某火力发电厂地基处理方案的选择

欧阳武

摘 要: 地基处理是一门实践性很强的应用技术,近30多年来,我国在电力建设中的地基处理岩土工程方面已取得取了巨大的成就,本文结合工程实例对火电厂地基处理方案的选择进行了阐述。以供参考。

关键词:火电厂; 地基处理; 承载力；方案的选择

前言

如今越来越多的电厂紧邻原厂址进行扩建, 在地基处理上,原厂地基处理方案有很多借鉴之处。该火电厂二期工程通过对扩建场地地层结构的分析, 并利用一期工程地基处理的成功经验,对全厂的建构筑物的地基处理方式进行了分析, 在荷载增大情况下未明显增加基础的工程量,可达到“降低工程造价, 提高经济效益”的目的。

1二期工程厂址区岩土条件

1.1 地层岩性及物理力学性质

拟建场地地层为沙河、唐河冲洪积物, 颗粒较粗, 岩性以中粗砂、粉土及粉质粘土为主, 部分砂层含卵砾石。根据该项目勘察成果，将拟建场区现状地面下（最大钻探深度31.5m）的地层岩性按成因、时代及物理学性质指标划分为六层。

第一层为松散细砂：棕黄色，松散，稍湿，颗粒均匀，含少量粉粒。场区分布普遍。

第二层为稍密细砂：棕黄色，稍密，稍湿，颗粒均匀，含少量粉粒。场区分布较为普遍，局部缺失。

第三层为细砂夹薄层粘土：棕黄色，中密，稍湿，颗粒均匀，含少量粉粒，粘土基本上为灰黄色，呈硬塑状，此层分布较为普遍，局部缺失。粘土隔层上部一定范围的细砂为饱和状态。

第四层为粉质粘土含砾石：灰黄色，可塑，砾石含量约为15%，砾石粒径为2-5cm，为灰岩碎屑，磨圆度差。

第五层为硅质灰岩：深灰色，强风化，岩石较坚硬，节理裂隙发育，溶蚀规模小。为场区的下伏基岩。

第六层硅质灰岩：深灰色，中风化，岩石质坚硬，岩石完整性较好，溶蚀规模小。

所述六层地层岩性依据拟建场地地势起伏不同在地表均有出露，各层岩、土其工程特性差异大。第一层松散细砂，承载力低，其承载力特征值fak=100kPa,不宜作为一般建筑物的天然地基持力层。第二层稍密细砂，其承载力特征值fak=135kPa,可作为一般建筑物的天然地基持力层，但难以满足火电厂的基础承载力及沉降要求须进行适当的地基处理。

1.2 各层地基土的物理力学指标( 表1) 。

1.3地下水及地基土腐蚀性

地下水属第4 系孔隙潜水, 含水介质主要为中粗砂含卵砾石地层。地下水总体流向为由西北向东南,坡度极其平缓,地下水位埋深一般为9.9～10.7m,初见水位与稳定水位基本一致。地下水位年变幅一般小于2.0 m,水质良好,pH 值为7.6,对混凝土结构无腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构具有弱腐蚀性。

2 一期工程地基处理分析

2.1地基方案

根据本工程地形地貌以及地质特点，结合现场勘测，该火电厂一期工程在详细分析论证岩土工程条件的基础上,对压力混凝土长螺旋钻成孔灌注桩复合地基[1] 和振冲碎石桩复合地基[2]从技术和经济各方面进行了对比分析, 确定采用75 kW 振冲碎石桩复合地基作为工程地基处理方案。

遵循桩端进入中粗砂层不少于1.0m 的原则,按照正三角形布桩, 对桩间距2.0m 和2.3m 2个方案进行了试桩后确定桩间距为2.3m,并取得了复合地基的承载力特征值和压缩模量, 确定了振冲碎石桩施工参数[2] 。

