某大型電廠主要建筑物地基處理設(shè)計(jì)

劉 平 喜

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

某大型電廠主要建筑物地基處理設(shè)計(jì)

劉 平 喜

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

以某大型電廠主要建筑物地基處理設(shè)計(jì)為例，分析了采用預(yù)制鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁、干作業(yè)鉆孔灌注樁進(jìn)行地基處理的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)分析結(jié)果選取了鉆孔灌注樁方案，指出該方案既避免了打樁困難，又保證了鄰近電廠和礦區(qū)安全運(yùn)行。

大型電廠，地基處理，鉆孔灌注樁，承載力

1 工程概況

本工程規(guī)劃建設(shè)規(guī)模為2×350 MW超臨界直接空冷機(jī)組，本期工程建設(shè)規(guī)模為2×350 MW超臨界直接空冷機(jī)組，配置2×1 190 t/h循環(huán)流化床鍋爐，同步建設(shè)脫硝裝置，同時采用爐內(nèi)+爐外濕法脫硫。擬選廠址位于朔州市平魯區(qū)內(nèi)。

2 地質(zhì)條件

廠區(qū)出露地層主要為第四系上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)松散層，厚度為25.0 m～50.0 m，分布于整個場地。松散層以黃土和碎石土為主，厚度20 m～50.0 m，下伏二迭系巖石地層。根據(jù)本工程擬建場地所在區(qū)域地層的地質(zhì)年代、巖土的類別，結(jié)合相關(guān)資料，場地地基土40 m深度范圍內(nèi)巖土層劃分為5個大層7個亞層，其中，②-1層和②-2層分層的依據(jù)主要是200 kPa壓力下黃土層是否存在濕陷性，即為濕陷性土層和非濕陷性土層的界限。

分層土的物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)及地基承載力如表1和表2所示。

表1 各層土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)推薦值表

表2 地基承載力特征值fak一覽表 kPa

通過勘探和試驗(yàn)可知，本勘測場地在常規(guī)的200 kPa壓力下②-1層黃土狀粉土以及①-2層素填土具有濕陷性；因電廠建筑物荷載相對較大，在300 kPa～400 kPa壓力下部分②-2層黃土(粉土)也顯現(xiàn)了較強(qiáng)的濕陷特征。自重濕陷系數(shù)0.015～0.030，較輕微；濕陷性系數(shù)一般為0.015～0.050，為中等濕陷性土，而局部可達(dá)到0.070～0.100，具有較強(qiáng)烈的濕陷性?？紤]到350 MW機(jī)組基底壓力較大，本次室內(nèi)土工試驗(yàn)測定濕陷系數(shù)的壓力采用200 kPa～400 kPa。試驗(yàn)結(jié)果表明，該濕陷性土層厚度0 m～10.0 m不等，濕陷起始壓力變化較大為30 kPa～180 kPa。

3 地基土評價

勘測場地內(nèi)①-2層素填土、②-1和部分②-2層黃土(粉土)，在200 kPa～400 kPa壓力下為Ⅰ級～Ⅱ級非自重濕陷性黃土，根據(jù)上部荷載情況，主要建(構(gòu))筑物采用淺層地基處理方法和復(fù)合地基形式不能滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)大型火電廠地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行國家及行業(yè)規(guī)程規(guī)范，地基處理后必須要滿足基礎(chǔ)的承載力、沉降量和穩(wěn)定性的要求。本工程為350 MW機(jī)組，主要建(構(gòu))筑物等上部結(jié)構(gòu)荷載大,本工程建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)底部受力層范圍內(nèi)的地基土承載力特征值較低，且存在Ⅱ級非自重濕陷性黃土，難以滿足電廠建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)對天然地基的要求，因此需進(jìn)行地基處理。

4 主要建(構(gòu))筑物的地基處理方案

為確保地基處理后的建(構(gòu))筑安全可靠，經(jīng)濟(jì)適用，且滿足廠區(qū)周邊情況的要求，針對廠區(qū)主廠房、鍋爐(最大單柱恒荷載為3 200 kN)、煙囪等主要建(構(gòu))筑物對地基承載力和地基變形要求高的特點(diǎn)，采用淺層地基處理方法和復(fù)合地基形式不能滿足設(shè)計(jì)要求，一般采用預(yù)制樁和灌注樁兩種類型。本工程選擇預(yù)制鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁和鉆孔灌注樁處理三種方案，其比較特點(diǎn)如下。

