某電廠機組工程地基處理試驗研究

解 毅

1 工程概況

該電廠的建設規(guī)模為2×300 MW級機組，安裝兩臺亞臨界直接空冷可調(diào)整抽氣凝汽式機組，并留有擴建余地，工程規(guī)劃容量按4×300 MW級機組考慮。其地基土主要是由粉土和粉質(zhì)粘土組成。對于2×300 MW機組來講，由于荷載較大，天然地基難以滿足建筑物要求，需進行處理，本次采用鋼筋混凝土預制方樁進行地基處理。

2 工程地質(zhì)條件

1)地形地貌。

廠址處于某盆地內(nèi)沖洪積平原區(qū)，場地平坦開闊，自然地面標高906.0 m～908.4 m。北側(cè)為嵐水河，東側(cè)為濁漳河南源。根據(jù)長治氣象資料，廠址區(qū)土壤最大凍結(jié)深度為0.68 m。

2)地層概況。

地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積地層及第四系中更新統(tǒng)地層混姜結(jié)石，中間夾粉細砂層，厚度大約為40.0 m。根據(jù)廠區(qū)工程地質(zhì)鉆探和原位測試及室內(nèi)試驗情況，將場地53.0 m深度范圍內(nèi)的巖土層可以劃分為2個大層8個亞層。

3)地下水及其他。

場地內(nèi)在勘探深度范圍內(nèi)地下水類型為孔隙潛水，地下水位埋深2.8 m～3.3 m之間，相應標高在903.16 m～904.18 m之間，年變幅1.5 m左右?？睖y報告表明水中的SO2－4較高，根據(jù)GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范判定，地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)均具有弱腐蝕性。地震設防烈度為7度，建筑場地土類型為中硬場地土，場地土類別為Ⅲ類。

3 試驗方案設計

為了解該場地群樁整體工作性能，確定群樁樁基合理參數(shù)，充分發(fā)揮群樁效率作用，達到降低工程樁造價的目的，利用本次試樁進行群樁效率試驗。鋼筋混凝土預制樁在設計和施工方面有成熟可靠的經(jīng)驗，因此該電廠工程地基處理選擇鋼筋混凝土預制方樁的方式。

4 測試技術(shù)與方法

4.1 豎向抗壓靜載試驗

4.1.1 試驗設備

本次試驗中，單樁及單樁承臺豎向抗壓靜載試驗由4根錨樁提供反力，1根主梁、2根次梁組成反力裝置，1臺FQS50020型500 t分離式油壓千斤頂進行加載;群樁承臺豎向抗壓靜載試驗由10根錨樁提供反力，2根主梁、2根次梁組成反力裝置，4臺FQS50020型500 t分離式油壓千斤頂并聯(lián)進行加載。沉降測讀儀器采用BWS3CA-50 mm型位移傳感器，沉降測讀及荷載控制由RS-JYB樁基靜載荷測試分析儀進行自動加荷、記錄、儲存。

4.1.2 試驗要求

1)本次采用慢速維持荷載法進行加載，其中分級荷載為預估單樁極限承載力值的1/10。

2)出現(xiàn)下列任何情況之一時，可以終止荷載。

a.樁的沉降量在某一級荷載的作用下為前一級荷載作用下的5倍;b.樁的沉降量在某一級荷載的作用下為前一級荷載量的2倍，且經(jīng)24 h尚未相對穩(wěn)定;c.樁頂沉降量大于40 mm，并且P—s曲線上可以較明顯的判定其極限承載力;d.已達到錨樁最大抗拔力。

3)卸載方法以及沉降觀測。

每級卸載值的2倍，全部卸載后，隔3 h～4 h再測讀一次。4)相對穩(wěn)定標準及觀測時間。

由全自動沉降觀測儀按有關(guān)規(guī)范自動進行。

4.2 單樁水平靜載試驗

采用接近于水平受力樁的實際工作條件的試驗方法確定單樁水平承載力。采用千斤頂施加水平力，水平力作用線通過地面標高處并水平通過樁身軸線。試驗方法采用單向多循環(huán)加卸載法。有關(guān)試驗技術(shù)要求按JGJ 94-94建筑樁基技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。本次完成單樁水平靜載試驗2根。采用全自動位移觀測儀測讀和采集數(shù)據(jù)。

4.3 高應變測試

采用美國PDI公司的PAK型打樁分析儀，配備250 kN吊車及70 kN錘擊設備輔助，對本次3根單樁試樁進行試驗，通過靜力載荷試驗及高應變試驗成果的對比，提供單樁極限承載力、摩阻力、端阻力，并建立靜動對比關(guān)系。

4.4 低應變測試

本次采用武漢巖海公司生產(chǎn)的RS-1616K(P)型基樁動測儀，對所有試、錨樁進行低應變測試，提供樁身混凝土質(zhì)量檢測結(jié)果。

5 試驗結(jié)果分析

5.1 豎向抗壓靜載試驗

1)單樁豎向抗壓靜載試驗。

本次共完成豎向抗壓靜載試驗樁3根(S1，S8，S10)。單樁豎向抗壓靜載試驗于11月10日開始，首先對S10進行試驗，當加載至1750 kN時，錨樁焊接鋼板與錨樁脫開，致使試驗終止。后將所有錨樁的鋼帽拆除并鑿剔樁頭，在載荷試驗中將錨筋直接焊接于錨樁主筋上。在完成其他試驗后，于12月5日重新對S10進行了豎向抗壓靜載試驗。試驗中S1，S8，S10三根預制樁的終止荷載分別為2300 kN，2300 kN，2750 kN，所對應的沉降量分別為40.06 mm，40.12 mm，40.60 mm。三根樁的P—s曲線均有明顯拐點，根據(jù)JGJ 106-2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范對單樁豎向抗壓極限承載力確定，三根單樁豎向抗壓靜載試驗所確定的單樁極限承載力見表1。

