東南亞某國電廠軟弱地基的工程特性研究

王芳蓉

(四川省電力設(shè)計院,成都 610072)

東南亞某國電廠軟弱地基的工程特性研究

王芳蓉

(四川省電力設(shè)計院,成都 610072)

在對該電廠軟弱地基測試、試驗數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計分析基礎(chǔ)上,通過進一步的理論分析及計算,系統(tǒng)地闡明了地基的變形及強度特性、剪切波速、振動周期、剪切模量及剛度系數(shù)等工程特性。筆者認(rèn)為,在東南亞沿海地區(qū)的電力工程承包項目中,受地基條件復(fù)雜性和當(dāng)?shù)乜辈旒夹g(shù)局限性的制約,地基測試、試驗數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)性及收斂性等方面的問題。有效的工作方法應(yīng)是,首先通過相應(yīng)的數(shù)理統(tǒng)計分析,謹(jǐn)慎考察地基測試及試驗數(shù)據(jù)可靠度的置信水平。據(jù)此進一步分析地基的工程特性,為工程建設(shè)項目的設(shè)計與施工提供可靠、完善的科學(xué)依據(jù)。

軟弱地基;概率分析;壓縮模量;承載力;剪切波速;剛度系數(shù)

1 工程概況

東南亞某國電廠位于海灘平原地帶。場地內(nèi)地基持力層主要為由上部松散砂層、淤泥質(zhì)粘土和下部可塑-硬塑狀粘土組成的濱海相沉積建造。其中,淺表層松散砂層和軟塑狀淤泥質(zhì)粘土相對低劣的工程地質(zhì)性質(zhì),對電廠地基與基礎(chǔ)設(shè)計有較大的影響。

2 地基土層的工程地質(zhì)性質(zhì)

地基土層分為5個沉積層,各層的埋深、厚度及工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特征見表1。

表1 地基土層的基本工程地質(zhì)性質(zhì)Table 1 Foundation soil layer elementary engineering geology characters

其中第②層軟塑狀淤泥質(zhì)粘土,是靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積、經(jīng)生物化學(xué)作用并含有機質(zhì)的飽和軟粘土(圖1)。其較低劣的工程地質(zhì)性質(zhì)表現(xiàn)為高壓縮性、抗剪強度較低。尤其是較低的滲透性(滲透系數(shù)K≤10-6cm/s),使得受載后超孔隙水壓力的消散與有效應(yīng)力的增加歷時較長,這導(dǎo)致該層土具有沉降變形量大且持續(xù)時間較長的不良性質(zhì)。

圖1 第②層軟塑狀淤泥質(zhì)粘土Fig.1 Soft plastic clay w ith silt②layer

3 地基土層物理力學(xué)性質(zhì)試驗及測試參數(shù)統(tǒng)計分析

為合理評估地基土層的變形參數(shù)及承載力指標(biāo),按下列方法對土工試驗及測試數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計分析,求出①層及②層地基土各項指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值(表2、3、4)。

表2 地基土層物理力學(xué)指標(biāo)實測值統(tǒng)計分析成果Table2 Thestatisticalanalysisresultoffoundationsoillayerphysicalmechanicsindicatorymeasuredvalues

表3 第②層軟塑狀淤泥質(zhì)粘土單軸壓縮試驗指標(biāo)統(tǒng)計分析成果Table3 Thestatisticalanalysisresultofuniaxialcompressiontestindicatoryofsoftplasticclaywithsilt(②layer)

表4 SPT-N實測值統(tǒng)計分析成果Table4 ThestatisticalanalysisresultofSPT-Nmeasured values

平均值:μ0=

變異系數(shù):δ=σ/μ0

4 地基土層的壓縮性及承載力指標(biāo)

4.1 壓縮性指標(biāo)

為了能夠反映地基土層在基礎(chǔ)荷載作用下的變形特性,根據(jù)粘性土壓縮系數(shù)a1-2與孔隙比e的工程經(jīng)驗關(guān)系(a1-2=βe2.7)、壓縮模量Es與SPT-N值的工程統(tǒng)計關(guān)系以及同類地基的工程經(jīng)驗,獲得表5所示的地基土壓縮系數(shù)a1-2、壓縮指數(shù)Cc及壓縮模量Es等指標(biāo)。

