发电厂软基处理设计方法研究

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(中国能源建设集团 广东省电力设计研究院，广东 广州 510663)

引言

我院承担设计的省内发电厂项目主要分布于珠江三角洲以及沿海地区，省外项目也多位于滨海地带。在这些区域建设发电厂，不可避免地会遇到软基问题，特别在三角洲地带，厂址多下卧较厚的软黏土层，无法满足电厂的地基承载力要求，因此进行软基处理势在必行。

在软基处理工程设计的过程中，各个电厂的厂址有各自不同的场地条件和地质情况，而且地下的土层形状千变万化，针对不用的场地情况，应因地制宜，选择最准确、合理、高效的软基处理方案，这样不但能达到工程的承载力要求，还能缩短施工工期，提前将场地交付使用。

另外，软基处理的费用在电厂土建费用中所占比例并不小，一个经济、实效的软基处理方案，对于降低土建工程造价、合理利用资金，具有不可低估的作用。因此，合理选择软基处理方案在软基设计中具有举足轻重的作用，一个好的软基处理方案的确可以起到花小钱办大事的作用。

1 确定软基处理设计方案的要素

软基处理的设计首先需要确定选择方案时应该主要考虑的因素，这不但是选择软基处理方案的依据，也是整个软基处理能否达到预期效果的前提。主要应考虑的因素有以下几点：

(1)地基承载力。明确场地或上部建(构)筑物的形式和用途，确定设计的地基承载力。这是确定软基处理方案以及进行深入设计的基础。

(2)地基允许的工后沉降。明确场地以及建(构)筑物的沉降要求，设计关键是满足建(构)筑物的使用要求。一些对沉降要求不高的场地(例如储煤场)，选择经济的软基处理方法，可以有效地控制成本。

(3)地质情况。这是确定软基处理方案的重要因素，不但要了解原场地土层的性状，还需对回填后的土质情况作出准确的判断。

(4)自然环境及周边环境。确定软基处理方案时，应该考虑环境对该方案的可实现性，例如外购回填料时砂源、土源的选取，雨季对碾压施工的影响等。

2 如何选择软基处理方案

软基处理的方法应与厂地平整的方案配合进行。归纳起来讲，形成场地的施工方法大致可分为4种：①无需回填或回填量较少；②干填法施工；③吹填法施工；④干湿结合法施工。

以下针对上述4种场平方式，并结合不同场地下部土层的地质情况，介绍如何选择软基处理方案。

2.1 基本无需回填或回填量少

软基处理的主要对象是场地原有土体。这种情况应对场地下卧土层进行详细地了解，包括软弱土层的分布情况、软弱土的物理力学特征、地下水的分布情况等。下面按软土分类推荐相适宜的软基处理方法。

(1)素填土、杂填土、碎石土、低饱和度的粉土等，其经济快捷的处理方法是采用强夯法进行加固。

(2)砂土。可采用振冲密实法或强夯法。

(3)淤泥以及淤泥质土等饱和软黏土层。软黏土的主要物理力学性质是：①天然含水量高、孔隙比大；②透水性低；③高压缩性；④抗剪强度低；⑤触变性；⑥流变性。

由软黏土的特性可见，含该土层的地基在承载力和沉降方面将受到较大的影响，特别是当软黏土层厚度大、埋深浅时，该地基无法满足电厂场地的强度和变形要求。

另一方面，由于软黏土多处于饱和状态，且透水性低、渗透性差，土层需要较长的固结时间，孔隙水方可缓慢地排出土体外。

因此，强夯等瞬时施加高能量的加固方式不适合此类土体，较好的软基处理方法是施插排水板，增加土体的竖向排水通道，并通过堆载或真空将土中的水排出，以达到提高土体强度的目的。另外，也可采用水泥土(深层)搅拌桩、刚性桩复合地基法或堆载挤淤法进行处理。

