某電廠煤場擋煤墻地基處理方案比選分析

黃剛 馬鋒 占三軍 趙輝

(湖北省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司 武漢430040)

引言

燃煤電廠封閉煤場擋土墻基礎(chǔ)對地基的承載力要求較高,在天然地基承載力或變形不能滿足上部結(jié)構(gòu)要求時,一般要采用人工方法對地基進(jìn)行強(qiáng)化處理。地基處理的常用方法有： 強(qiáng)夯法、復(fù)合地基、樁基等。本文通過對預(yù)制方樁、振沖碎石樁復(fù)合地基兩種方案進(jìn)行比選及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,選擇了技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)化的地基處理方式。

1 工程概況及區(qū)域地質(zhì)情況

1.1 工程概況

某熱電廠七期工程建設(shè)2 臺330MW 亞臨界直接空冷抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組,配套2 臺1215t/h 亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐。因環(huán)保要求,擬建設(shè)本煤場封閉工程,即在原設(shè)有防風(fēng)抑塵網(wǎng)煤場的基礎(chǔ)上向北擴(kuò)建,采用全封閉形式。儲煤場堆煤總高度13.5m,儲煤量約7.5 ×104t。

煤場主封閉結(jié)構(gòu)采用大跨度空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),網(wǎng)殼跨度86m,縱向長256m,高度36m,網(wǎng)殼縱向兩端為鋼結(jié)構(gòu)山墻。沿縱向設(shè)高8m 的鋼筋混凝土扶壁式擋煤墻,擋煤墻基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)。擋煤墻及干煤棚見圖1、圖2。

1.2 區(qū)域地質(zhì)狀況

在勘測深度范圍內(nèi),工程場地內(nèi)地基土共有三大層九個亞層：①層為雜填土,②層為黃土(粉土),③1層為粉土,③2層為粉土,③3層為粉土,③4層為粉土,③5a層為細(xì)砂,③5層,③6卵石層。

其中③層雜填土成份混雜,堆積時間短,厚度不均,屬基礎(chǔ)開挖范圍; ②層黃土狀粉土,稍密,其承載力標(biāo)準(zhǔn)值特征值為100kPa,且大部分屬基礎(chǔ)開挖范圍,不能作為建筑物基礎(chǔ)的持力層; ③1層粉土層,稍密-中密,為中等壓縮性土層,承載力為170kPa,厚度較大,該層可作為附屬建筑物的持力層; ③2層粉土層層位穩(wěn)定,厚度大,稍密,承載力為150kPa; ③3層粉土層為中壓縮性土,壓縮模量較小,承載力200kPa,可作為樁基的持力層; ③4層、③5a層、③5層及③6層,密實(shí)度大、工程力學(xué)性質(zhì)較好,但由于埋藏較深,但只能作為大型重要建筑物的樁基持力層。

圖1 擋煤墻及煤棚示意Fig.1 Sketch of retailing wall and coal shed

圖2 擋煤墻剖面Fig.2 Section of retailing wall

綜上所述,勘測場地內(nèi)②層黃土狀(粉土)、③1層及③2層粉土不滿足擋土墻的天然地基持力層及沉降的要求,需采用地基處理。

2 地基處理設(shè)計(jì)方案

2.1 地基處理技術(shù)上可行的方案

根據(jù)巖土勘測報(bào)告,結(jié)合當(dāng)?shù)氐鼗幚斫?jīng)驗(yàn),擋煤墻地基處理擬采用以下幾種型式： PHC 樁、鉆孔灌注樁、預(yù)制方樁、振沖碎石樁復(fù)合地基。由于PHC 樁水平承載力較低,且本煤場要求水平承載力較高,地震作用時會造成樁身水平承載力降低,根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)判斷,PHC 樁不能滿足本工程擋煤墻基礎(chǔ)水平承載力要求,因此首先排除; 鉆孔灌注樁施工周期過長,不能滿足工期要求,亦不能使用; 因此,需對預(yù)制方樁、振沖碎石樁復(fù)合地基做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定樁型。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,當(dāng)按兩扶壁支撐柱間長度為一個計(jì)算單元考慮時,擋煤墻條形基礎(chǔ)寬度為7.0m,單個長度為8.2m 時,該條形基礎(chǔ)底總豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值約為5205kN,總水平承載力約為1977kN,傾覆彎矩為10032kN·m,要求地基承載力特征值最大值為200kPa 以上。

