高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目工程勘察问题探讨

刘水生

[摘要]高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目，拟建场地地形地貌复杂，岩土种类多，很不均匀，性质变化大。为顾客提供满足设计要求的产品质量服务，提供经济可行的特殊地基处理建议，预防或减轻不利环境影响以保护环境，为支持山西省资源型经济转型发展做出勘察单位的贡献。

[关键词]高硫煤；清洁利用；油化电热；一体化 文章编号：2095-4085（2018）05-0012-03

1 工程概况

为推动我国煤炭清洁高效利用，提升煤炭深加工技术创新水平，促进清洁油品来源多元化和高端化学品生产，支持山西省资源型经济转型发展，国家发展和改革委员会同意建设山西潞安矿业（集团）有限责任公司高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目。项目建设地点为山西省长治市襄垣县王桥新型化工工业园区，占地面积为365.75hm2。项目一期建设年产100万t油品的煤炭间接液化生产线，主要包括：4套77500hm2空分装置，4台300t/d干粉煤灰汽化炉，2套宽温耐硫变换装置，2套低温甲醇洗装置、2套50万t/年费托合成装置、1套油品加工装置、1套尾气制氢装置、4台410t/h高压煤粉炉、1台15MW背压发电机组，100MW余热发电机组及相应的公用工程和辅助工程。项目总投资为236.7亿元。拟建场地地形整体呈东高西低，最大高差达200m，场地所处地貌单元为剥蚀侵蚀丘陵区。根据功能和布置的需要分为5块区域，拟建场地需进行挖填整平处理。授山西潞安矿业（集团）有限责任公司的委托，我院对其拟建项目进行了岩土工程勘察工作。

2 工程勘察目的与要求

根据各装置设计单位提出的《岩土工程勘察技术要求》，结合适用的技术标准的要求，本次工程勘察的主要目的为：

（1）查明场地范围内的地形、地貌特征，有无不良的地质作用，对其成因、类型、分布范围、危害程度及发展趋势作出评价，对整个场地的稳定性、适宜性作出评价。

（2）查明建筑物范围内各层岩土的类型、厚度、分布及工程特性，分析评价地基的稳定性、均匀性及承载力，并提供地基变形计算参数。

（3）对场地地震效应进行评价，划分地基土类型和建筑场地类别，并对饱和砂土及粉土进行液化判别，划分属于对建筑工程抗震是否有利与不利地段。

（4）查明场地的水文地质条件，查明地下水埋藏情况、提供地下水水位及其变化幅度，并判定地下水及地基土对建筑材料的腐蚀性。

（5）分析评价天然地基的可行性，提出经济合理、技术可行的地基处理方案建议，提供桩基设计所需的岩土技术参数。采用基岩作为桩的持力层时，应查明基岩的岩性、构造、岩面变化、风化程度，确定其坚硬程度、完整程度和基本质量等级，判定有无洞穴、临空面、破碎程度或软弱岩层。

（6）提供基坑开挖及支护设计所需的岩土技术参数，论证其对周围已有建筑物和地下设施的影响。

（7）查明黄土地层的时代、成因，湿陷性黄土的厚度，湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力随深度的变化，场地湿陷类型和低级湿陷等级的平面分布，变形参数和承载力。

3 各阶段勘察工作的重点

依据勘察技术要求，结合本项目所处的区域地质条件，充分考虑各装置所处的位置和特点，保证按期、保质保量的提供满足顾客要求的产品质量及减少对周围环境可能带来的影响，本次详细勘察工作的重点为：

（1）拟建项目大部分装置所处的场地初步勘察为湿陷性黄土地区，详细勘察工作进一步重点查明湿陷性土的平面和竖向分布范围，湿陷的厚度，湿陷类型，湿陷等级，为设计单位提供合理的治理建议；外业勘探主要采用人工挖掘探井、人工采用一级土样、提供满足各种试验所需的试样要求。

