大型冷却水塔PHC桩基长短不一的情况分析及补桩处理

发布时间:2021-07-25 06:14:45

第 32 卷第 3期 Vo1.32 No.3

建 筑 施 工

BUILDING CONSTRUCTION

● 地基基础

大型冷却水塔 PHC 桩基长短不一 的情况分析及补桩处理
Analysis of Pile Foundation with Uneven Length of PHC Piles for Large Water Cooling Tower and Required Treatment for Supplemented Piles
□ 夏广梁
(华电望亭发电厂改建工程部 苏州 215155) 【摘 要】华电望亭发电厂 2# 冷却水塔为一超大型冷却水塔,钢筋混凝土结构,环形基础桩基,采用 φ600 mm×130 mm 的 PHCAB 型桩进行施工。但由于地质⑥3⑥4 的粉质黏土夹砂层厚度由 1.4 m~12.5m 分布极不均匀及锤击能量等原因,导致部 分长桩未能进入持力层,形成短桩,使桩基存在着局部承载力不足。依据长短桩理论分析计算,在控制沉降和变刚度调*两个 理论基础指导下,实施了少量的补桩方案,并通过沉降控制及变刚度计算分析,达到冷却塔安全运行的目的。 【关键词】 冷却塔环形基础 PHC 桩 桩基施工 沉降控制 变刚度计算分析 【中图分类号】 TU753.3 / 文献标识码 B 【文章编号】1004-1001 (2010 03-0213-02 )

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工程概况
华电望亭电厂有 2 座各 9 000 m2 淋水面积的冷却水

(2 施打情况:2# 冷却水塔建构场地属于地下桩基上 ) 部环形整体基础承台, 上部结构为 φ115 m、 壁厚 60 cm、 高 度 145 m的双曲线型冷却水塔, 淋水面积 9 000 m2。由于设 / 计单桩承载力需达到 3 500 kN 根,故采用 φ600 mm×130 mmPH B 型高强预应力管桩,桩长约 47m,分为 12 m+12 CA m+12 m+11 m 的定型尺寸四节管段, 组成一根长桩, 中间有 钢质法兰盘, 在施工现场焊接连接而成。 地质报告显示, 地质浅部地基土层除表层填土、 杂填土 之外, 其它各层①~ ⑤号土均为粉质黏土, 及至⑥号土层为 粉土及粉砂层, 层厚从 1.4 m~12.5 m, 分布极不均匀, 持力 层在⑦~⑧土层上,但由于⑥3 号土层为不同厚度的粉土夹 C管桩穿越 6 m以上厚的砂层就相当困 砂及粉砂层, 一般 PH 难,桩侧摩阻力将增大数倍。本工程有些桩的锤击数超过 2 000 击~2 500 击时的贯入度十击还小于 2 cm, 桩尖进入 2 受阻, 导致桩身损坏或机械产生问题, 打不到原设计标高。 # 冷却塔打不下去的桩共有 76 根桩, 为总桩数的 27.1% 露出 , 自然地面桩长统计: ① 桩未打到设计标高露出地面桩长 1 m~ 5.8 m 的有 26 根; ② 桩未打到设计标高露出地面桩长 6 m~ 7.5 m 的有 38 根; ③ 桩未打到设计标高露出地面桩长 8 m~ 9 m 的有 12 根; 未进入持力层的桩有 16 根。

