某發(fā)電工程主廠房地基加固設(shè)計(jì)

王鳳珍 徐永貴 康建強(qiáng)

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001)

某發(fā)電工程主廠房地基加固設(shè)計(jì)

王鳳珍 徐永貴 康建強(qiáng)

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001)

結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)某發(fā)電工程主廠房產(chǎn)生地基不均勻沉降后，如何因地制宜地進(jìn)行專項(xiàng)治理進(jìn)行了現(xiàn)狀調(diào)查、原因分析和專題研究，實(shí)施的效果達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

不均勻沉降，地基加固，注漿，袖閥管雙液壓力注漿法

1 工程概況

近年來(lái)對(duì)煤層氣的綜合利用發(fā)展迅猛，對(duì)環(huán)境治理的成效也十分顯著。某煤層氣綜合利用發(fā)電工程位于山西介休市義棠鎮(zhèn)1號(hào)風(fēng)井工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)，于2015年1月順利實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，裝機(jī)容量39 MW。主廠房采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深-2.0 m，基底換填1.5 m厚的3∶7灰土墊層。主廠房東北側(cè)于2016年1月發(fā)生不均勻沉降，廠房?jī)?nèi)填充墻多處產(chǎn)生“倒八字”裂縫，裂縫最大寬度為5 mm～9 mm，裂縫走向?yàn)橛蓶|至西向。

2 沉降觀測(cè)

受業(yè)主委托，設(shè)計(jì)院于2016年3月10日對(duì)主廠房建立沉降變形觀測(cè)系統(tǒng)，布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)15個(gè)，并于3月23日進(jìn)行了首次觀測(cè)，至2016年9月6日，共進(jìn)行了7次觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明：

1)主要沉降區(qū)位于1號(hào)點(diǎn)、2號(hào)點(diǎn)、3號(hào)點(diǎn)、4號(hào)點(diǎn)、12號(hào)點(diǎn)、13號(hào)點(diǎn)、5號(hào)點(diǎn)附近，以4號(hào)點(diǎn)的沉降最大。

2)在枯水季節(jié)建筑物沉降較小，沉降速率接近穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。但在雨季，以上各點(diǎn)的沉降速率及沉降量明顯增大。

3 不均勻沉降分析

設(shè)計(jì)單位于2016年3月對(duì)沉降較大的幾個(gè)位置布設(shè)人工探井勘察，通過(guò)探井取樣分析得出建筑物不均勻沉降的主要原因有以下幾點(diǎn)：

1)地基持力層和原勘察資料有一定出入。

該煤層氣綜合利用發(fā)電工程《巖土工程勘察報(bào)告》表明，主廠房地段原基礎(chǔ)持力層為②層濕陷性粉土，濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)(輕微)，地基處理設(shè)計(jì)為換填1.5 m厚3∶7灰土墊層?，F(xiàn)通過(guò)探井情況表明，在T5號(hào),T6號(hào)探井(余熱鍋爐東側(cè))灰土墊層下仍存在5 m厚人工填土，該層土為平場(chǎng)時(shí)人工堆填所致，該層填土未經(jīng)處理直接作為地基持力層。

2)地基土含水量變化的影響。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)走訪了解，主廠房原地貌類型屬?zèng)_溝地貌，主廠房橫跨于原沖溝的兩側(cè)黃土塬上，中部溝心位置最大深度約8 m，后期因場(chǎng)地平場(chǎng)需要回填，回填土在自重固結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生一定量的下陷，導(dǎo)致廠房?jī)?nèi)出現(xiàn)過(guò)排水溝開(kāi)裂、儲(chǔ)水池漏水的情況；主廠房回填土范圍為原沖溝位置，雨季來(lái)臨時(shí)，大氣降水也會(huì)積聚、下滲，特別是該地段原為沖溝溝心部位，屬于自然匯水和排水的匯集地，現(xiàn)人為回填阻礙了原有的排水渠道，造成排水不暢，產(chǎn)生積水現(xiàn)象。積水大部分下滲，通過(guò)人工探井試樣發(fā)現(xiàn)填土呈飽和狀態(tài)，地基土浸水增濕，引起土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致地基土承載力和變形指標(biāo)的下降，從而加劇了地基土的不均勻沉降。在附加荷載作用下，產(chǎn)生豎向壓縮變形的同時(shí)還伴隨有一定的側(cè)向擠出變形，增大了建筑物的沉降變形及傾斜變形。