（2）根据初步勘察阶段的勘察结果，对本拟建场地影响较为明显的构造主要有文王山地垒，文王山地垒西起襄垣常隆、东至潞城柳江沟，全长18km，东部较宽，走向NE740。该地垒为长治新裂陷盆地的北部边缘，为奥陶系中统灰岩构成的条带状、高度50～140m的低山，包括两条张性断层。南断层为一倾向SE、倾角700的正断层，断距210～400m。北断层为一倾向NW、倾角700的正断层，断距200～400m。文王山地垒位于拟建场地南侧约150m，受此影响，拟建场地的地层形成了错层，局部地段奥陶系灰岩出露，使得石炭系的岩石下沉，地层错乱。勘察时根据各装置的结构型式采用方格网布孔，当相邻钻孔地层出现差异时，及时加密钻孔，同时采用高密度点法、地震面波等物探方法协助确定岩层的分布情况，以确保工程质量。

（3）拟建场地因整平需要形成周围东、西、南、北四侧较大的边坡，查明有无不良的地质作用和地质灾害，对地质灾害的成因、类型、分布范围、危害程度及其发展趋势作出评价；查明岩土的岩性、成因、状态、分布及岩层产状、岩石风化程度和完整程度；提供岩土的抗剪强度指标、物理性质指标，并提供挡墙地基承载力特征值；对人工边坡的挡墙治理方案提出建议。

（4）拟建场地地处辛安泉域，辛安泉域内地层出露受构造控制。对处于奥陶系灰岩出露的场地外业勘察工程中要严格控制钻探工艺，避免造成对环境的影响，建议设计单位尽量调整工艺布置，避免造成生产产生新的环境影响，污染辛安泉域的水质。

（5）拟建场地原有的冲沟因整平场地进行了回填，勘察时对填土进行了勘察，搜集资料，调查地形和地物的变迁；查明填土的来源，堆积年限和堆积方式；查明填土的分布、厚度、岩性、物质成分、均匀性、密实性、压缩性；分析评价填土的稳定性和湿陷性；论证填土作为天然地基的可行性、提出填土处理方案的建议。

（6）室内试验和原位测试：土样物理性质试验，压缩固结试验，土壤导热系数试验，岩石饱和单轴抗压强度和天然状态单轴抗压强度试验，土壤电阻率测试，黄土湿陷试验，填土击实试验，抗剪强度试验，粘性土自由膨胀率试验等。

（7）严格按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）等适宜的技术标准的要求进行勘察工作。严格按质量、环境、职业健康体系标准的要求进行勘察工作，确保质量满足顧客的要求。

4 場地工程地质条件概述

4.1 场地地形地貌

拟建场地所处地貌单元为剥蚀侵蚀丘陵区。勘察期间地面标高介于921.39m～978.30m。

4.2 地基土构成及岩性特征

根据野外钻探、原位测试、室内土工试验结果，本次勘察深度范围内，地基土主要由人工填土、湿陷性黄土、粉质黏土、石炭系泥岩、砂岩、灰岩、奥陶系泥灰岩、灰岩等构成。

第①层人工填土（Q42ml），主要由整平场地所产生的湿陷性黄土、粉质粘土、泥岩碎块构成，成分杂乱，大部分地段难以取得不扰动土样。厚度随场地原始地形变化明显。

第②层湿陷性黄土（Q3a1+pl）：褐黄一黄褐色，含云母、氧化物、钙质结核等以粉质粘土为主，局部混有卵石。可塑一硬塑状态，具中一高等压缩性，湿陷性黄土的湿陷程度为轻微一强烈。局部地段分为湿陷性粉土和湿陷性粉质粘土两个亚层，如挡墙部分。

第③层粉质粘土（Q2pl）：红褐色，含云母、氧化铝、氧化物、大量钙质结核等。可塑一硬塑状态，具中等压缩性。因含有大量钙质结核、细砂、粗砂、角砾、夹有漂石等局部地段粉质粘土层分为两层。如净化装置回收硫单元。

第④层泥岩（C）：褐红色、灰黄色、灰白色，强风化～中风化，泥质结构，层理构造。强风化泥岩岩芯呈碎块状，岩体较破碎，属极软岩，岩体基本质量为V级。中风化泥岩岩芯呈短柱状，岩体较完整，属极软岩，岩体基本质量为V级。

