黃土地區(qū)垃圾焚燒電廠灰土擠密樁優(yōu)化設(shè)計★

孔 禹

(中國電建集團江西省電力建設(shè)有限公司,江西 南昌 330000)

1 項目概況

興平市生活垃圾焚燒項目一期設(shè)計垃圾處理量500 t/d，在原垃圾填埋場區(qū)域內(nèi)擬建1×500 t/d焚燒爐+1×9 MW汽輪機，預(yù)留二期擴建場地。位于原興平市生活垃圾填埋場內(nèi)的西北角，場地東西長約330 m，南北寬約135 m?；境商菪?，北高南低，高程介于486.00 m～502.00 m之間。場地北側(cè)及西側(cè)為一邊坡，邊坡高度約10.0 m。場地地貌單元為黃土臺塬邊緣地帶。場址大部分位于Ⅲ/嚴重和Ⅳ/很嚴重的自陷性黃土區(qū)域內(nèi)，需要進行灰土擠密樁結(jié)合灰土褥墊層處理的地基面積約為13 000 m2，基本涵蓋所有建構(gòu)筑物，因此，本項目對灰土擠密樁施工工藝參數(shù)中的樁間距和灰土比例進行方案優(yōu)選具有非常重要的經(jīng)濟價值。

2 灰土擠密黃土地基機理分析[1]

石灰樁是生石灰與黃土混合組成的復(fù)合建筑材料，生石灰之所以在建筑中廣泛應(yīng)用，主要是由于生石灰與黃土混合后，遇到土中水分使生石灰發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生放熱、吸水、膨脹、凝固等有利于提高灰土的整體性、結(jié)構(gòu)強度和防滲能力等作用[2-3]。

1)放熱：生石灰遇水生成氫氧化鈣，1 mol氧化鈣產(chǎn)生熱量65.24 kJ，換算后1 kg的氧化鈣產(chǎn)生熱量1 065 kJ，產(chǎn)生的熱量促進地基土水分蒸發(fā)及土體固化，提高其強度。2)吸水：1個CaO分子和1個H2O生成 1個Ca(OH)2分子，利用生石灰的吸水能力，在含水量較大的黃土地基中采用灰土擠密樁，可以降低地基土含水量，加速土體固化。3)膨脹：生石灰遇水變?yōu)镃a(OH)2，其體積膨脹近2倍，因此在大厚度濕陷性黃土地基處理中常常采用灰土擠密樁，在石灰的膨脹作用下，將松散地基土擠密，提高地基土的承載力。4)凝固：由于Ca(OH)2與地基土中其他陽離子發(fā)生交換，相互吸附，有利于土體的固化；同時土和石灰中的SiO2和Al2O3等反應(yīng)生成水化物使土體產(chǎn)生化學(xué)性固結(jié)；Ca(OH)2與空隙中的二氧化碳反應(yīng)生成CaCO3，其具有較高的強度，有利于地基土力學(xué)性能的改善。

3 理論計算

本項目灰土擠密樁處理地基為整片處理，處理深度和處理寬度依據(jù)詳勘數(shù)據(jù)和規(guī)范要求進行選取，不作為本文的闡述重點。主要針對樁心距和灰土比例2個變量進行理論計算和現(xiàn)場原位試驗作為方案比選優(yōu)化的參數(shù)。

GB 50025—2018濕陷性黃土地區(qū)建筑標準、JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范和DL/T 5024—2005電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程等3本規(guī)范[4-5]中均有樁心距的計算公式且基本一致，如下式所示。

成樁直徑根據(jù)西安當?shù)夭裼湾N等施工機械的規(guī)格型號，選定為0.4 m；樁間土擠密平均系數(shù)根據(jù)上述3本規(guī)范偏保守考慮綜合選定為0.93；采用正三角形布置，形狀系數(shù)偏保守考慮選定為0.95；擠密前平均干密度和最大干密度通過分析詳勘數(shù)據(jù)進行選取。