(4)粉煤灰用作地基土。粉煤灰具有下列特性：①性状上基本属于粉土、粉砂性的无黏性土，因而具有类似粉土的性质；②持水性大、孔隙比大、颗粒小、质量轻、含水量高，具有淤泥特性；③强度低、压缩性高；④不均匀性；⑤高压缩性，其压缩系数α0.1～0.2=0.68 kPa-1；⑥固结快。

粉煤灰具有类似于粉土的特性，且渗透固结性能理想，适合采用强夯法进行加固，而且粉煤灰持水量大，降水强夯的效果会更好。另外，也可采用水泥土(深层)搅拌桩、刚性桩复合地基法进行处理。

(5)粉土。可采用水泥土(深层)搅拌桩、刚性桩复合地基法处理。

2.2 干填法施工

干填法施工是采用开挖、运输等机械设备，并配以碾压、整平机械，开挖附近山体的岩土材料回填到填方区，或由陆地向海域推进回填的一种施工方法。

回填区若采用桩基，则需要严格控制回填块石的块径，严禁回填块径>20 cm的大块石，否则会给后期的桩基施工带来不必要的麻烦。特别是在修筑围堰时，应充分考虑建筑物基础和后期扩建建筑物基础施工可能会遇到的问题。

2.2.1 回填土层较厚且下部为深厚软黏土层

可采用堆载预压或真空预压进行地基处理。作为堆载取料的取土，山体土料开挖尽可能在塑料排水板施工后进行，以避免开挖料的二次搬运。同时，一次回填的厚度不宜过大，以免软土发生失稳而产生剪切破坏。在没有预先修筑围堰的情况下进行干填法施工时，应尽可能将较大的块石堆填在迎浪的方向，以减少海浪对堆填物的淘蚀。

2.2.2 回填土层下部为较薄软黏土层

可采用超高堆载挤淤的方法处理。在回填土的重力作用下，淤泥层会发生破坏和流动，随着回填施工的向前推进，淤泥逐渐被向前排挤，使得填土层下部的淤泥厚度变小或清除，从而达到清淤的效果。

重力挤淤一般适用于不要求全部清除淤泥的情况。排挤淤泥的厚度与下部淤泥的流动性和上部填土层的一次堆填厚度有关。可根据淤泥层的剪切强度指标设计出堆填层前缘的堆填层高度。

2.2.3 回填土层下部无不良土层

若回填土层下部土体承载力高，无需进行处理时，可直接对回填土进行分层碾压或强夯处理。回填土层较薄时，建议采用分层碾压；而对于大面积的厚层填土，采用强夯处理是一种行之有效的方法。对于厚度很大的填土层，也可以根据设计要求进行分层强夯。

开挖、堆填及强夯处理是滨海大型发电厂经常遇到的岩土工程问题。深圳前湾LNG电厂、惠州LNG电厂的全部回填区，台山核电厂的BOP区、台山电厂煤场填土区、华能海门电厂、阳西电厂、平海电厂填土区以及珠海电厂部分回填区，均是开山回填后采用强夯的方法处理填土。

2.3 吹填法施工

吹填法施工是采用挖泥船、吹砂船和输泥管等设备，将泥砂和水一起抽吹到回填区域，以形成场地或陆地。在海域回填中，采取吹填法施工与港池或航道的疏浚相结合，可以省去抛填港池淤泥的费用以及节省围海造陆土料的费用。

2.3.1 下部为软弱土层且存在挖弃的泥砂

可采用吹淤回填+堆载预压或真空预压的方法进行处理。利用附近的淤泥或泥砂作为吹填料吹填到回填区，与下部软弱土层一并处理。吹淤回填往往是与疏浚工程相结合，在海域回填的同时，附近港池和航道需要疏浚，存在大量挖弃的泥砂。

珠三角某电厂约15万m2海域采用吹填港池、航道淤泥来填海造陆，其软基处理即采用了真空-堆载联合预压的方法。

2.3.2 下部为软弱土层且需大量填土或砂

可采用插排水板+吹砂回填+强夯的方法进行处理。与吹淤回填基本相同，但所用吹填料为砂料。砂料来源可以是回填区临近海域的砂源，也可以是周围开采运输来的砂料。在采用干湿结合法施工时，吹填砂的高度应超出海水面，以便于地基处理。