采用預(yù)制方樁(本工程樁為12m 長端承摩擦樁,樁端以③3層粉土層作樁端持力層)時,依據(jù)地勘報(bào)告估算,對邊長500mm 的預(yù)制樁單樁豎向承載力特征值為600kN(考慮樁基的群樁效應(yīng)時,樁中心距與樁徑之比Sa/d=2.05/(1.13 ×0.5) = 3.63,承臺長度與樁長之比Bc/L=7/12 =0.58,查表得： 承臺效應(yīng)系數(shù)為0.142,單樁豎向承載力特征值為644kN,水平承載力特征值為85kN; 當(dāng)樁距采用縱向2.05m、橫向2.0m時,基礎(chǔ)下需布置4 排預(yù)制方樁,兩柱之間樁根數(shù)為16 根。當(dāng)偏心豎向力作用下最大樁基承載力為768kN,最小為216kN,要求單樁豎向承載力特征值大于640kN 即可,故預(yù)制方樁能夠滿足擋煤墻對地基強(qiáng)度和變形的要求。

振沖法適用于砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土和雜填土等地基,對不同性質(zhì)的土層分別具有置換、擠密和振動密實(shí)等作用,對粘性土主要起置換作用,對砂土和粉土除置換作用外還有振動擠密作用。在以上各種土中施工都要在振沖孔內(nèi)加填碎石(或卵石等)回填料,制成密實(shí)的振沖樁,而樁間土則受到不同程度的擠密和振密。樁和樁間土構(gòu)成復(fù)合地基,使地基承載力提高,變形減少,并可消除或部分消除土層的液化。只要條件適宜,振沖法可用于電力工程各類建(構(gòu))筑物地基處理。根據(jù)本工程場地地層條件及本地區(qū)電力工程地基處理經(jīng)驗(yàn),經(jīng)估算,當(dāng)樁中心距Sa=1.8m,樁徑d=1.0m,樁長12m 時,樁土面積置換率為0.28,處理后復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到250kPa 以上; 且由于墻體埋深較大,如考慮土對墻體條形基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)為0.3 ～0.4,以及擋土墻外部壓實(shí)引起的被動土壓力加大,水平抗滑穩(wěn)定性亦能滿足。故采用振沖碎石樁復(fù)合地基能夠滿足擋煤墻基礎(chǔ)對地基強(qiáng)度和變形要求。

綜上所述,本工程采取預(yù)制方樁、振沖碎石樁復(fù)合地基在技術(shù)上均是可行的。

2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

預(yù)制方樁經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。樁基布置：500mm×500mm,12m;方樁體積：V= 0.5×0.5×12=3m3,約992根。

表1 預(yù)制方樁材料經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Tab.1 Materials for precast square pile

振沖碎石樁復(fù)合地基經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。樁基布置： 樁中心距Sa=1.8m,樁徑d=1.0m,樁長L=12m,樁土面積置換率為0.28。考慮到碎石樁復(fù)合地基處理范圍應(yīng)大于荷載作用面范圍,擴(kuò)大的范圍宜為基礎(chǔ)外緣1 排至3 排樁距。碎石樁體積：V=0.28×256×(7.0+3.6×2)×10×2=20357m3,石墊層：V=2181m3。

表2 振沖碎石樁復(fù)合地基材料經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Tab.2 Materials for vibro-replacement stone column

通過經(jīng)濟(jì)比較,振沖碎石樁復(fù)合地基比預(yù)制方樁方案造價(jià)高。另考慮到施工的工期、費(fèi)用控制要求,因此對擋煤墻基礎(chǔ)地基處理采用預(yù)制方樁地基處理方式。

2.3 預(yù)制方樁布樁方案

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94 -2008),結(jié)合其他工程試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)踐情況,按以下試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行布樁： 采用靜壓式預(yù)制鋼筋混凝土方樁,邊長為500mm×500mm,樁長為12.00m(不包括樁尖),樁型號為圖集《預(yù)制鋼筋混凝土方樁》(04G361)中AZH -50 -12C。樁基布置如圖3 所示?，F(xiàn)場預(yù)制樁施工現(xiàn)場如圖4 所示。

圖3 擋煤墻基礎(chǔ)方樁布置Fig.3 Layout of precast square pile retailing wall fundation

圖4 擋煤墻基礎(chǔ)樁基現(xiàn)場Fig.4 Construction site for the pile of the retailing wall foundation

3 結(jié)語

通過方案比選及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,采用振沖碎石樁的復(fù)合地基及預(yù)制方樁均可以滿足擋煤墻地基豎向承載力和水平推力的要求,但預(yù)制方樁比振沖碎石樁復(fù)合地基造價(jià)更為經(jīng)濟(jì)。因此,對本擋煤墻基礎(chǔ)地基處理采用預(yù)制方樁地基處理方式是技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)化的方案。