沿海某火力發(fā)電廠軟土地基處理方案

李 旭

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250013)

沿海某火力發(fā)電廠軟土地基處理方案

李 旭

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013)

結(jié)合某沿海電廠實(shí)例，介紹了軟土地基處理方案的選擇方法，著重闡述了采用換填、沉管砂樁處理電廠樁間軟弱土的原則和注意事項(xiàng)，為類似工程選擇多種方案處理軟土提供了參考。

換填，沉管砂樁，軟土，鉆孔灌注樁

在火力發(fā)電廠建設(shè)中，如果是地基良好的地區(qū)，土建投資約占總投資的20%～30%，但如果是地基不良的地區(qū)，地基處理將會(huì)成為影響項(xiàng)目工期和成本的制約因素，因此對(duì)于地基不良的地區(qū)，如何選擇合適的地基處理方案將是火力發(fā)電廠土建設(shè)計(jì)重中之重。

1 工程地質(zhì)概況

某沿海電廠廠址地震基本烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.50 s。該廠區(qū)下粉煤灰、中砂在地震烈度7度時(shí)將產(chǎn)生液化，最大液化深度9.10 m，液化等級(jí)輕微～嚴(yán)重。廠址區(qū)地層特征如下：

①粉煤灰：主要由粉煤灰、爐渣灰構(gòu)成，堆填時(shí)間5年～12年，層厚1.30 m～5.90 m，層底埋深1.30 m～5.90 m，壓縮模量Es推薦值為2.6 MPa，地基土屬高壓縮性土。①-1素填土：灰黃色，濕，松散，主要由碎石、殘積土和粘性土組成，局部為塊石、漂石。分布在場(chǎng)地北部。層厚0.50 m～8.00 m，層底埋深1.30 m～8.00 m。②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：深灰、灰黑色，流塑～軟塑狀態(tài)，飽和，含貝殼碎屑和有機(jī)質(zhì)，夾粉細(xì)砂薄層、混中粗砂顆粒。層厚0.30 m～4.30 m，層底埋深3.60 m～9.50 m，fak=70 kPa，Es=3.1 MPa，地基土屬中等～高壓縮性土。②-1中砂：淺灰～灰黃色，飽和，松散，局部粗砂，混貝殼碎片。層厚0.60 m～2.70 m，層底埋深2.20 m～7.30 m，fak=100 kPa，Es=4.2 MPa。③中砂：淺灰～灰黃色，飽和，松散，粒徑以0.25 mm～5 mm為主，局部粗砂，fak=120 kPa，Es=7.1 MPa，主廠房區(qū)域大部分地段缺失該層。④粘土：灰黃、灰白色、灰綠色，可塑～硬塑狀態(tài)，飽和。層厚2.20 m～9.40 m，層底埋深7.20 m～17.30 m，fak=160 kPa，Es=14.1 MPa，地基土屬中等壓縮性土。⑤殘積土：淺黃、灰黃色，可塑～硬塑，局部堅(jiān)硬，其成分揭示為粘性土或砂質(zhì)粘性土，含有石英中砂，局部含較多礫砂，混雜形狀大小不一的中風(fēng)化母巖碎石塊。層厚0.70 m～7.40 m，層底埋深11.25 m～18.10 m，fak=180 kPa，Es=19.7 MPa，地基土屬中等～低壓縮性土。

全風(fēng)化花崗巖：淺黃、褐黃色，巖芯呈砂土狀，手捏易碎。該層層厚0.70 m～8.30 m，層底埋深12.00 m～22.90 m，fak=250 kPa，Es=20.5 MPa。

強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：中粗粒結(jié)構(gòu)，礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石，上部主要呈散體狀，下部以碎塊狀為主。該層層厚0.70 m～19.00 m，層底埋深21.20 m～35.00 m，fak=500 kPa，Es=33.6 MPa。

中等風(fēng)化花崗巖：褐黃、肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石。fak=1 500 kPa，本次勘測(cè)未揭穿該層。