第⑤层砂岩（C）：褐黄色、灰白色、灰黄色，强风化，碎屑结构，块状、层理构造，岩芯多呈块状，岩体破碎，属极软岩，岩体基本质量为V级，主要分布于厂前区、场地挡墙西北段。中风化砂岩主要分布于厂前区，岩体较完整，属极软岩，岩体基本质量为V级。

第⑥层泥灰岩（O）：黄褐色，强风化，泥质结构，夹方解石晶体，岩芯呈块状，岩体破碎，属软岩，岩体基本质量为V级。主要分布在火炬系统部分。

第⑦层灰岩（O）：青灰色～浅灰色，中风化，隠晶质结构，块状构造，岩芯呈柱状，岩体较完整，属较硬岩，岩体基本质量为Ⅲ级。

以上地层的分布和组合在不同的装置区域其排列结构不尽相同或有缺失。

4.3 场地地下水

本次勘探深度范围内揭露场的奥陶系、石炭系、第四系地层中均未见地下水，局部地段存在上层滞水。综合分析可不考虑地下水对工程的影响。

5 基坑支护和地下水控制建议

本工程依据工程地质条件和场地条件，基坑开挖可以采用放坡开挖，坡率可采用1：0.5。如基坑开挖深度范围内遇到上层滞水，可采用明排法进行降水。

6 场地湿陷性评价

根据本次勘察人工挖掘探井取样室内试验的结果，结合基础埋深，按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）进行黄土湿陷性评价，湿陷性黄土的湿陷程度为轻微一强烈，场地按不同的装置的评价结果为Ⅱ级自重湿陷性黄土场地、Ⅰ级非自重湿陷性黄土场地及可按一般场地进行设计的场地。

7 地基处理方法的建议

拟建工程装置较多，每一类型的装置中不同的构筑物对荷载和沉降的敏感程度不同，本次勘察针对不同的需要提出了合理化的地基处理建议。在满足上部结构荷载要求的条件下，能采用天然地基的一般采用天然地基。对需要处理湿陷性的装置和填土较厚的装置根据不同的需求建议采用换填法、强夯法、强夯置换法、灰土挤密法、夯实水泥土桩法等进行处理。采用桩基的装置，建议合理的桩型，经进行技术、经济比较后，推荐合理的桩端持力层，并阐明持力层的厚度变化、物理力学性质和均匀程度。南挡墙可采用天然地基，对局部填方地段建议在基底设置碎石垫层，挡墙基坑可采用1：0.5的坡率明挖。采用坡率法分级放坡，每级坡高控制在8m以内，每级台阶预留一定台宽。每级台阶设置截水沟，并在坡体外侧设置排水沟。坡面采用浆砌片石或混凝土骨架植草防护，局部岩质坡面采用混凝土封闭。对冲沟回填地段，可采用加筋土或其他措施加固回填土体。在现场条件允许的情况下优先考虑自坡顶卸土。坡顶植被绿化，进行合理密植，防止水土流失。建议埋设固定观测点，定期进行检测，直至各相关因素稳定。

8 结语

本文通过对山西潞安矿业（集团）有限责任公司高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目岩土工程勘察工作的再探讨，认识到工程勘察工作应严格执行本院质量、环境、职业健康安全管理体系文件的要求为顾客提供高质量的产品服务，对大型复杂工程项目（建设规模大、场地条件复杂）要有高度的重视，采用综合的勘察手段和方法，精心组织，对可能遇到的各种复杂情况要有充分的准备和应对方法。预防或减轻不利环境影响以保护环境，促进环境、社会、经济三者和谐发展。

参考文献：

[1]GB50021-2001，岩土工程勘察规范[S].

[2]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[3]GB/T50123-1998，土工试验方法标准[S].

[4]山西省勘察设计研究院.山西潞安矿业（集团）有限责任公司高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目岩土工程勘察岩土工程勘察报告[R].太原：山西省勘察设计研究，2016.