黃土溝壑地區(qū)電廠工程建設(shè)巖土問題探討

趙海飛，呼和滿都拉，趙志勇

（1.內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；2.鄂爾多斯市和效電力設(shè)計有限責任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

黃土高原的東北部地區(qū)蘊藏著豐富的煤炭資源，隨著國家煤從空中走能源戰(zhàn)略的實施，此地區(qū)規(guī)劃或者在建了許多大型的火力發(fā)電廠。電廠建設(shè)由于工程等級高，對地基土的要求也相對較高，且一般都由二至三期完工，施工周期較長，后期建筑物地基處理往往會影響已經(jīng)建成的建筑物，同一個場地內(nèi)其地基處理方法經(jīng)常需采用兩種或兩種以上。而黃土高原地貌，溝壑縱橫發(fā)育，形態(tài)復雜，發(fā)展速度快，地形切割嚴重，地形高差大，場地平整后地基土性質(zhì)差別大，特殊的地形地貌加上黃土特有的濕陷性，導致地基處理也非常復雜。因此對于黃土溝壑地區(qū)的大型電廠而言，在工程建設(shè)過程中，面臨諸多巖土工程問題。

本文通過對內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)某電廠建設(shè)時期巖土工程勘測及地基處理過程的分析研究，結(jié)合衛(wèi)星影像圖對原始地貌進行還原，仔細分析了電廠建成后出現(xiàn)的各類巖土工程問題，對各種地基處理方案進行了對比，優(yōu)化選擇，總結(jié)出該類地區(qū)大型電廠建設(shè)存在的主要巖土工程問題，并提出了合理的地基處理方案。

1 工程概況及巖土工程勘測成果

擬建電廠位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)。地貌單元處于準格爾高原腹地黃土峁上，廠址地勢相對較高。原始地貌以黃土地貌為主，溝壑縱橫。本工程一期2×150MW 機組工程于2006年8月完工，二期2×330MW機組工程于2010年5月完工。電廠一二期主廠房、空冷島和鍋爐房的大部分地段位于黃土峁的頂部,煤場、升壓站及廠外輸煤系統(tǒng)位于斜坡和深溝。經(jīng)過現(xiàn)場勘測，場地內(nèi)黃土狀粉土垂直節(jié)理發(fā)育，含水量不高，呈中密—密實狀態(tài)，壓縮性較好；回填土厚度不均，壓實不均勻，場地內(nèi)地下20m范圍內(nèi)無地下水，且場地土為黃土狀粉土，不需考慮地基土的液化問題。根據(jù)現(xiàn)場取樣及室內(nèi)土工試驗，巖土體物理力學指標推薦值見表1。

表1 巖土體物理力學指標推薦值表

2 場地原始地貌及各期建筑物分布

通過收集場地原始衛(wèi)星影像圖片并進行數(shù)字化處理，還原出電廠各建筑物在原始地貌單元中的位置，從而歸納總結(jié)各建構(gòu)筑物地段地基處理的針對性特點及方法。

通過影像圖分析，場區(qū)范圍內(nèi)最大高差約60m，一期工程主要建筑物及大部分附屬建構(gòu)筑物均位于黃土卯的頂部,二期工程主要建筑物位于黃土卯的頂部,其他大部分附屬建構(gòu)筑物均位于斜坡及溝底部位。

3 工程建設(shè)遇到的巖土工程問題

3.1 不良地質(zhì)條件發(fā)育

因主廠房建筑物承載力要求高，基底持力層承載力不能滿足設(shè)計要求。一期工程占用整個場地較高的位置,主要建筑物地基處理采用了強夯法，將高處大量土方回填于二期場地的溝谷及斜坡地帶，并未采取嚴格的碾壓措施，因此造成二期工程建設(shè)時存在高回填土、濕陷性黃土、高邊坡、深溝等多種不良地質(zhì)條件。

