工程实例-发电机座水下静压桩加固

一、工程概况

内蒙古丰镇电厂装机容量6×200MW，1994年已将6台机组全部建成投产。其中S号机组是1992年秋动工.当年年底基础施工完毕。

由于施工场地平整前地貌形态是丘陵坡地，所以采用填方挖方整平址地面。场地工程地质条件为∶

1.0~1.5m是以粉土成分为主的疏松素填土;

1.5～4.5m为褐黄、棕红色粉土和粉质粘土，饱和，可塑到软可塑状态;

4.5m 以下为硬可塑到坚硬状态红色粉质粘土或红砂岩强风化层，具有膨胀性，为桩基的良好持力层。

发电机承台荷载大，天然地基满足不了设计要求，前 4台机组都经过地基处理，所以5 号机组设计了振动沉管灌注桩，持力层为基座底面 5m 以下风化砂岩层，在桩上设计钢筋混凝土承台和承台拉梁。其中最大的承台是主机汽轮发电机的机座，长×宽×高为 20m×12m×1.8m。

二、事故情况及处理方案

由于桩基施工中施工人员片面追求进尺效益，沉管振动桩拔管速度过快;没有实行监督检查制度，这种桩的施工质量中弊病如缩径、露筋和断桩在本工地全发生了。

施工中又没有遵守检测程序，打基础承台前没有进行桩静载荷试验。只是在承台打完后才补做了载荷试验。试验结果表明，单桩承载力只有设计单桩承载力的一半。经开挖和桩的动测检查，绝大多数桩都出现了严重的桩基质量事故。经反复研究分析后，对没有打承台的部分重新补打钢管桩和旋喷桩进行了地基加固。而对于汽轮发电机座这样大型承台，许多地基处理方法都无法实施，设计上经认真计算复核，除了桩基施工中存在缺陷，设计中也漏算了荷载，最后复查结论是汽轮机座基础总共需要补强2×10*kN 支承力才能满足设计要求。

当时1~4号机组正在运转发电，地下水位高，基座底接近地下水面，增加了托换加固的难度。讨论了各种托换方案，设备都无法靠近，更无法伸人这样大型基础底下作业，惟一可行的是在大型机座下带水进行静压桩托换。

三、静压钢管桩加固设计

桩材选用包钢产的外径219×7.无缝钢管，施工前先将钢管加工到所需要的平口短节，管外涂防锈漆和沥青两层防腐剂。

根据地基资料，从基础承台底面计算预估桩的压入深度平均 5m，要求桩端进入持力层以压桩到最后快速增长1.5倍稳定桩阻力为控制标准。根据钢管桩截面大小和桩端落在软风化岩层的承载力标准值，并忽略桩侧摩阻力后，算得每根静压桩的竖向承载力为 207kN。

压桩的数量是让施工残缺不合格的桩承受设计荷载的一半;让新增设的静压桩承受另一半荷载，故总补强荷载为2×104kN。需要补桩100根。才能满足设计要求。而实际补桩113 根，而实测桩阻力达到2.34×10*kN。.

对这样超大型设备承台基础，要确保压桩到位，承台均匀受力、不偏不斜.施工的难度很大。关于逐个挖导向坑和逐个压桩回填的办法是行不通的，最后决定在承台的南侧从承台的底面下开挖高1.7m和宽2.0m南北方向施工作业洞。洞长挖至接近承台北边缘，然后沿洞的两侧布设钢管桩8排（图 4.5-6）。

四、承台下静压桩施工

（一）适当抽降地下水

五号机组地下水接近承台底面，影响了工程作业洞的开挖和托换的施工作业，所以必须适当抽降地下水，因为如不抽降地下水就无法施工;但如果大幅度降水，则就容易造成五号汽轮机基础及临近4号和6号机等大型设备基础的下沉和倾斜。

施工时采用了明沟和集水井办法排降地下水。亦即在基础承台南侧通过4个托换作业洞口开挖一条比洞底深0∶8m、宽0.6mo 的排水沟，坡向集水井。集水井直径 2.0m，深1.5m，井内安装污水泵，施工时昼夜不停地抽水。施工洞中的水流向排水沟，排水沟中的水流进集水井，再用泵和排水胶管送到远离施工场地流走。由于1号至4号机组在发电，而上下水管道在跑水，致使地下水抽降成为十分困难，渗透水流仍不断地由施工洞侧壁流进施工洞，施工人员只好在施工洞中带水作业。

（二）开洞与压桩托换

由于托换补强汽轮发电机承台上尚没有上部结构荷载，此时只有承台本身自重，所以采用了从洞口直接开挖，边开挖边倒土和运土到场地以外，深度延伸至北边缘附近。为避免开挖造成承台受力不均，先开挖中间两条洞，然后再开挖外边两条洞。开挖中对原来的缺陷桩予以保护，尽量不减少原桩的支承作用。

当中间的两条洞开好后，便可从里向外，即从北向南逐段分组进行托换压桩作业。在桩力靠 50t 油压千斤顶加压，以洞顶巨型承台提供支承反力。压桩时认真记录每根桩的压人深度和压桩阻力，井必须满足单桩承载力的1.5倍要求。接桩时先点焊，从不同角度校正垂直度、然后满焊，压桩到位后超载加预应力，撤出千斤顶，管内灌满 C20 素混凝土，再加钢管短节，垫好钢板，拧紧螺栓封顶。用同样的程序办法完成其他桩位和外侧两个施工洞里的压桩托换作业

（三）作业洞回填

静压桩补强的最后工序是回填，使用碎石分段分层填实。所谓分段是将每个施工洞分成几段回填，从里向外一段一段填实。分层要以 25～30cm厚从下向上一层一层先虚铺后压（或振）实。铺至基座底面时预留一定的空间，然后用掺加膨胀剂的干硬性细石混凝土塞满捣实。

五，技术经济效果

施工从1994年7月初开始，8月20 日加固工程竣工。在上部设备安装荷载不断增加的情况下基座没有沉降，三年多来一直正常运转发电。