吹砂回填区由于砂质疏松，一般也应进行加密处理，可采用振冲挤密或强夯密实等方法。

佛山某电厂的地基处理方法是：首先对下部淤泥及淤泥质土层施插塑料排水板，然后吹填砂料，利用上覆砂层作为堆载进行堆载预压处理；待软土层的固结度≥70%后进行强夯处理(强夯处理仅对松散的吹填砂层)。

2.4 干湿结合法施工

将干填法施工与吹填法施工结合起来，先进行吹填法回填，然后进行软弱地基处理，再进行干填法回填至设计标高。

一般情况下，在原海底有较厚淤泥层存在的大型滨海工程多采用干湿结合法施工。由于海底存在厚层淤泥，即使不吹淤回填，下部淤泥也需要处理，而水下进行软土地基处理非常困难，费用很高。吹淤回填后，原来需要进行软土地基处理的场地变成了陆地，从而降低了处理的难度，减少了地基处理的费用，其代价只是增加了处理层的厚度。

珠三角某电厂整个回填场地均采用干湿结合法施工，下部吹填淤泥至常年海平面以上后，即可进行水平排水砂层塑料排水板施工，上部再回填开山土进行真空-堆载联合预压、堆载预压以及塑料排水板+强夯的综合地基处理方法，其处理效果非常成功。

2.5 方案的灵活性

各个电厂的地质情况各不相同，即使同类土层也有各种分布状态，因此，上述的软基方案所推荐的方法并不能作为软基公式套用。在对场地进行软基处理方案选取时，应在确定软基处理设计方案要素的前提下，根据现场的实际情况选择最合理的软基处理方案。

本文在介绍软基处理方案时按厂平的几种类型分点进行了论述，但并不是选择软基处理方案在厂平之后，或受制于厂平方案，实际上两者是相辅相成、相互配合的。确定软基方案时应该与厂平一起考虑，才能获得最优方案。

表1列出了部分发电厂根据不同的软土层情况所采用的软基处理方案，供参考。

3 软基处理设计实例

在确定软基处理方案后，可结合软基处理方法的设计参数并依据相关的规范进行设计。在软基处理的设计过程中应设立试验区，获得经验参数后再大面积铺开施工。

以下介绍一个有代表性的电厂堆载预压-强夯工程实例，可作为软基处理的设计参考。

3.1 软基方案的确定

3.1.1 工程概况

某电厂为新建2×600 MW超临界燃煤发电机组，电厂邻近西江，大部分地段位于冲积平地之上(大多已开挖为鱼塘)，原始地面平均标高约为3 m；场地面层主要为0.5～4.7 m厚素填土+0～4 m厚粉质黏土，下卧4～13 m淤泥，再往下为约10 m土质较好的粉质黏土和强(中)风化砾岩。

表1 发电厂软基处理方案分类

(1)素填土①：场地中北部主厂区地段分布大面积填土，于2007年回填，经分层碾压处理，回填厚度0.50～4.70 m，褐黄色或棕红色，主要由黏性土组成，混砾石及碎石，粒径一般为1～4 cm，呈稍湿，以稍密状态为主，局部呈松散状态。

(2)粉质黏土②：灰色、灰黄色或褐黄色，含粉粒及少量砂，局部过渡为黏土。呈湿，可塑状态。该层在大部分钻孔均有揭露。层厚一般在0.70～7.10 m。

(3)淤泥③-1：深灰色或灰黑色，含有机质，质较纯，混少量贝壳碎片，局部含粉砂，夹粉砂薄层。呈饱和，流塑状态，部分呈软塑状态。该层主要分布于煤场地段，层厚在1.80～18.90 m，层顶面高程为-7.45～2.55 m，层底面高程为-16.90～0.67 m，标贯击数一般为1～4击，由于淤泥中夹有粉砂薄层，局部标贯击数偏高。