表5 地基土層的壓縮性參數(shù)Table5 Foundationsoillayers'compressibilityparameter

4.2 承載力指標(biāo)

在未進行現(xiàn)場載荷試驗的情況下,根據(jù)土層物理力學(xué)性質(zhì)試驗及測試參數(shù),通過理論計算并參考已有的海相淤泥質(zhì)土工程經(jīng)驗,確定各地基土層的承載力指標(biāo)。

理論計算方面,在基礎(chǔ)形式尚未最終確定的情況下,根據(jù)土層的埋深d、抗剪指標(biāo)(ck、φk)、重度及有效重度(γ、γm)或承載力系數(shù)(Md、Mc),按臨塑壓力確定承載力特征值fcr[1],即

研究成果(表6)顯示,埋深1～17.0m、平均厚度13.99m的第②層淤泥質(zhì)粘土,承載力指標(biāo)較低。

表6 地基土承載力指標(biāo)(kPa)Table 6 The bearing capacity indicatory of foundation soils

5 場地與地基的工程特性

5.1 天然地基的均勻性

擬建場地處于同一地貌環(huán)境內(nèi)的同一工程地質(zhì)單元,通過計算各鉆孔控制深度范圍內(nèi)的當(dāng)量模量,按當(dāng)量模量最大值與最小值的比值及其與地基不均勻系數(shù)臨界值K的關(guān)系[2],判定地基均勻性。

表7 天然地基均勻性計算表Table 7 The computational table of subsoil uniformity

5.2 地基土層的等效剪切波速

根據(jù)海相軟土地基剪切波速vs(m/s)與SPT-N值的下列工程經(jīng)驗,估算場地及地基土層的剪切波速。計算成果(表8)顯示,擬建場地為中軟土地基[3]。

淤泥質(zhì)土vs=αN0.239;粘土vs=βN0.55;砂土vs=γN0.324;動力基礎(chǔ)vs=α′(118.59+0.46N+ 2.17Z)。式中,α、β、γ及α′均為與工程經(jīng)驗有關(guān)的系數(shù)。

表8 地基土剪切波速(vs)計算成果Table 8 The calculated value of shear wave velocity(vs)of foundation soil layers

計算成果(表9)顯示,地基土層的等效剪切波速較低(vse=64.31 m/s)。在覆蓋層厚度大于80 m的地質(zhì)條件下,應(yīng)屬Ⅳ類場地[3]。

表9 地基土層的等效剪切波速vse(m/s)Table 9 The calculated value of equivalent shear wave velocity(vse)of foundation soil layers

5.3 地基卓越周期

卓越周期是場地條件的一種固有特性。工程設(shè)計時,應(yīng)使建筑物的結(jié)構(gòu)自振周期避開地基卓越周期,防止因二者相近而產(chǎn)生的共振效應(yīng)[4]。

根據(jù)地基土層的剪切波速,按表10計算場地的卓越周期T。計算成果顯示,該場地具有相對較長的卓越周期(T=1.208 s),符合軟土地基的基本特性。

表10 地基卓越周期T(s)計算值Table 10 The calculated value of foundation p redominant period(s)

5.4 場地土層的平均剪切模量

按照火力發(fā)電廠抗震設(shè)計的場地評價技術(shù)要求,根據(jù)土層的剪切波速vsi、天然密度ρi及厚度di參數(shù),按下式計算場地土層的平均剪切模量G,計算成果見表11。

表11 場地土層平均剪切模量計算成果Table 11 The result of site soil layers'average shear modulus

5.5 地基剛度系數(shù)

發(fā)電機組的動力特性要求分析地基單位彈性反映,即地基剛度問題。在缺乏現(xiàn)場動測試驗[5]資料的情況下,首先根據(jù)天然地基承載力的特征值fak和已有工程經(jīng)驗,確定抗壓剛度系數(shù)Cz。然后按相應(yīng)的關(guān)系式,確定抗剪剛度系數(shù)CX=αCZ、抗彎剛度系數(shù)Cφ=βCZ及抗扭剛度系數(shù)CΨ=ξCZ(式中α、β及ξ為工程經(jīng)驗系數(shù))等地基剛度系數(shù)(表12)。