3.2 地基處理復雜，需采用多種地基處理方案

本工程地基處理方案復雜多樣，主要是由于一期電廠建設(shè)時未考慮二期而導致，若初期時將整個建設(shè)場地統(tǒng)一處理，將很大程度上降低地基處理難度。如場地統(tǒng)一采用強夯法處理，地基處理費用將降低50%以上，且可以大大縮短地基處理施工周期。

目前二期場地緊鄰一期工程，部分建筑物位于一期場地內(nèi)，因此地基處理施工需考慮對已有建筑物的不利影響，二期工程針對以上不良地質(zhì)條件，采用了換土墊層法、強夯回填處理法、灰土墊層法、臺階式設(shè)計結(jié)合分層回填碾壓等方法，同時加大基礎(chǔ)面積和上部結(jié)構(gòu)措施、結(jié)合樁基礎(chǔ)等多種地基聯(lián)合處理方案。

4 地基處理方案

4.1 主要建（構(gòu)）筑物地段

由于基底持力層承載力不能滿足設(shè)計要求。同時距離一期建筑物近，地層粘粒含量較高，含粉質(zhì)粘土夾層，不宜采用強夯法進行處理，經(jīng)過經(jīng)濟比對，樁基礎(chǔ)成本高，決定地基處理方法為換土墊層法。

4.2 水工附屬建筑地段

基礎(chǔ)下清除①層人工填土以②層、③層或④層黃土狀粉土及粉質(zhì)粘土作為基礎(chǔ)持力層或下臥層，但考慮到黃土狀粉土遇水后承載力會下降，故要求對承載力要求高或可能漏水的建（構(gòu)）筑物基底鋪設(shè)一定厚度的灰土墊層，以防漏水浸泡地基土。

4.3 煤場地段

針對本地段地勢相對較低，地面坡度較大及設(shè)計要求承載力相對較低等特點，采用臺階式設(shè)計，結(jié)合分層回填碾壓的聯(lián)合地基處理方案。充分利用了現(xiàn)有地形及場地平時開挖出的土方。降低了工程量，滿足了設(shè)計要求。

4.4 場外輸煤地段

①1層人工填土力學性質(zhì)較差，不可作為構(gòu)（建）筑物及道路的天然地基土使用，需采取地基處理措施。①2層人工填土經(jīng)過不均勻人工壓實，大部分力學性質(zhì)較好，存在少量未壓實的軟弱夾層。作為輸煤系統(tǒng)，該層地基土的強度滿足要求，但可能會產(chǎn)生不均勻沉降問題。同時場地內(nèi)深溝回填時形成陡峭高邊坡，距離基礎(chǔ)較近，需要對邊坡進行處理，以防邊坡失穩(wěn)，影響建筑物基礎(chǔ)穩(wěn)定性。

因此，如果基礎(chǔ)位于①2層或有限深埋后基礎(chǔ)可以位于①2層回填土上，則可以①2層為持力層采用天然基礎(chǔ)，并采取加大基礎(chǔ)面積和上部結(jié)構(gòu)措施來解決地基土的沉降或不均勻沉降問題；如果①1層厚度較大建議采用樁基礎(chǔ)進行地基處理。

本次勘測在場地內(nèi)發(fā)現(xiàn)數(shù)個老舊窯洞，窯洞上部力學性質(zhì)較差，該地段基礎(chǔ)需進行地基處理。綜合考慮，地基處理采用樁基礎(chǔ)、碾壓換填或強夯。

5 強夯法分析

強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等，其作用可降低地基土的壓縮性和滲透性，提高承載力或穩(wěn)定性。現(xiàn)場原體試驗結(jié)果表明，用強夯加固地基后，其壓縮性可降200%～1000%，強度可提高到200%～500%，強夯加固的深度一般可達到8m 左右。黃土溝壑地區(qū)的電廠建設(shè)，地基處理需要同時兼顧黃土和溝壑兩個問題，溝壑回填處理一般采用回填碾壓和強夯，深大溝壑由于回填的厚度較大，因此采用強夯法更為經(jīng)濟。而人工填土強夯關(guān)鍵問題如下：

