载试验　、／　、／　、／　水平静载试验　、／　、／　、／　ＭＺ７　高应变动测　静载试验前后均　ＭＺ７、ＭＺ１０，静载试验前后均　作，共６根次　作，共４根次　低应变检测　静载试验前后均　静载试验前后均作，共２８根　作，共６根次　次　４．２测试方法与仪器设备　竖向静载试验采用慢速维持荷载法，使用锚桩　钢梁反力架装置，油压千斤顶加荷；水平静载荷试验　采用单向多循环加卸载法，使用固定桩作为反力后　座，卧式油压千斤顶施加水平荷载；高应变动力检测　采用ＣＡＳＥ法，使用美国ＰＤＩ公司生产的ＰＤＡ打桩　分析仪系列中的ＰＤＫ型测试系统；低应变桩身完整　性检测采用应力波反射法，使用美国产ＰＩＴ桩身完　整性检测仪。　４．３测试结果　单桩竖向抗压静载试验成果见表４。静载试验　实际加荷均大于设计加荷值４５００ｋＮ，最大达　５４１４ｋＮ，最小为４９５０ｋＮ。加荷自始至终稳定都很　快，桩顶沉降量较小，最大沉降量为１０．６９～１３．５２　ｍｍ，卸载后残余沉降量仅为０．６９～０．７７ｒａｍ，说明　桩端基本上未沉降，加荷时桩的沉降主要是桩身弹　性压缩变形，桩的工作状态良好，桩的承载力较高。　表４单桩竖向抗压静载试验成果　Ｔａｂｌｅ　４　Ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｕｐｒｉｇｈｔ　ｓｔａｔｕｅ　ｌｏａｄｉｎｇ—ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｉｌｅｓ　桩号　桩Ｋ／ｍ　最大加荷量／ｋＮ　最大沉降量／ｍｍ　残余沉降量／ｍｒｒ　ＳＺｌ　ｌＯ．８６　４９５Ｏ　ｌＯ．６９　Ｏ．７５　Ｓｚ２　ｌ１．１６　５４１４　ｌ３．５２　Ｏ．６９　ＳＺ３　ｌ１．１７　４９５Ｏ　１２．９０　１．０７　维普资讯 http://www.cqvip.com 艾传井：深圳某电厂Ｈ型钢桩沉桩与效果测试　２８７　单桩水平静载试验在３根试验桩和１根锚桩上　进行，其中强轴方向２根，弱轴方向２根，试验成果　见表５。从试验成果来看，试桩强轴方向在最大荷　载２８９．４和３０Ｏ　ｋＮ作用下，水平位移分别为７．５３　ｍｍ和１５．２７ｍｍ，卸载后残余水平位移较小，分别为　１．６７　ｍｍ和４．３９　ｎＵＴＩ，单桩水平极限荷载较高，均大　于最大加荷值；弱轴方向最大加荷为３００　ｋＮ和２７５　ｋＮ，对应的最大水平位移分别为３４．４３舢和３０．ｏ５　ｎＵＴＩ，残余水平位移分别为１３．９４　ｎＵＴＩ和１２．２６　ｎＵＴＩ，　确定的水平极限荷载分别为２４０ｋＮ和２２４ｋＮ。　表５单桩水平载荷试验成果　Ｔａｂｌｅ　５　Ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｉｌｅｓ　桩号　试验方向　最大水平荷载／ｋＮ　ＳＺ—ｌｌ　ＳＺ—ｌ２　ＳＺ—ｌ３　ＭＺ—ｌ７　强轴　弱轴　弱轴　强轴　２８９．４　３０ｏ　２７５　３０ｏ　最大位移／ｍ　７．５３　３４．４３　３Ｏ．Ｏ５　ｌ５．２７　残余位移／ｍｍ　１．６７　１３．９４　ｌ２．２６　４．３９　临界荷￣．／ｋＮ　水平极限荷ｇ／ｋＮ　＞３０ｏ　２４ｏ　ｌｌ２　２２４　＞３０ｏ　高应变动力检测显示桩身完整，确定的单桩极　限承载力标准值为６１８１ｋＮ。　低应变桩身完整性检测表明桩身完整。　石可起到密实作用，根据桩体静载试验和高应变动　力检测结果，回填时碎石密实度不高，试验所测得的　承载力并不低，且高于前期测试值。目前该工程基　桩施工已经完成，填石区沉桩均采用前述工艺流程，　施工效果满足设计要求。　致谢本文的编写得到了中南电力设计院勘测处　尚思良高级工程师、贺明高级工程师，汪剑伟工程师　的支持，在此谨表谢意。　参考文献　５　结束语　在如此复杂的工程地质条件下进行大型工程建　设，地基处理方面积累的经验还不够丰富。本文介　绍的工程系采用潜孔锤在填石层内引孔，然后往孔　内回填碎石并密实，再打Ｈ型钢桩，在沉桩试验和　效果测试之前，令人担心的是ｑｂｌ０５ｍｍ潜孔锤引孔　后孔中回填料的密实度能否有效地控制、桩能否顺　利打人，引孔回填处理对桩的承载力是否会带来不　利影响。现场的沉桩试验和效果测试表明，按“潜　孔锤引孔＿÷往孔内回填碎石＿÷打桩”的工艺流程施　［１］　＜岩土工程手册＞编写委员会．岩土工程手册［ｓ］．北京．中　国建筑工业出版社．１９９４：５２４—５６１．　Ｅｄｉｔｏｒｉａｌ　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ　ｏｆ　Ｍａｎｕａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｎ．　．ｕａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｒｌｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｂｅｉｊｉｎｇ．Ｃｈｉｎａ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ．１９９４：５２４—５６１．　工，沉桩顺利、桩身完整，桩的垂直度、沉桩方向均在　容许误差范围内，单桩水平承载力和竖向承载力均　满足设计要求。潜孔锤引孔后孔中回填料密实度的　控制尚无有效的方法，通过分析可知，在打桩过程　［２］顾晓鲁等主编．地基与基础［Ｍ］（第二版）．北京．中国建筑　工业出版社．１９９３：５３１—５３３．　Ｇｕ　Ｘｉａｏｌｕ．ｅｔ　ａ１．Ｇｒｏｕｎｄｗｏｒｋ　ａｎｄ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｖ．２．Ｂｅｉｉｉｎｇ．　Ｃｈｉｎａ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ．１９９３：５３１—５３３．　中，随着桩的振动沉人，将使桩周土下沉，对回填碎