2 地基處理初步分析

根據(jù)以上地質(zhì)條件，對(duì)主廠房、鍋爐房、煙囪等荷載較大的建(構(gòu))筑物天然地基的強(qiáng)度和變形條件不能滿足設(shè)計(jì)要求，需采用樁基，樁基采用800 mm鉆孔灌注樁方案，樁端持力層選強(qiáng)風(fēng)化花崗巖或中等風(fēng)化花崗巖，由于中等風(fēng)化花崗巖的基巖面起伏較大，當(dāng)中等風(fēng)化巖較淺時(shí)，按端承摩擦樁考慮，根據(jù)試樁的結(jié)果，有效樁長(zhǎng)滿足19 m時(shí)即可滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)樁長(zhǎng)超過25 m時(shí)，仍未到達(dá)中等風(fēng)化巖，但當(dāng)樁長(zhǎng)進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖10 m，可按摩擦樁考慮。根據(jù)工藝的布置以及荷載資料，對(duì)主廠房、鍋爐房基礎(chǔ)埋深為-6.0 m，此時(shí)①粉煤灰已經(jīng)被挖除，②-1中砂局部分布且厚度較小，③中砂在該區(qū)域大部分地段缺失該層，地震液化對(duì)此區(qū)域的影響較小，對(duì)鉆孔灌注樁的摩阻力的影響可以忽略。對(duì)于沉降控制要求較高的重要的附屬、輔助建(構(gòu))筑物，采用600 mm鉆孔灌注樁，樁端持力層選用強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，嵌巖深度不小于5.0 m，有效樁長(zhǎng)約15.0 m。附屬建(構(gòu))筑物埋深較淺，一般在-2.5 m左右，粉煤灰和中砂的液化影響不能忽略。

從以上的地質(zhì)條件可知由于①粉煤灰、①-1層雜填土、②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土以及中砂層等上層土土質(zhì)松散軟弱、工程性質(zhì)差，對(duì)樁基的豎向和水平承載能力和成樁質(zhì)量影響較大，尤其是柱下水平荷載較大的建筑物，承臺(tái)下樁的數(shù)量往往取決于樁的水平承載力，因此為改善上層軟弱土層的物理力學(xué)性質(zhì)，提高樁身豎向和水平承載能力，同時(shí)保證灌注樁的成孔質(zhì)量和混凝土樁身的澆筑質(zhì)量，改善地面設(shè)備基礎(chǔ)持力層特性，避免因設(shè)備基礎(chǔ)的沉降造成管道變形影響安全運(yùn)行，需考慮對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的雜填土、粉煤灰、淤泥、松散砂土及灰場(chǎng)內(nèi)填土進(jìn)行淺層地基處理。

3 樁間軟弱土處理

根據(jù)地基土的分布及其工程特性，對(duì)樁間軟弱土處理可以采用換填法、復(fù)合地基處理。

3.1 主廠房及鍋爐區(qū)域樁間土處理

根據(jù)巖土工程勘測(cè)報(bào)告在主廠房、鍋爐區(qū)域，基底標(biāo)高以下灌注樁頂部范圍普遍存在②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③層中砂，由于該區(qū)域基礎(chǔ)底標(biāo)高為-6.0 m，地基較深，一部分軟弱土已經(jīng)被挖除，從經(jīng)濟(jì)上考慮，采用換填處理。換填應(yīng)遵循以下原則：

1)回填材料選用級(jí)配砂石，并滿足JGJ 79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范第4.2節(jié)要求。

2)級(jí)配砂石換填壓實(shí)系數(shù)為0.97。采用振動(dòng)碾時(shí)，分層厚度為200 mm～250 mm；采用16 t以上的振動(dòng)壓路機(jī)時(shí)，分層厚度為400 mm～500 mm。施工時(shí)采用的施工機(jī)械、施工方法、分層鋪填厚度、每層壓實(shí)遍數(shù)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。壓實(shí)后的地基承載力特征值不小于150 kPa，換填處理后的樁間土應(yīng)消除液化現(xiàn)象。

3)級(jí)配砂石的要求：中粗砂：選用當(dāng)?shù)氐暮Ｉ?粒徑d在0.25 mm～2 mm之間)，含泥量不大于5%，卵石：選用粒徑d在20 mm～100 mm之間,含泥量不大于5%,以上材料均要求級(jí)配良好，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。

4)基坑開挖時(shí)應(yīng)換填時(shí)全部清除基底②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土局部缺失地段，應(yīng)清除基底1.5 m深度范圍內(nèi)松散的③層中砂，然后采用砂石回填，分層振動(dòng)碾壓換填至基底標(biāo)高以上1 m。

5)施工質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)分層進(jìn)行，并應(yīng)在每層的壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后鋪填上層。

6)換填處理完成休止期后，可采用靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等方法進(jìn)行巖土工程檢測(cè)。墊層承載力通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定。

3.2 附屬建(構(gòu))筑物樁間土處理

根據(jù)《巖土工程勘測(cè)報(bào)告》，本工程廠址淺層地基土覆蓋①層粉煤灰、①-1層雜填土、②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③層中砂等軟弱土層。另外，本工程場(chǎng)地地面高程多位于擬建電廠基底以下，屬典型的填方場(chǎng)地。附屬建(構(gòu))筑物埋深較淺，一般在-2.5 m左右，如果采用換填處理樁間軟弱土的，挖深較大，換填量也大，施工工期也長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性能差。 荷載較大的建(構(gòu))筑物豎向力較大需考慮樁基，但由于基礎(chǔ)下軟弱土的存在，地震下土層還有液化現(xiàn)象，為了保證灌注樁成孔質(zhì)量及樁身混凝土澆筑質(zhì)量，提高樁基豎向及水平承載能力，擬采用沉管砂樁法。同時(shí)采用沉管砂樁形成的復(fù)合地基還可以解決部分設(shè)備基礎(chǔ)承載力要求不高，而天然地基不能滿足要求，采用灌注樁經(jīng)濟(jì)性差等問題。同時(shí)考慮到廠區(qū)直埋管線和道路的安全，以及沉管砂樁施工法宜大面積連續(xù)施工的特點(diǎn)，廠區(qū)軟弱土層的區(qū)域統(tǒng)一進(jìn)行處理。