3.1.2 软基方案选择

A2区原场地平均标高为3.0 m(1985年国家高程)，场平标高11.15 m，平均填土层厚度达8.5 m以上。根据地质勘测资料，该区域下卧软土层平均厚度在8.0 m左右。

由于原场地存在深厚淤泥土层，必须对其进行堆载预压排水固结，而由于该工程的特殊性，回填土层对于淤泥土层来讲就是堆载，因此原淤泥土层可利用深厚的上覆回填土层作为堆载进行堆载预压排水固结处理。对于上覆回填砂(或吹填)层平均厚度达8 m以上，且回填时只进行了简单推平、碾压，土层疏散的，必须在下卧淤泥土层堆载预压的固结度达到70%～80%再进行强夯处理。施工步骤为：

(1)对淤泥土层进行堆载预压排水固结，先在淤泥土层插塑料排水板，使淤泥土层在回填土层的堆载作用下排水固结。

(2)对疏散的回填土(或回填砂层)进行强夯加固处理。

软基处理设计技术要求如下：

(1)对于上层回填砂土层经强夯处理后，砂土层承载力特征值fa≥120 kPa，Es≥8.0 MPa。

(2)对下卧淤泥土层经堆载预压排水固结处理后，平均固结度Ut'≥95%，承载力特征值≥80 kPa。

3.2 堆载预压

堆载预压区因无法解决回填土料问题而采用吹砂，因而下卧淤泥土为低强度软土，其强度不足以支持一次性完成，必须按分级堆载的方式进行，解决的办法是：按理论计算的分级间歇吹填，如图1所示。如果分级间歇吹砂施工存在问题，可借D、E区堆放堆载预压区所需砂料，然后再按堆载分级荷载及恒载间歇时间铺填砂料。

图1 理论计算的堆载预压t～p，t～图

3.2.1 堆载预压做法

对吹填砂料排水后的质量密度ρ进行测定，以便算出每级堆砂的总厚度d(d=ΔPi/ρ)。

在采用吹砂预压过程中，任何时刻作用于地基上的荷载不得超过地基土的极限荷载，以免地基失稳，因此应分级加荷，并控制加荷速率，待地基在前一级荷载作用下达到一定的固结度(该工程采用Ut'=70%～80%)后，再施加下一级荷载。

考虑到按理论计算的分级加荷施工工期太长，可通过有效监测，按实际监测结果修改加荷速率。一般沉降速率可控制在10～20 mm/d范围内，边桩测斜位移控制在4～6 mm/d范围内。

3.2.2 堆载预压法施工注意事项

(1)堆载施工时，应一边进料，一边推平至预定高度。

(2)根据监测资料，严格控制堆载高度、加载速率，保证各级荷载下地基的稳定性。

(3)防止堆载过高引起地基失稳，地基最大竖向变形≯10 mm/d，边桩水平位移≯5 mm/d。

3.3 强夯

在第一阶段堆载预压软土的固结度≥70%后，即可进行强夯施工。初定起夯面为11.15 m。

点夯夯击能为：第1遍、第2遍和第3遍点夯的夯击能分别为3 500～4 000 kN·m，3 000 kN·m，2 000 kN·m；第4遍满夯，单点夯击能1 000 kN·m。

3.4 监测结果

图2所示为堆载预压的荷载-沉降曲线。

图2 C3-M82荷载-沉降曲线

(1)从图2来看，堆载预压达到了预期的效果，堆载预压荷载加载过程中，地基保持稳定，土层沉降显现，82 d时该点的沉降量达764 mm，场地平均沉降为538 mm。

(2)通过固结计算，该点最终沉降为957 mm，固结度达80%。表明淤泥土层排水固结效果良好，堆载预压效果理想。

(3)利用强夯加固上部吹填砂，施工完成后，地基承载力满足设计要求，该软基处理设计十分成功。

参考文献：

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[3] 韩选江.大型围海造地吹填土地基处理技术原理及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

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