3)地基土的不均勻性影響。

從本次補(bǔ)充勘察的地質(zhì)剖面圖上可見(jiàn)，在主廠房的東西向，持力層性質(zhì)變化差異較大，鍋爐東側(cè)為沖溝溝口位置，回填土較厚，地基持力層位于①層回填土層上；西側(cè)靠近山麓斜坡，平場(chǎng)時(shí)屬挖方區(qū)，地基持力層為②層黃土狀粉土層，該層土在東西向構(gòu)成的坡度為13%～21%，構(gòu)成不均勻地基。

4 治理方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

主廠房采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，現(xiàn)廠房?jī)?nèi)梁、柱未發(fā)現(xiàn)明顯開(kāi)裂情況，主要裂縫為填充墻上裂縫。綜合沉降觀測(cè)和補(bǔ)充勘察的作業(yè)成果，結(jié)合既有建筑內(nèi)有限的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件，我們對(duì)主廠房框架柱基礎(chǔ)的地基加固進(jìn)行了優(yōu)化比選。

優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原則是：安全、經(jīng)濟(jì)、合理，并能方便、快捷的實(shí)施。

常規(guī)的加固方法為：置換法和地基加固法。

1)置換法：即直接托換的方法，比如在基礎(chǔ)范圍內(nèi)鉆孔，采用靜壓鋼管樁、基礎(chǔ)周邊布置旋噴樁或靜漿裹石樹(shù)根樁，直接穿越填土地基將基礎(chǔ)置于性能穩(wěn)定的原狀土上。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是直接、有效，但對(duì)施工作業(yè)條件有較高的要求，且費(fèi)用較高?；诒竟こ碳庸痰膶?shí)施需在廠房?jī)?nèi)進(jìn)行，廠房?jī)?nèi)原有設(shè)備、管道、溝道分布較多，不能影響運(yùn)行，無(wú)法根據(jù)加固需要進(jìn)行拆除，且廠房?jī)?nèi)空間十分有限，因此，置換法不適用于本工程。

2)注漿法：這是一種間接加固的方法，注漿孔主要布置于基礎(chǔ)附近，對(duì)地基下填土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。通過(guò)改善地基下臥層的土質(zhì)，提高地基土承載力和變形指標(biāo)，從而控制建筑物繼續(xù)沉降，減小差異沉降，最終使建筑物地基穩(wěn)定，使建筑物安全性及正常使用得到保證。這種方法布置靈活，適應(yīng)于本工程場(chǎng)地條件，且相對(duì)費(fèi)用低。

設(shè)計(jì)中采用了袖閥管雙液壓力注漿法對(duì)地基土進(jìn)行加固。袖閥管雙液注漿法學(xué)名為雙套筒雙柱塞袖閥管雙液注漿法，是目前公認(rèn)的一種比較先進(jìn)的注漿工藝，其最大優(yōu)點(diǎn)在于適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)各種土層如砂層、粉土、淤泥層等均能進(jìn)行有效的注漿加固，這種注漿工藝的優(yōu)勢(shì)還在于能定深、定量、分序、分段注漿與多次復(fù)注，綜合劈裂注漿、壓(擠)密注漿與滲入注漿三種方法于一身。因此，往往能達(dá)到較好的注漿效果。設(shè)計(jì)的具體要求為：

a.注漿孔加固深度：注漿孔設(shè)計(jì)深度9.5 m，直徑65 mm，注漿間距1.5 m～2.0 m，排距為1.50 m，注漿分段長(zhǎng)度為0.33 m，可根據(jù)場(chǎng)地條件靈活調(diào)整。對(duì)于變形較大的基礎(chǔ)部位，適當(dāng)加密注漿孔。設(shè)計(jì)要求對(duì)基底以下的填土全部進(jìn)行加固，并要求穿透填土層。

b.注漿材料：采用水泥漿水玻璃混合雙液。水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.9，水玻璃模數(shù)為3.2，濃度為40°Be。水泥漿與水玻璃體積比為1.3∶1(或水玻璃摻量以水泥凝固時(shí)間控制，要求水泥漿的凝固時(shí)間控制在1 min以內(nèi)，可由現(xiàn)場(chǎng)配比試驗(yàn)確定)。