沉管砂樁利用沉管制樁機(jī)械在振動(dòng)沉管成孔后，在管內(nèi)投砂料，邊投料邊上提振動(dòng)沉管形成密實(shí)樁體，與原地基組成復(fù)合地基。沉管砂樁主要起到擠密、置換和排水作用，在本工程中沉管砂樁主要是起到改善樁周土的密實(shí)性和消除上層軟弱土層的地震液化的問題，提高鉆孔灌注樁的水平承載力。

沉管砂樁法施工前，應(yīng)先清除建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)底部1.5 m范圍內(nèi)的粉煤灰，然后回填砂土。沉管砂樁處理后的地面標(biāo)高為-1.0 m。

采用沉管砂樁處理軟弱土應(yīng)滿足以下要求：

1)處理范圍：沉管砂樁處理后的復(fù)合地基應(yīng)消除地基土的液化現(xiàn)象，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于基底下可液化土層厚度的1/2，且不應(yīng)小于5 m。

處理深度：沉管砂樁處理范圍應(yīng)穿透回填砂土、粉煤灰、淤泥質(zhì)土及下臥③層松散中砂。

2)沉管砂樁直徑采用400 mm，樁間距1.5 m，正方形布置，處理后復(fù)合地基承載力特征值不小于120 kPa；處理后復(fù)合地基壓縮模量Es≥10 MPa；復(fù)合地基回彈模量不小于30 MPa。

3)樁體材料采用中粗砂：小于0.005 mm的顆粒含量不得大于5%，最大粒徑不宜大于50 mm，砂樁機(jī)采用振動(dòng)沉管式機(jī)械。

4)施工質(zhì)量檢驗(yàn)可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探、動(dòng)力觸探或其他原位測(cè)試等方法。地基承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。

5)沉管砂樁施工時(shí)應(yīng)注意：當(dāng)施工時(shí)灌砂不連續(xù)會(huì)造成拔管時(shí)周邊軟弱土回灌形成斷樁；拔管時(shí)，采用一次性拔管法，應(yīng)注意控制拔管速度，拔管速度控制在1.5 m/min～3 m/min，以保證成樁密實(shí)；在離地面1 m～2 m處，由于側(cè)向約束薄弱，不利于成樁，因此在灌砂時(shí)多灌5%，以防止樁頭形成短樁。

3.3 采用沉管砂樁處理樁間軟弱土還應(yīng)注意的問題

1)沉管砂樁處理后的土層，由于排水固結(jié)的作用，后期沉降會(huì)偏大，因此對(duì)一些沉降敏感的設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)注意不能僅采用復(fù)合地基，還要結(jié)合灌注樁來處理。

2)由于地基排水固結(jié)，會(huì)造成樁周土的沉降而引起樁側(cè)負(fù)摩阻力，對(duì)于本工程樁身為摩擦型樁可取樁身中性點(diǎn)以上側(cè)阻力為0來驗(yàn)算基樁承載力；樁身為端承型樁應(yīng)考慮負(fù)摩阻力引起基樁的下拉荷載。

4 結(jié)語

本工程經(jīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性及工期要求等因素后，確定采用換填、沉管砂樁及鉆孔灌注樁聯(lián)合處理的方案。其結(jié)果基本能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且施工方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好，該工程目前施工進(jìn)展順利。因而對(duì)大型火力發(fā)電廠在軟土地區(qū)的地基處理上應(yīng)根據(jù)建(構(gòu))筑物的特點(diǎn)和地基的特性，來確定不同的地基處理方案或者是聯(lián)合方案，可節(jié)省地基處理費(fèi)用和施工工期。

[1] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

Soft soil foundation treatment scheme of the coastal coal-fired power plant

LI Xu

(ShandongPowerEngineeringConsultingInstituteCo.,Ltd,Jinan250013,China)

Combining with coastal coal-fired power plant as an example, the paper introduces the soft soil foundation treatment scheme selection, and mainly describes replacing and immersed-tube sand pile processing soft soil principles and matters, which has provides some guidance for selecting various soft soil treatment schemes for similar engineering.

replacement, immersed-tube sand pile, soft soil, bored pile

1009-6825(2014)22-0063-02

2014-05-08

李 旭(1977- )，男，工程師

TU447

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