預(yù)制鋼筋混凝土樁在空地或工廠預(yù)制，加工時間相對短，容易控制樁身質(zhì)量，施工速度快，質(zhì)量檢測工作快捷；實(shí)心截面鋼筋混凝土樁的抗打擊能力較好，可采用打入法施工，打樁同時可以擠密地基土，提高樁側(cè)摩阻力和端阻力，混凝土強(qiáng)度利用率相對較高，單位混凝土豎向承載力造價較低，是較為經(jīng)濟(jì)的方案。預(yù)制樁時需要一定的預(yù)制場地，樁需要養(yǎng)護(hù)，預(yù)制方樁需要承受運(yùn)輸、起吊及打擊應(yīng)力，因此鋼筋配置相對較多，由于抗震需要，還需考慮現(xiàn)場施工焊接接樁等工序，對焊接質(zhì)量要求較嚴(yán)。

高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC)具有預(yù)制鋼筋混凝土樁的特點(diǎn)，由于樁身空心抗水平力相對最小，可以在上部二次灌混凝土增加水平抗力。管樁還具有以下優(yōu)點(diǎn)：PHC樁由專業(yè)廠家大批量自動化生產(chǎn)，樁身質(zhì)量穩(wěn)定可靠；PHC樁身采用高強(qiáng)度的混凝土和先張法預(yù)應(yīng)力制作，因而承受的壓力高和抗裂彎矩大，具有較強(qiáng)的工作性能，樁身能在嚴(yán)劣的施工環(huán)境下保持完好，大大減少裂樁，斷樁事故的發(fā)生；PHC樁穿透能力強(qiáng)，在足夠的壓力下，可穿越較厚的砂質(zhì)土層，確保樁端嵌固于較好的持力層；若采用靜壓施工，施工現(xiàn)場無污染和無噪聲，可克服由于打樁造成對環(huán)境的影響；由于PHC樁采用環(huán)形截面，節(jié)約了混凝土量消耗，使混凝土強(qiáng)度利用率最高，因而混凝土單位豎向承載力造價最低，是最為經(jīng)濟(jì)方案。但由于管樁現(xiàn)場不能預(yù)制，需對外采購，采用需考慮預(yù)制廠家離電廠的遠(yuǎn)近、供貨能否滿足施工要求。此外，施工中應(yīng)盡量避免截樁的情況發(fā)生，如出現(xiàn)截樁，則樁頂受到削弱，須采取標(biāo)準(zhǔn)圖中的加強(qiáng)型構(gòu)造節(jié)點(diǎn)。

灌注樁施工成孔方式可采用泥漿護(hù)壁成孔、沉管成孔、干作業(yè)鉆孔。干作業(yè)鉆孔灌注樁工藝簡單，無需泥漿護(hù)壁，持力層檢驗(yàn)清晰直觀，樁長容易控制，施工中由于無振動、無噪聲，與濕作業(yè)鉆孔灌注樁相比，無排污帶來的環(huán)境污染，保證了文明施工。當(dāng)設(shè)備能夠保證時，成樁效率高，施工速度快，施工工期易保證。存在的問題：由于施工樁需要排土，所以樁身對其周圍土無擠壓作用，樁側(cè)摩阻力和樁端持力層的承載力相對較低，又由于單樁承載力高，對于荷載較小的柱基礎(chǔ)樁的利用率低，單位混凝土豎向承載力造價最高，因此經(jīng)濟(jì)性相對最差。施工時要對樁身外形和樁端土層的施工質(zhì)量嚴(yán)格控制，質(zhì)檢工作非常重要，要考慮全過程的旁站監(jiān)理，單臺設(shè)備日施工速度慢，工期較長。