c.注漿壓力：控制在0.6 MPa～1.0 MPa。

d.注漿：待封殼料的強(qiáng)度達(dá)到0.3 MPa后，可開(kāi)始第一輪次注漿，水泥用量為設(shè)計(jì)注漿量的50%。采用帶有雙向密封裝置的專用注漿槍注漿，注漿從下而上逐環(huán)進(jìn)行，漿液水灰比為0.9，全孔注漿段注漿完成后，把鋁塑管插至袖閥管底，用清水把袖閥管內(nèi)的殘留漿液清洗干凈。待凝12 h后，可開(kāi)始第二輪次注漿，注漿方法同第一輪注漿，漿液的水灰比調(diào)整為0.8。同時(shí)注漿速度在孔頂、孔底的流量為15 L/min～20 L/min，其他部位為20 L/min～30 L/min。

e.注漿量：水泥漿水玻璃用量根據(jù)地層土質(zhì)變化及觀測(cè)為準(zhǔn)。單孔每米水泥注入量不少于80 kg。

f.終注標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計(jì)注漿壓力下，注漿加固段土層吸漿量小于1 L/min～2 L/min，穩(wěn)壓15 min終灌(主要在后序孔與二次復(fù)注時(shí)執(zhí)行，先序孔主要是控制注漿)。

g.套殼料：采用以膨潤(rùn)土為主，水泥為輔的低強(qiáng)度配方；水泥∶土∶水的重量比為1∶1.50∶2.00。澆筑時(shí)，套殼料粘度為20 s～30 s，析水率為6%～10%，7 d齡期的抗壓強(qiáng)度為0.3 MPa。

h.注漿結(jié)束后，采用C20混凝土封孔至基底。

i.以基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定作為加固評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

沉降速率小于0.02 mm/d～0.04 mm/d，即可認(rèn)為基礎(chǔ)沉降已進(jìn)入穩(wěn)定階段。

j.加固過(guò)程中需密切進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整加固設(shè)計(jì)、施工方案。

監(jiān)測(cè)內(nèi)容為：建筑物沉降觀測(cè)；基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)布置在較穩(wěn)定區(qū)域，應(yīng)測(cè)定穩(wěn)定的初始值；監(jiān)測(cè)頻次：自加固開(kāi)始后至結(jié)束期內(nèi)，每周監(jiān)測(cè)一次。

5 工程實(shí)施綜述

本工程于2016年11月1日正式開(kāi)工，12月9日加固工程施工結(jié)束，有效工期39 d，至12月底的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)已滿足規(guī)范要求，2017年1月工程驗(yàn)收合格。注漿孔施工采用Z-50地質(zhì)鉆機(jī)引孔，主要施工機(jī)械設(shè)備如表1所示。

表1 主要機(jī)械設(shè)備配套表

雙液注漿工藝參數(shù)如表2所示。

表2 袖閥注漿工藝參數(shù)表

6 結(jié)語(yǔ)

既有建筑基礎(chǔ)沉降加固是永久性的結(jié)構(gòu)課題，也是巖土工程治理的一項(xiàng)基本任務(wù)。本工程為理論聯(lián)系實(shí)際，為如何因地制宜找到最有效的途徑解決工程實(shí)踐中的疑難問(wèn)題提供了一個(gè)可借鑒的成功案例。鑒于篇幅所限，有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳圖及沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)與曲線就不在文中贅述。在此，一并感謝山西中能巖土工程有限公司和山西科匯工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司所提供的施工與檢測(cè)資料。

[1] JGJ 79—2012,建筑地基處理規(guī)范[S].

[2] JGJ 123—2012,既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 葉書麟，韓 杰.地基處理與托換技術(shù) [M].第2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.

Thebasictechnologyofthemainplantfoundationofaminecoalbedmethaneisused

WangFengzhenXuYongguiKangJianqiang

(ChinaEnergyEngineeringGroupShanxiElectricPowerEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

This paper combining practical engineering carried out the investigation about the current situation of the foundation’s non-uniform settlement in the main plant of thermal power station, good economical and societal results.

non-uniform settlement, foundation reinforcement, grouting, double liquid pressure grouting method for sleeve valve

2017-10-08

王鳳珍(1966- )，女，高級(jí)工程師

1009-6825(2017)35-0061-03

TU472

A