（1）含水量的控制上不必苛求。人工填土能否達到處理效果，通常人們自然關(guān)心土體的含水量配置。如灰土，實際操作上若含水量不控制在最優(yōu)含水量附近區(qū)間，很難達到壓實的干密度要求。對于強夯（通常單點指夯擊能在1000kN·m以上）的情況則不然，最優(yōu)含水量的概念并不敏感。含水量在5%～10%的范圍，實際上就是棄土的天然含水量。用最優(yōu)含水量衡量，顯然這個濕度偏低，現(xiàn)場操作中并沒有刻意摻水，但夯后的干密度、孔隙比、壓縮模量和標貫擊數(shù)等指標卻達到了很高的水平。對于人工填土，這一點意義很大。大土方量，回填前要摻水拌和，可以想見是一件十分麻煩的事情，工作量非常之大。強夯對人工填土體的含水量要求比較寬泛，含水量偏低一些也無關(guān)緊要，這正好適用棄土的濕度情況，顯示出強夯處理人工填土的優(yōu)越性。

（2）夯前分層填筑填土且輔以初壓是必要的。不能因為最終要進行強夯，就將土料雜亂無章地填起來，忽略了夯前處理。分層鋪設(shè)填土并進行數(shù)遍碾壓，使得回填工作有序，本身增加了填土的均勻性，同時土體具有一定強度，便于重型機械設(shè)備場地作業(yè)。此外，這樣做無疑減輕了夯擊工作的負擔。此次夯擊過程表明，當主夯點和間夯點達到停錘標準時，夯坑深度約在70cm 左右，夯坑很淺，沒有必要進行夯點的加固夯。所謂加固夯就是通常夯坑超過1m時，場地整平夯坑回填后，對夯點復位進行的補夯。顯然，土料雜亂無章地填起來不進行初壓，同樣的夯擊能下夯坑會加深且易發(fā)生歪錘或提錘困難的現(xiàn)象，勢必要增加加固夯。要知道，有序鋪設(shè)填土并進行數(shù)遍碾壓易于實現(xiàn)，而相比之下，增加加固夯卻要困難得多。這一點對于填筑土體厚度很大時尤為必要，可以明顯提高工作效率。

通過工程實例對比，強夯法比灌注樁基礎(chǔ)節(jié)省60%的費用。同時高能級強夯技術(shù)的實踐與發(fā)展使得強夯的應(yīng)用更加廣泛。

因此筆者總結(jié)出黃土地區(qū)電廠建設(shè)地基處理方案的選擇一般遵循原則見圖1。

圖1 黃土地區(qū)電廠建設(shè)地基處理方案

6 結(jié)論

（1）黃土溝壑地區(qū)大型電廠建設(shè)，從安全角度考慮，盡量將主要建構(gòu)筑物放在黃土梁或峁的高處，避免未來基礎(chǔ)放在深厚回填土上。

（2）電廠主建筑物屬甲類建筑物，需全部消除濕陷性，從經(jīng)濟方面考慮，一般采用強夯法來全部消除濕陷性并提高地基承載力；對于附屬建筑物，屬乙類建筑物，可以保留部分濕陷性黃土，進行濕陷量計算，部分建筑物可以不進行地基處理。但考慮到黃土的水穩(wěn)性較差，為了防水，同時提高地基土承載力，一般采用一定厚度的灰土墊層進行地基處理。

（3）電廠建設(shè)周期長，黃土溝壑地區(qū)進行電廠建設(shè)，回填溝壑時盡量和地基處理結(jié)合起來考慮，統(tǒng)籌各期建設(shè)，考慮一次性進行地基處理和溝壑回填。可以采用分層強夯或分層碾壓來統(tǒng)一處理，溝壑回填時應(yīng)做好施工質(zhì)量的檢測工作。

（4）如果各期建設(shè)場地或主要建筑物和附屬建筑物場地不能同時進行地基處理，后期工程建設(shè)往往會同時存在深厚回填土、濕陷性黃土、高邊坡、深溝等多種不良地質(zhì)條件，結(jié)合場地條件采取合適的處理措施，可以考慮換填法、灰土擠密樁法或樁基礎(chǔ)。