由于本工程鄰近有運(yùn)行的2×300 MW空冷循環(huán)硫化床電廠和煤礦，若采用預(yù)制混凝土樁，預(yù)應(yīng)力管樁打樁震動的噪聲對鄰近電廠輸煤棧橋及煤礦礦區(qū)內(nèi)建(構(gòu))筑物的環(huán)境影響較大。從巖土工程勘測報(bào)告條件分析，場地內(nèi)①-2土層混有厚度不均勻的卵石，選用打入樁或靜壓樁不易通過。所以本場地主要建筑建議選

用鉆孔灌注樁作為地基處理方案。

本工程進(jìn)行了現(xiàn)場綜合試樁工程，試樁報(bào)告推薦采用干作業(yè)鉆孔灌注樁。根據(jù)試樁報(bào)告得出，試樁區(qū)域?yàn)橹鲝S房西側(cè)，試樁參數(shù)滿足《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》，干作業(yè)鉆孔灌注樁，樁徑800 mm。試樁樁身混凝土強(qiáng)度為C40，周圈均勻配置12Φ20的通長主筋及Φ8@150/300的螺旋箍筋,主筋保護(hù)層厚度40 mm，樁端?、蹖勇咽瘜舆M(jìn)行試樁，樁長采用30 m。相應(yīng)樁極限承載力為11 666 kN,試樁得出相應(yīng)土層側(cè)阻和端阻參數(shù)見表3。

表3 樁極限側(cè)摩阻力和端阻力統(tǒng)計(jì)表 kPa

5 地基檢測要求

依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)要求，基樁開始檢測時間：低應(yīng)變和聲波透射法為受檢樁混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，且不低于15 MPa；高應(yīng)變和靜載為樁身混凝土施工28 d后，且不短于施工結(jié)束15 d后。檢測單位須有國家認(rèn)可的有效資質(zhì)，檢測結(jié)束后檢測單位須提交業(yè)主、監(jiān)理及設(shè)計(jì)單位鍋爐基樁檢測評價報(bào)告，并說明基樁檢測結(jié)果是否滿足設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)收合格后，方可施工下道工序。

在施工基礎(chǔ)承臺前，應(yīng)對樁豎向承載力及樁身完整性進(jìn)行檢測。靜載試驗(yàn)同一條件下不少于3根，高應(yīng)變動測樁總數(shù)不少于總樁數(shù)的5%，樁身完整性檢測下每柱承臺不少于1根，低應(yīng)變動測總數(shù)不少于總樁數(shù)的20%，聲波透射法不少于總樁數(shù)10%。聲波透射法在樁身內(nèi)埋設(shè)2根聲測鋼管，聲測管貼緊鋼筋籠內(nèi)側(cè)對稱布置，并固定牢靠；要求聲測鋼管有足夠的徑向剛度，避免碰扁；下端封閉、上端加蓋、內(nèi)管內(nèi)無異物、防止泥漿倒灌入管內(nèi)；連接處光順過渡，且管口高出混凝土頂面100 mm以上，要求檢測單樁極限承載力不小于1 000 kN。

6 結(jié)語

大型電廠主要建筑物荷載大，在自重濕陷性黃土場地，其地基處理采用淺層地基處理方法和復(fù)合地基形式一般不能滿足要求，條件許可采用預(yù)制鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)淺層土混有卵石、避免對鄰近建筑影響等條件制約時，采用鉆孔灌注樁是較為合理方案。

[1] 中煤平朔安太堡低熱值煤發(fā)電項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告.太原：山西省電力勘測設(shè)計(jì)院,2012:8.

[2] JGJ 106—2014，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范.

[3] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范.

The foundation treatment design of main building in a large power plant

Liu Pingxi

(TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Taking the foundation treatment design of main building in a large power plant as an example, this paper analyzed the advantages and disadvantages of precast reinforced concrete piles, pre-stressed high strength concrete pipe piles, dry operation bored pile treatment, according to the analysis results, selected the bored piles scheme, pointed out that the solution avoided the pile driving difficult, ensured the safety operation of nearby mining area and power plant.

large power plant, foundation treatment, bored pile, bearing capacity

2015-09-16

劉平喜(1979- )，男，在讀工程碩士

1009-6825(2015)33-0078-02

TU472

A