表12 地基剛度系數(shù)計算成果(kN/m3)Table 12 The result of foundation rigidity facto r(kN/m3)

6 結(jié)論

(1)研究表明,第①層松散細(xì)砂和第②層軟塑淤泥質(zhì)粘土的工程特性較差,強度及變形性指標(biāo)均難以滿足建筑荷載要求。第③層硬可塑粉質(zhì)粘土,分布穩(wěn)定,工程地質(zhì)性狀良好,且其下臥層第④層及第⑤層粘土的工程地質(zhì)性質(zhì)較好,因而具有較好的工程適宜性。

(2)在這種特殊的地基工程特性條件下,基礎(chǔ)類型及地基持力層的選擇,應(yīng)視上部結(jié)構(gòu)荷載情況的不同,按以下兩種情況分別考慮:

(a)對于主廠房、鍋爐房、煙囪等重荷載建(構(gòu))筑物,樁基礎(chǔ)的適宜性較好,應(yīng)以工程地質(zhì)性狀良好的第③層粉質(zhì)粘土作為樁端持力層,樁基類型可考慮采用端承摩擦樁。

(b)其他一般性輕型建(構(gòu))筑物,應(yīng)考慮對第②層淤泥質(zhì)粘土進行地基加固處理[6],然后按結(jié)構(gòu)荷載要求采用筏式基礎(chǔ)或其他類型的連續(xù)基礎(chǔ)。

(3)東南亞沿海地區(qū)的電力工程項目,受軟弱地基條件和當(dāng)?shù)丶夹g(shù)條件局限性的制約,工程勘察方面提供的地基測試及試驗數(shù)據(jù)不夠完整,數(shù)據(jù)的收斂性亦較差。有效的工作方法應(yīng)是,首先通過相應(yīng)的數(shù)理統(tǒng)計分析,謹(jǐn)慎考察地基測試及試驗數(shù)據(jù)可靠度的置信水平。據(jù)此進一步分析地基的工程特性,為設(shè)計與施工提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)[S].

[2]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).高層建筑巖土工程勘察規(guī)范(JGJ72-2004)[S]:28-29.

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001)[S]:15-17.

[4]曾心傳,秦小軍.土層對地震的隨機反應(yīng)分析[J].地震工程與工程地震,1998,18(3):27-39.

[5]林宗元.巖土工程試驗監(jiān)測[M].遼寧科學(xué)出版社,1994.

[6]康巨人,曾立邦.110 kV鐵塔基礎(chǔ)糾偏技術(shù)[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護,2009,20(1):117-119.

A STUDY ON ENGINEERING CHARACTERISTIC OFWEAK SUBSO IL IN POWER STATIONOF A COUNTRY IN SOUTHEAST ASIA

WANG Fang-rong
(Sichuan Electric Power Design Institute,Chengdu 610072,China)

This paper has illuminated the engineering characteristics of foundation deformation,its strength characteristics, shear wave velocity,vibration period,shear,modulus and rigidity facto r,w hich basis on the heat power station weak subsoil test and the test data statistics and theoretical analysis and analysis.The author thinks that in the electric power engineering p rojects of Southeast Asia coastal area,subsoil test and test dates,w hich are limited by foundation condition complexity and local reconnaissance specification limitation,have p roblem son system and astringency.And the effective wo rk methods should be taken:first of all,review ing foundation tests and test dates fiduciary level confidence,then acco rding to the result analyses foundation engineering characteristicsw hich are in order to supp ly reliable,perfect science bases for the construction p roject engineering and construction.

poo r subsoil;p robability analysis;comp ression modulus;bearing capacity;shear wave velocity;rigidity facto r

P642

:A

1006-4362(2010)02-0028-04

王芳蓉(1958- ),女,碩士,高級工程師,1982年畢業(yè)于成都地質(zhì)學(xué)院(成都理工大學(xué))工程地質(zhì)專業(yè),長期從事電力工程勘察設(shè)計及研究工作。

2010-03-22改回日期:2010-04-21