2.2地基处理及注意事项

a.碎石桩施工参数为: 桩径1.1m,有效桩长不小于5 m;振冲器功率为75kW;造孔水压0.6MPa,制桩水压0.4MPa;加密电流90A;加密段长度30～40cm; 留振时间15s,桩头部分18s;填料为新鲜岩石,粒径一般为3～10 cm,最大不宜大于15 cm,严禁使用片石作填料; 每根桩加密时间不小于18min。

b.碎石桩进入9～13 m 层的深度不宜小于1.0 m,但也不宜太长, 避免穿透进入13～16 m 粉土层[4]。

c.推荐复合地基承载力标准值为400kPa; 复合地基压缩模量按表2取值。

d.施工过程中, 振冲器下放速度不宜过快, 以免造成桩体偏移或倾斜。

e.施工后,恢复期不宜少于20天。

f.桩间土的施工质量检测可采用静力触探、标准贯入试验和土工试验等手段, 桩体质量检测可采用重型圆锥动力触探试验和单桩载荷试验[3]。圆锥动力触探试验应重点检测位于7～9 m粉土层土中的桩体,检测标准为: 有效桩长内(层中) 每10cm 锤击数一般不少于20击,不得连续出现锥击数小于20 击的桩段,单桩平均锤击数不少于30击。复合地基可采用单桩复合地基载荷试验进行检测。

2.3投产后地基情况

一期工程采用了钢结构支撑体系,主厂房计算最大柱脚荷载( 轴力) 为A 列6772kN、B列12967kN、C列20172kN、D列16210kN ; 锅炉计算最大柱脚荷载( 轴力)为27000kN。根据荷载情况,主厂房和锅炉的基础采用了以条形基础为主, 局部单独基础的形式, 经数年的生产运行, 地基沉降很小,证明该工程的地基基础是合理、可靠的。

一期工程的地基土由砂性土组成,可认为建筑物的地基沉降变形已全部完成。根据实测资料, 一期主要建筑物的地基沉降最大值分别为: 锅炉22.75 mm,烟囱30.97 mm,主厂房框架柱的沉降均小于20 mm,远远小于规范规定允许值200 mm。

3 二期工程与一期工程的比较

3.1方案分析

与一期工程相比, 二期采用空冷机组, 同时主厂房采用了钢筋混凝土承重体系, 反映到地基基础上,主厂房的柱脚荷载( 轴力) 有所加大,见表3。由于机组的容量与一期工程基本相同, 二期工程锅炉的最大荷载仍按一期工程考虑; 烟囱高度与一期工程相同, 采用钢内筒烟囱后,外筒直径加大,但钢内筒的质量小于单筒烟囱内衬的质量,故其总质量仍可按一期烟囱考虑。

二期工程场地紧邻一期工程场地,从勘测资料分析, 二期工程场地的岩土工程条件包括场地土的地层岩性、厚度、分布与一期工程场地基本相同,所以一期工程中地基处理的经验均可在二期工程使用。

3.2比较结果

3.2.1承载力

二期工程场地土的层位、岩性、厚度均与一期场地基本相同, 只要采用一期工程地基处理使用的布桩及施工参数, 即可获得与一期工程相同的地基承载力特征值。

3.2.2地基沉降变形

由于二期工程主厂房采用了钢筋混凝土结构,使得柱脚荷载较一期工程有所加大, 故地基沉降也会大于一期工程相应柱列的沉降, 但一期工程锅炉的柱脚荷载高达27000kN,同样采用条形基础,基底的沉降变形仅有22.75 mm。而二期工程主厂房的柱脚荷载( 轴力)远小于锅炉荷载,经计算基底的沉降变形为17.6 mm。所以可预见,二期工程主厂房的最终沉降量将大于一期工程主厂房的沉降量,而小于一期工程锅炉的沉降量,完全可以满足规范[1]规定。

二期工程烟囱荷载与一期工程烟囱相差不多,实际设计时仍可采用相同底板面积的基础,变形也将与一期工程类似。综上所述可知, 二期工程的主厂房、锅炉及烟囱均可采用一期工程中采用的振冲碎石桩复合地基处理方案。

4结束语

由于基建规模的日益扩大,建筑用地资源日趋紧张,为了充分、有效、科学、合理地利用这一资源,使天然软弱的地基得到补强加固,以提高地基强度,保证地基的稳定性;降低地基的压缩性,减少地基的沉降和不均匀沉陷;为消除地基土的振动液化潜势及消除湿陷性土的湿陷性、膨胀性土的膨胀性等各种土质的不良特性,以改善地基条件,达到满足地基强度、变形及其稳定性要求。这就是地基处理技术在理论和实践中研究与解决的课题。

参考文献:

[1]GB 50007- 2002, 建筑地基基础设计规范[S] .

[2]牛志荣. 地基处理技术及工程应用[M] . 北京: 中国建材工业出版社, 2004.

[3]江正荣. 建筑基础与基础施工手册[M] . 北京: 中国建筑工出

版社, 2003.

[4]赵明华. 土力学与基础工程: 第2 版[M] . 武汉: 武汉理工大学出版社, 2003.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。