詳勘共采集了591個土樣進行土工試驗，試驗樣本覆蓋了場址不同位置和深度，試驗數(shù)據(jù)具有一定的離散型和規(guī)律性，需要進行一定程度的數(shù)據(jù)分析，才能選定平均干密度和最大干密度等相關(guān)設(shè)計參數(shù)。干密度和含水率的概率密度分布圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，干密度分布范圍介于1.17 g/cm3～1.70 g/cm3之間，基本符合均值為1.38 標準差為0.1的正態(tài)分布；水的質(zhì)量分數(shù)分布范圍介于10.9%～29.9%之間，基本符合均值為19.98 標準差為3.18的正態(tài)分布，與現(xiàn)場不同位置不同深度的實際情況基本契合；因此擠密前平均干密度選定為1.38 g/cm3。

在小于最優(yōu)含水率時，干密度隨著含水率的增大而增大，在大于最優(yōu)含水率時，干密度隨著含水率的增大而減小，所以最優(yōu)含水率對應(yīng)最大干密度，如圖2所示。

從圖2中可以看出在水的質(zhì)量分數(shù)約小于20%時，隨著含水率的增大，干密度增大，在水的質(zhì)量分數(shù)約大于20%時，隨著含水率的增大，干密度減小；在干密度1.6 g/cm3～1.7 g/cm3范圍內(nèi)的11組數(shù)據(jù)中，對應(yīng)水的質(zhì)量分數(shù)均分布在15%～25%的區(qū)間范圍內(nèi)，均值為20.7%，與水的質(zhì)量分數(shù)均值19.98%接近，可以作統(tǒng)計意義上的最優(yōu)含水率；則最大干密度取上述11組數(shù)據(jù)的平均值為1.63 g/cm3。根據(jù)確定的設(shè)計參數(shù)，計算樁心距，如下所示。

考慮土質(zhì)的不均勻、含水率的離散型和施工夯填施工的冗余度，取綜合安全系數(shù)1.5，則現(xiàn)場試驗樁心距取1.27 m/1.5=0.85 m為基準，共進行3種樁型的現(xiàn)場試驗，如表1所示。

表1 灰土擠密樁試樁設(shè)計參數(shù)及要求表

4 現(xiàn)場試樁及原位試驗

根據(jù)表1中3種樁型的設(shè)計參數(shù)進行現(xiàn)場試樁工作，現(xiàn)場灰土擠密樁試樁采用柴油錘擠密結(jié)合旋挖鉆孔DDC施工工藝，原位試驗包括探井試驗結(jié)合室內(nèi)土工試驗和單樁復(fù)合地基靜壓承載力試驗等，根據(jù)現(xiàn)場11個探井和9處單樁復(fù)合地基承載力試驗得出試樁數(shù)據(jù)見表2。

表2 灰土擠密樁試樁試驗結(jié)果表

從表2中可以看出，Ⅰ型試樁樁間土濕陷性未消除以及樁間土擠密效果未達設(shè)計要求，樁身夯填質(zhì)量和承載力均滿足設(shè)計要求；Ⅱ型和Ⅲ型試樁樁間土濕陷性消除、樁間土擠密效果、樁身夯填質(zhì)量和承載力均滿足設(shè)計要求；其中Ⅱ型試樁采用質(zhì)量比為3∶7的灰土回填，Ⅲ型試樁采用質(zhì)量比為2∶8的灰土回填，鑒于經(jīng)濟性分析后綜合考慮選?、笮驮嚇稙楣こ虡?。

5 結(jié)語

采用柴油錘擠密成孔結(jié)合長螺旋出土成孔現(xiàn)場施工工藝施工的灰土擠密樁的土工性能與理論計算結(jié)果基本相符。試樁區(qū)域的干密度和最大干密度在試樁前會進行實測，現(xiàn)場實測最大干密度約為1.71 g/cm3～1.72 g/cm3，最優(yōu)含水率(質(zhì)量分數(shù))為19.8%～20.5%；理論計算時采取數(shù)理統(tǒng)計方法進行取值為1.63 g/cm3，最優(yōu)含水率取均值約為19.98%，樁心距理論計算結(jié)果偏大，取1.5的安全系數(shù)后則與試樁結(jié)果較為吻合。

灰土擠密樁設(shè)計優(yōu)化以樁心距和灰土比例為優(yōu)化參數(shù)，通過理論計算和現(xiàn)場試樁，最后得出工程樁的施工參數(shù)和施工工藝，保證了項目整體穩(wěn)步推進，節(jié)約了施工費用，取得了良好效果。