上海某新建高壓變壓器廠房樁基設計探討

 

申敬   張金安    馮長亮    侯延利

（中國新時代國際工程公司    710054）

1 工程概況

    上海某新建高壓變壓器廠房1層 ,總建筑面積 21200m² ,柱網為110KV變壓器廠房跨度18m+24m+24m+15m，柱距8m，小型變壓器廠房跨度5x18m，柱距8m。上部為鋼結構，下部為鋼筋混凝土承臺，承臺下為預應力砼管樁，縱向設有拉梁。

 

    2.1 設計依據 

    上海市某地基勘察院2009年3月25日《巖土工程勘察報告》（詳勘）。抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度為0.10g，地震分組為第一組，場地類別Ⅳ類，基本風壓0.55KN/m²(n=50)。場地為不液化場地。地下水位距地表0.5～1.5m。

 

    2.2 場地工程地質條件

    本擬建場地位于青浦工業園內，廠區地勢較平坦，勘探點孔口地面高程一般為2.96～3.38，吳淞高程系統。±0.000相對絕對標高為+4.350m，場地自上而下分為6層：

 

    （1）第1層，素填土：灰色，松散，由粉粘土組成，含少量碎石及植物根須，一般厚度為0.50～3.40m，平均厚度1.48m，層底標高+2.65～-0.20m，在擬建場地西側、南側暗塘地層分布厚度較大。

    （2）第2層，灰黃-蘭灰色粉質粘土，可～軟塑，中～高壓縮性，一般厚度0.5～2.4m，平均厚度1.45m，層底標高+0.86～-0.06m，擬建場地西側、南側暗塘地層分布厚度較薄，在小型變壓器廠房的東北側暗塘處缺失。

    （3）第3層，灰色淤泥質粉質粘土，流塑，高壓縮性，一般厚度0.40～6.80m，平均厚度3.42m，層底標高+0.04～-6.53m，平均-3.03m，擬建場地南側I剖面及其以南，北側Z 、Z 、J 、J 孔附近缺失。

    （4）第4層，根據土性可分為4₁和4₃層兩個亞層：第4₁層粉質粘土，可塑，中等壓縮性，局部粉性土，一般厚度0.60～4.70m，平均2.80m，層底標高-2.86～-8.18m，分布不均，局部分布厚度較薄。第4₃層砂質粉土，稍密～中密，中等壓縮性，成分以粉粒為主，粉粒、砂粒次之，一般厚度3.70～10.40m，平均7.91m，層底標高-10.84～14.86m，平均-12.46m，在擬建場地均有分布，但厚度變化較大。

    （5）第5₁層，粉質粘土和砂質粉土，可塑，中等壓縮性，土質均勻性差，砂質粉土，局部為粉質粘土層，一般厚度1.30～6.50m，平均3.27m，層底標高-13.02～-18.62m，在擬建場地均有分布，但厚度變化較大。

    （6）第5₂層，砂質粉土，中密，中偏低等壓縮性，一般厚度3.30～4.50m，平均3.76m，層底標高-17.42～-18.65m，平均-18.14m，分布不均，主要在場地中部缺失。

    （7）第6層，粉質粘土，可塑，中等壓縮性，本次勘察25.30m未鉆穿。

    根據野外鉆探，土工資料及靜探Ps值，參照上海市《巖土工程勘察規范》DGJ08-37-2002第13.3.7～13.3.9條提供樁基計算參數f_s（樁側極限摩阻力標準值）與f_a（樁端極限端阻力標準值）見下表：

 

    2.3 不良地質現象

    本場地南側，西側分布有暗塘，擬建大型變壓器廠房西側，小型變壓器廠房場地位于暗塘分布區，其最大埋深為3.40m，最大厚度約5m，1層為較近人工回填土，亦屬不良地質現場。

 

    2.3.1 樁基選型

    選用PHC（ 500mm）預應力管樁的優點，施工功效高，屬半擠土樁，對周圍環境無污染，不受地下水位高限制。

 

    2.3.2 樁基持力層的選擇

    5₂層側阻力、端阻力高，但在主要場地中部缺失。

    6層埋深在25.00m以下，靜探試驗Ps=2.68MPa，側阻力、端阻力低故選用4₃層做樁基持力層，一般厚度3.70～10.40m，平均7.91m，層底標高-10.84～-14.86m，平均-12.46m，物理力學性能較好，分布厚度較大。

 

    2.3.3 準確合理的確定單樁極限承載力和樁的有效長度

    由于場地土層埋深，厚度變化較大，且有不良地質現象，在確保單樁設計承載力前提下，選擇合理樁長減少截樁數量，避免造成施工壓樁困難和造成浪費極為重要。本工程對地勘提供剖面圖進行了多項計算，其原則為必須進入4₃層，且樁底標高以下硬層厚度≥3d（規范規定值），對選用樁長進行優化設計，有效樁長取12.5m，單樁承載力極限值取100t/根。文中給出部分樁計算簡圖，過程略。

 

   

    為了取得單樁承載力準確數據，按樁基規范場地試樁數不少于三組且不少于總樁數的1%進行試樁，先試樁后進行工程樁施工。

    對110KV變壓器廠房，按樁檢測規范，試樁共6根，試樁結果見下表:

110KV變壓器廠房試樁結果

 

    根據現場試樁結果，對110KV變壓器廠房樁設計做以下3條處理意見：

    1）將B軸、C軸和D軸線在1～15軸范圍內的樁，原設計樁長縮短500mm。

    2）壓樁最終停止壓力數值1600KN。

    3）壓樁超過1600KN，但未達到樁頂設計標高者截樁處理。

    以上處理原則為保證樁設計承載力前提下盡量減少截樁數量，減少施工難度，達到經濟的目的。

 

3  結  論

    1）樁選用PHC（ 500mm）預應力管樁，樁頭選用十字型，選用合理，方樁周長大，側摩阻力高，十字樁頭宜穿透硬層且端阻力性能高；

 

    2）持力層選用4₃層正確。由于5₂層雖端阻力達到3500KPa，但在主要場地中部缺失；若選用6層端阻力標準值僅為1000KPa，而且樁有效長度達25m以上，且該層側摩阻力也低，既不經濟且樁承載力又不高，施工實踐證明，要穿透4₃層砂質粉土（中密）難度很大，必然會造成大量截樁，不僅給施工帶來難度而且也造成浪費。

 

    3）試樁結構表明樁的承載力比地勘報告提供的樁參數計算的單樁豎向極限承載力要高約20%。這是今后設計中應重視的問題。

 

    4）對于地質條件較復雜又存在不良地質現象的場地，詳勘鉆孔間距應適當加密，應按《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）表4.1.15詳細勘察探點間距（m）中取小值，以減少截樁數量，避免給施工帶來麻煩和給建設單位造成浪費。

 

    5）本場地南側，西側暗塘地層分布較大，其最大埋深為3.40m，最大厚度約5m。已達飽和流塑狀態，為防止樁身傾斜，本工程采用油壓三缸靜壓設備沉樁，有效地保證了樁身的垂直度，該工程±0.000以下已全部完工，現正施工上部鋼結構。

 

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家標準.鋼筋混凝土結構設計規范（GB50010-2002）. 北京：中國建筑工業出版社，2002

[2] 中華人民共和國行業標準.建筑樁基技術規范（JGJ94-2008）. 北京：中華人民共和國住房和城鄉建設部，2008