肇庆大旺电厂水岛总承包工程桩基设计总结

摘要：国电肇庆大旺电厂水岛总承包工程是由我公司EPC总承包，本文是对桩基设计的总结。本文对地质条件和建构筑物荷载情况进行了分析，对不利地质提出了应对措施，通过计算确定了桩长及单桩承载力。突破初步设计束缚，选取φ500管桩作为主桩型，桩长不以打至基岩作为控制标准，从而降低了工程造价。

关键词：软土，桩基设计，总结

一、工程地质条件和建构筑物荷载分析：

国电肇庆大旺电厂（2×300MW级）工程位于北江与绥江交汇的三角洲，场地内分布有较厚的软土，局部地段还分布有岩溶、土洞等不良地质作用。水岛工程（水处理工程）是整个电厂工程的一部分。

1、桩端持力层的初步选定

本项工程建筑场地类别为Ⅱ类，为一般可建设地段[]。根据《国电肇庆大旺热电联产 (2×300MW级)工程 施工图设计阶段岩土工程勘测报告》（以下简称《勘测报告》）：各岩土层分为：

（1）人工填土层：平均层厚3.45米，平均层顶标高6.90米。

（2）冲积层：广泛分布，厚度中值7.31米。主层为③粉质粘土层。

（3）冲淤积层：广泛分布，平均厚度19.86m。主层为④含淤泥粉砂层。

（4）冲积层：广泛分布，平均厚度2.32m。主层为⑤1粉质粘土及⑤2粉砂层。

（5）冲洪积层：分布广泛，主要为⑥1粗砾砂和⑥2圆砾。⑥2圆砾平均厚度13.44m，水岛区域内层顶面标高-19.50m～-14.80m。

（6）残积层：含砾粉质粘土。

（7）岩石：分为⑧2强风化砂岩、⑧3中等风化砂岩、⑨3中等风化砾岩、⑨4微风化砾岩。⑨4层顶面标高起伏较大，深处可达-53.97m[2]。

《勘测报告》指出，场地上覆地层承载力和工程性质较差，不宜直接作为基础持力层。⑥2圆砾层水平方向分布广泛，层位稳定，厚度大。当选用该层作为桩基础持力层时，宜采用其中上部。基岩⑨4层主要为砾岩，是良好的桩基础持力层，缺点是埋藏深、起伏大。本项目初设阶段的设计是由其他设计单位完成，设计依据是《国电肇庆大旺热电联产（2×300MW级）试桩工程试验报告》，初设主要是以⑨4层作为桩基持力层。

根据地层分布和承载力特点，我单位认为， ⑨4层虽然是良好的桩基持力层，但埋藏较深，必将增加工程量。结合水岛内建构筑物荷载分布情况，我们拟采用⑥2圆砾层中上部作为桩基持力层。这样单桩桩长平均减少约10米，可以大大降低造价。

2、岩溶、土洞的地基处理原则：

厂址场地内的基岩主要为可溶性的砾岩，不良地质作用表现为岩溶土洞发育。《勘测报告》统计的274个钻孔中，遇洞率为18.2%，主要集中于电厂主标段。水岛地段溶洞分布很少，但也应提起重视。我单位提出对于水岛内可能存在岩溶土洞的地基处理原则：

(1) 水岛建筑物采用⑥2层的中上部作为桩基持力层。充分利用上覆力学性能较好的土层为持力层或使基底与洞体间保留相当厚度的完整岩体顶板。

(2) 在水岛桩基施工过程中，特别注意高应变检测和监测成果。如遇到溶洞、土洞等不利地质的异常情况，采用钻孔灌注桩基础，桩端穿过溶洞，置于稳定基岩中的处理方法。

(3) 当必须以岩石作持力层时，局部加深基础，通过钻孔灌注桩或墩穿过单个洞体，使基础荷载传递到下部完好的岩体上。可用灌浆填塞，灌填材料视要求而定，可选用砂石砂浆或混凝土，也可用小压力灌浆法加固基底下一定厚度的溶隙及破碎岩体。

由于水岛区域岩溶土洞分布仅分布于⑥2层以下，我单位设计是以⑥2层的中上部作为持力层， 所以全部管桩顺利完成施工，未遇到打穿土洞溶洞的情况。这说明了选择⑥2层作为桩基持力层的经济合理性。