φ115 m, 塔, 塔高 145 m、 为逆流式自然通风式冷却塔, 其中 2# 冷 却 水 塔 桩 基 施 工 中 , 曾 发 生 304 根 φ600 mm× 130 mm、 CA 桩长 47m 的 PH B桩中有 76 根桩由于地质起伏不 均 (⑥ 4 土的砂质粉土厚度 1.4~12.5 m 厚) 打不到设计标高 持力层上, 截桩根数占整个预应力管桩的 27.1% 局部桩基存 , 在承载力不足的问题。 为了确保 2# 冷却水塔在工程施工时及运行生产的安 全, 电厂筹建部门会同设计院及施工单位, 通过分析计算、 专 家会议研究等方式, 综合实际情况作了专题讨论。经详细验 算分析以及相关的检测试验手段, 并在同济大学等其它院校 科研、 施工单位的共同努力下, 通过科学的分析研究, 最终决 定根据长短桩基在沉降控制和变刚度调*两个方面理论研 究基础上,采取局部补桩的措施。共补桩 23 根,占总桩数 8% 经沉降观测以及桩基检测结果, , 工程质量良好, 满足了设 计和施工的要求, 保证了冷却水塔运行的安全。

2 桩基施工情况
(1 2# 冷却水塔塔工程桩共 304 根,于 2007 年 10 月 ) 22 日开始施打到 12 月 2 日结束,其中 76 根未打到设计标 高, 经分析原因后, 补桩 23 根于 2008 年 4 月 26 日~5 月 14 日期间全部完成。
【作者简介】夏广梁 (1963- ) 男, , 大学, 工程师, 工程部主任。 联系地址: 苏州市望亭发电厂工程部 (215155 。 ) 【收稿日期】2010-02-08 2010 年 3 月出版

3

长短桩情况分析
(1 由于地下⑥ 3⑥4 土粉质黏土夹粉砂层厚度太大, ) 使

·213·

第3期 打桩难以穿越;

夏广梁: 大型冷却水塔 PHC 桩基长短不一的情况分析及补桩处理 元模型的分析, 得出如下结论:

03/2010

) 桩锤锤 (2 针对以上情况,我们曾选用合适的桩架、 并制定了合理的施工组织设计 (包括试打 。本次工程桩 ) 重、 D 机采用老式步履式桩机,JB- 62 型, 锤重 6 t , 停锤标准经现 尽管采取了以上措 场试打后由设计和施工单位确定和确认。 施, 但仍然有不少桩未能进入设计的持力层。后在补桩施工 冲击能量 80 kj ~100 kj 、 落锤高度 中就决定采用锤重 8 t 、 1.6 m~2 m 的 重 锤 轻 打 方 式 进 行 。 本 工 程 φ600 mm× 130 mm 的 PH C桩总的锤击控制在 2 000 击左右,不得超过 2 500 击, 最后实行双控制的停锤标准, 即桩尖进入设计标 高及最后十击贯入度小于 3 cm~5 cm为合格。

) 最大长 (1 补桩后的冷却塔环基长桩受力已较为均匀, 桩在自重 + 沉降 + 风荷截组合情况下的最大轴向压力为 2 600 kN 。 (2 补桩后的桩基沉降总体上较为均匀, ) 环向工后差异 沉降最大约为 1/4 000, 径向工后差异沉降约为 1/1 200。 = (3 环基刚体假设下的刚度中心偏离由加固前的△X ) △Y △X - 1.026 m、 =- 3.469 m,转 变 为加 桩 后 的: =0.23 m、 △Y =0.38 m。 (4) 环基的扭矩和弯矩在补桩后得到不同程度的改善, 现有配筋方案可以通过拉、 弯、 剪、 扭验算。 (5 补桩后基础基本表现为均匀变形, ) 对混凝土塔壳的 受力极为有利。整体有限元的分析结果显示, 补桩后的混凝 土塔壳在自重 + 差异沉降的作用下,最大拉应力约为 0.71 M Pa。 5.3 补桩实施 补桩施工时间于 2008 年 4 月 26 日~5 月 14 日结束, 为防止补桩时对原有桩因受土壤挤压造成损坏, 故在桩位处 孔深以打穿 采用 φ350 mm~φ400 mm 提土器先进行孔引, ⑥3 粉质黏土为准, 29 m。在补桩施工过程中, 约 对周边已沉 桩进行桩顶位移检测, 包括竖向和横向位移, 并控制已沉桩 位水*抬升位移不超过 10 mm, 桩基施工后再进行高应变的 ELM G 80 停锤标准 检测。补桩施工采用 D A D 桶式锤进行施打, 为双控制。