表1 單樁極限承載力表kN

由于單樁豎向抗壓靜載試驗中，S10進行了兩次加載，其試驗結(jié)果有偏差，因此本次試樁中鋼筋混凝土預制樁單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值Qu應取S1，S8中的較低值，故:

Qu=Min(2150，2150)=2150 kN。

所以判定鋼筋混凝土預制樁試樁的單樁極限承載力為2150 kN。

2)單樁承臺豎向抗壓靜載試驗。

本次共完成單樁承臺豎向抗壓靜載試驗2組(CT2，CT3)。CT2，CT3兩組單樁承臺的終止荷載分別為2700 kN，3300 kN，所對應的沉降量分別為42.11 mm，49.08 mm。兩組單樁承臺的P—s曲線均有明顯拐點，根據(jù)JGJ 106-2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范對單樁豎向抗壓極限承載力確定兩組單樁承臺豎向抗壓靜載試驗所確定的單樁承臺極限承載力見表2。

表2 單樁承臺極限承載力表kN

單樁承臺極限承載力與單樁極限承載力的對比分析見表3。通過對比認為CT3承臺下地基土提供承載力過大，不符合場地土實際情況，由此推斷認為S9號試樁單樁極限承載力較場地內(nèi)其他單樁極限承載力高。

表3 單樁承臺極限承載力組成分析表

通過對試驗結(jié)果分析表明，單樁承臺的極限承載力大于單樁的極限承載力，可以考慮利用承臺下地基土提供部分承載力，但土體承載力取值不宜過高，建議取值不大于60 kPa。

表4 單樁及承臺豎向承載力特征值及對應沉降表

3)群樁承臺豎向抗壓靜載試驗。

本次共完成群樁承臺豎向抗壓靜載試驗1組(CT1)。當試驗加載至12000 kN時，承臺開始出現(xiàn)裂縫，沉降迅速增大，無法繼續(xù)加載，試驗終止。該承臺破壞前一級加載值為10500 kN，所對應的沉降量為10.73 mm。此時試驗的P—s曲線尚無明顯拐點，s—lgt曲線尾部也未出現(xiàn)明顯向下的彎曲。因此判斷此時群樁承臺豎向抗壓靜載試驗尚未達到極限值。根據(jù)單樁試驗結(jié)果，該場地單樁豎向承載力特征值為1075 kN，則在不考慮承臺對承載力貢獻時，該5樁承臺的豎向承載力特征值應為5375 kN。S1號、S2號單樁、CT1群樁承臺、CT2單樁承臺的特征值及試驗中對應沉降見表4。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，當達到承載力特征值時，5樁承臺的沉降量明顯小于單樁及單樁承臺的沉降量。

5.2 單樁水平靜載試驗

本次共完成單樁水平靜載試驗2組(S1，S10)，試驗成果見表5～表8。

表5 S1水平載荷與樁位移對應記錄表

表6 S10水平載荷與樁位移對應記錄表

表7 不同位移所對應的水平荷載表

表8 臨界及極限荷載所對應位移表

5.3 高應變測試

本次共完成三根樁的高應變測試(S1，S8，S10)，所有試樁的成果分析均采用實測曲線擬合法，以便于和靜載試驗成果進行對比。靜、動試驗成果見表9。

表9 靜、動試驗成果表

表9中高應變測試成果為單樁最大阻力值。從表9中數(shù)據(jù)可以看出高應變測試成果與靜力荷載測試成果基本接近。

5.4 低應變測試

除S3因樁頭破碎未進行測試外，對其余所有試、錨樁均進行了低應變測試，樁身混凝土的完整性均較好。混凝土波速值約在3000 m/s～3900 m/s之間。低應變測試成果見表10。

6 結(jié)論與建議

1)根據(jù)本次單樁豎向抗壓靜載試驗以及單樁承臺豎向抗壓靜載試驗的結(jié)果分析，鋼筋混凝土預制樁試樁的單樁極限承載力為2150 kN。

2)單樁承臺的極限承載力大于單樁的極限承載力，可以考慮利用承臺下地基土提供部分承載力，但土體承載力取值不宜過高，建議取值不大于60 kPa。

3)通過對5樁承臺試驗結(jié)果分析表明當豎向荷載為5倍于單樁承載力特征值時，5樁承臺的沉降量明顯小于單樁及單樁承臺的沉降量。因此，多樁承臺下地基土反力高于單樁承臺地基土反力。

4)高應變測試成果為單樁最大阻力值。高應變測試成果與靜力荷載測試成果基本接近。

表10 低應變測試成果表

5)除S3因樁頭破碎未進行測試外，對其余所有試、錨樁均進行了低應變測試，樁身混凝土的完整性均較好?；炷敛ㄋ僦导s在3000 m/s～3900 m/s之間。

6)根據(jù)本次試樁施工過程情況及試驗中實測錘擊數(shù)，建議工程樁施工時選用D46～D60錘。并且為嚴格控制工程質(zhì)量，建議在施工中進行高、低應變檢測。

[1]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2]JGJ 94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[4]JGJ 106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[5]DL/T 5024-2005，電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].

[6]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].