3、水岛内建构筑物的荷载导算：

水岛工程共有建筑物6座，室外大型水池等工艺构筑物12座。通过上部荷载导算，可得出各个建构筑物桩基承载力最低要求。以化水部分锅炉补给水车间及化验楼为例，单柱数量54根，单柱最大荷载2834.3KN，考虑到水平稳定性和柱底弯矩，应采用三桩一柱或两桩一柱的承台布置，单桩承载力1500KN，即可满足设计要求。而初设阶段选取的管桩单桩承载力为3000KN，两桩承台竖向承载力达到6000KN，浪费较大。

二、桩基设计过程：

1、桩基承载力取值

根据《勘测报告》提供的地质剖面图和桩端阻力侧摩阻力参数，按照桩端进入⑥2圆砾层中上部2米，计算φ500 PHC管桩单桩承载力特征值如下[3]：

以工程地质剖面图2-2中ZC05为例：

（2-1）

同理可计算出其他多处承载力特征值。其平均值R=1600.8 KN>1500KN。桩端持力层选用⑥2层，根据钻孔剖面图，预计桩长控制在27~29米。

2、确定收锤标准和施工后检验

《试桩报告》中φ600 PHC管桩贯入度控制值为最后三阵25～40mm，且不宜小于15mm。由于⑥2层较好穿透，此控制标准对停桩于⑥2层的桩很不适用。因此，我公司提出工程桩施工前应根据地质情况选取设计桩型PHC-500（110）AB作试打桩，用D50筒式柴油打桩锤进行沉桩。打桩时不能只以贯入度要求控制，必须以标高控制为主，贯入度和最后一米锤击数控制为辅，双重控制。在试打桩中采用高应变动测法配合测试，在单桩承载力特征值不小于1500KN的情况下，取得正式施打所需要的有关控制数据（冲程，最后三阵，每阵10击平均贯入度，最后1米乃至0.25米的沉桩锤击数）。按照设计要求，施工方经过试打桩和施工后检验，取得了多组数据。根据有关规范要求，设计方会同监理方、检测方和施工方召开水岛区域试打桩数据分析会[4]。分析如下：

(1)结合试打桩监测情况，所有桩在约27~28米处均出现了贯入度突然减少的现象，贯入度突变特征为每25公分锤击数由小于8突变为20以上；每米锤击数也由十几锤突变为80以上。可判断此时已进入⑥2层。

(2)试打桩的数据显示，桩端在贯入度突变后继续进尺1米左右，贯入度达到最小值，承载力达到最大值。此时，如果控制收锤标准为最后10击10cm以内均可以收锤。

(3)在进入⑥2层的深度超过约1米之后，贯入度又出现加大的趋势。可判断⑥2层中下部的承载力不如中上部高，因此如以⑥2层作为桩端持力层，停桩在⑥2层中上部最佳。

(4)根据单桩静载试验和高应变跟踪监测，进入⑥2层后，且10击贯入度小于13cm时，单桩极限承载力均大于3000KN，可满足设计承载力要求。

结合以上分析，确定收锤标准：以桩长控制为主，以每0.25米锤击数和贯入度控制为辅。同时满足以下标准可以收锤：

(1)桩长控制：贯入度突变处之下约1米，约为28~29米；

(2)每米锤击数：精确为每0.25米锤击数20以上；

(3) 贯入度：最后10击贯入度小于10cm。

收锤标准确定后，施工得以顺利进行。水岛全部755根管桩照此标准收锤，实现了停桩于⑥2层中上部。根据有关规范的验桩要求，采用PDA高应变动力检测对已施工的管桩进行单桩竖向承载力及完整性检测，检测结果显示，管桩承载力满足设计要求。

3、施工图设计阶段与初设阶段的工程造价对比

桩基工程初设阶段选用的桩型是停桩于⑨4层的φ600 PHC管桩。总桩长为19318米，概算价格每米279元（直接费），总造价合计539万元。施工图设计阶段选用停桩于⑥2层中上部的φ500PHC管桩，单桩桩长节省了约10米，总桩长为20760米，概算价格每米194元（直接费），总造价合计402.8万元。比初设阶段的概算节省了25.3%。

表2-2：施工图设计与初设阶段桩基工程造价对比表

三、结语:

总结本工程的桩基设计，设计方本着质量可靠、经济合理的原则，以圆砾层作为桩端持力层，以φ500管桩作为桩基主桩型。经过试打桩及现场检测，确定了合理的收锤标准，从而保证了施工质量和工程进度。目前桩基工程已全部按时完成，上部结构的施工目前正在紧张有序的进行。