4 应对方案分析
C 通过本工程实践, 我们认为: 一般锤击PH 桩在沉桩较 为困难时, 可相应采取以下一些措施来解决。 (1 对于地质情况起伏变化较大与原勘探点布置不对 ) 之处, 应补充钻孔勘探, 并及时调整重新布桩。 (2 施工前在密集群桩处, ) 即进行有选择的试打, 通过 试打确定停锤标准, 实行设计标高及贯入度双控制。 (3 根据试打结果选择桩机型号, ) 一般砂层比较厚时应 80 100 选择 D 或 D 型桩机, 落锤高度 2 m左右, 以重锤轻击施 打方式进行打桩。 (4) 若有多台桩架同时施打群桩时, 打桩路线宜遵循采 用中间向两边展开施打或基础之间跳仓施打的方式。 (5 控制打桩的速率, ) 以每天每台班施打 6 根~10 根 为限 (根据桩径及桩长取值 ,以控制孔隙水压力的急剧上 ) 升。为有利于空隙水压力的迅速消散, 应在多排桩之间埋设 竖向塑料排水板及井点降水等设施。 (6 对进入砂层或坚硬黏土层之桩, ) 其桩尖部分除加桩 靴之外,还应在桩尖部分的管桩端上加设一道高 400 mm× 30 mm 厚的环箍与桩焊牢, 当锤击桩进入砂层时, 由于该环 箍与桩身隔离有一个 30 mm 的空间空隙,有利于打桩瞬间 减少桩侧摩阻力, 使打桩进尺顺利。 打桩完成后, 该空间因泥 砂与水作用仍挤密填满空隙, 起到桩周摩阻力增加之作用。

6 2 # 冷却水塔结构沉降观测
2# 冷却水塔自 08 年 6 月 27 日基础施工完后,按月进 行沉降观测一次, 待上部结构完成到 2009 年 7 月 30 日水塔 进水后二个月为一个阶段, 继续进行沉降观测。观测结果表 明: 塔基东、 西、 南、 北四个方向的沉降累计最大为 9.4 mm, 差异沉降最大 1.6 mm,总沉降及差异沉降均符合设计及规 范要求。

7 结语
华电望亭发电厂的改建工程 2# 冷却水塔桩基在出现问 C 题后经过分析,认为大部分 φ600 mmPH 桩已达到设计要 求, 仅小部分需要补强。 通过沉降控制及变刚度计算分析, 在 对局部区域补桩 23 根后, 达到冷却塔安全运行的目的。 经过 冷却塔基础、上部结构施工完成和塔进水后的连续观测, 累 计最大沉降为 9.4 mm, 差异沉降最大 9.4- 7.8=1.6 mm, 总沉 /1000),D =115 m, 差异沉降小于 2 mm, 降 9.4 mm<115 mm (D 均符合规范要求。 根据设计对 2# 冷却塔环形基础进一步稳定的要求, 沉 降量必须小于 0.01 mm 或趋于 0,才算稳定, 所以目前还在进 一步 (至少 3 年) 进行沉降规测, 做好记录, 以达到安全运行 的目的。
《建筑施工》 32 卷 第

5 本工程补桩措施
因本工程水塔环形基础 304 根桩中, 约有 27% 根桩) (76 的桩未打到设计标高, 通过同济大学、 华东电力设计院等计 算分析, 决定进行补桩 23 根 (原桩原长 的技术措施。 ) 5.1 补桩的检测工作 首先通过对局部需补桩区域内的高低应变检测, 认为已 打入的桩绝大多数已打到设计标高, 其沉桩贯入度和桩的承 载能力满足设计要求,只有 2# 冷却水塔北侧局部区域由于 沉桩困难, 造成截桩后的长短桩现象, 需要补桩。 5.2 有限元分析 再根据对 2# 冷却塔局部区域补桩 23 根后的整体有限

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