某电厂煤场挡煤墙地基处理方案比选分析

黄刚 马锋 占三军 赵辉

(湖北省电力勘测设计院有限公司 武汉430040)

引言

燃煤电厂封闭煤场挡土墙基础对地基的承载力要求较高,在天然地基承载力或变形不能满足上部结构要求时,一般要采用人工方法对地基进行强化处理。地基处理的常用方法有： 强夯法、复合地基、桩基等。本文通过对预制方桩、振冲碎石桩复合地基两种方案进行比选及技术经济分析,选择了技术上和经济上最优化的地基处理方式。

1 工程概况及区域地质情况

1.1 工程概况

某热电厂七期工程建设2 台330MW 亚临界直接空冷抽凝式汽轮发电机组,配套2 台1215t/h 亚临界自然循环汽包锅炉。因环保要求,拟建设本煤场封闭工程,即在原设有防风抑尘网煤场的基础上向北扩建,采用全封闭形式。储煤场堆煤总高度13.5m,储煤量约7.5 ×104t。

煤场主封闭结构采用大跨度空间网壳结构,网壳跨度86m,纵向长256m,高度36m,网壳纵向两端为钢结构山墙。沿纵向设高8m 的钢筋混凝土扶壁式挡煤墙,挡煤墙基础形式为条形基础。挡煤墙及干煤棚见图1、图2。

1.2 区域地质状况

在勘测深度范围内,工程场地内地基土共有三大层九个亚层：①层为杂填土,②层为黄土(粉土),③1层为粉土,③2层为粉土,③3层为粉土,③4层为粉土,③5a层为细砂,③5层,③6卵石层。

其中③层杂填土成份混杂,堆积时间短,厚度不均,属基础开挖范围; ②层黄土状粉土,稍密,其承载力标准值特征值为100kPa,且大部分属基础开挖范围,不能作为建筑物基础的持力层; ③1层粉土层,稍密-中密,为中等压缩性土层,承载力为170kPa,厚度较大,该层可作为附属建筑物的持力层; ③2层粉土层层位稳定,厚度大,稍密,承载力为150kPa; ③3层粉土层为中压缩性土,压缩模量较小,承载力200kPa,可作为桩基的持力层; ③4层、③5a层、③5层及③6层,密实度大、工程力学性质较好,但由于埋藏较深,但只能作为大型重要建筑物的桩基持力层。

图1 挡煤墙及煤棚示意Fig.1 Sketch of retailing wall and coal shed

图2 挡煤墙剖面Fig.2 Section of retailing wall

综上所述,勘测场地内②层黄土状(粉土)、③1层及③2层粉土不满足挡土墙的天然地基持力层及沉降的要求,需采用地基处理。

2 地基处理设计方案

2.1 地基处理技术上可行的方案

根据岩土勘测报告,结合当地地基处理经验,挡煤墙地基处理拟采用以下几种型式： PHC 桩、钻孔灌注桩、预制方桩、振冲碎石桩复合地基。由于PHC 桩水平承载力较低,且本煤场要求水平承载力较高,地震作用时会造成桩身水平承载力降低,根据以往工程经验判断,PHC 桩不能满足本工程挡煤墙基础水平承载力要求,因此首先排除; 钻孔灌注桩施工周期过长,不能满足工期要求,亦不能使用; 因此,需对预制方桩、振冲碎石桩复合地基做技术经济比较来确定桩型。

根据计算结果,当按两扶壁支撑柱间长度为一个计算单元考虑时,挡煤墙条形基础宽度为7.0m,单个长度为8.2m 时,该条形基础底总竖向承载力标准值约为5205kN,总水平承载力约为1977kN,倾覆弯矩为10032kN·m,要求地基承载力特征值最大值为200kPa 以上。

采用预制方桩(本工程桩为12m 长端承摩擦桩,桩端以③3层粉土层作桩端持力层)时,依据地勘报告估算,对边长500mm 的预制桩单桩竖向承载力特征值为600kN(考虑桩基的群桩效应时,桩中心距与桩径之比Sa/d=2.05/(1.13 ×0.5) = 3.63,承台长度与桩长之比Bc/L=7/12 =0.58,查表得： 承台效应系数为0.142,单桩竖向承载力特征值为644kN,水平承载力特征值为85kN; 当桩距采用纵向2.05m、横向2.0m时,基础下需布置4 排预制方桩,两柱之间桩根数为16 根。当偏心竖向力作用下最大桩基承载力为768kN,最小为216kN,要求单桩竖向承载力特征值大于640kN 即可,故预制方桩能够满足挡煤墙对地基强度和变形的要求。

振冲法适用于砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基,对不同性质的土层分别具有置换、挤密和振动密实等作用,对粘性土主要起置换作用,对砂土和粉土除置换作用外还有振动挤密作用。在以上各种土中施工都要在振冲孔内加填碎石(或卵石等)回填料,制成密实的振冲桩,而桩间土则受到不同程度的挤密和振密。桩和桩间土构成复合地基,使地基承载力提高,变形减少,并可消除或部分消除土层的液化。只要条件适宜,振冲法可用于电力工程各类建(构)筑物地基处理。根据本工程场地地层条件及本地区电力工程地基处理经验,经估算,当桩中心距Sa=1.8m,桩径d=1.0m,桩长12m 时,桩土面积置换率为0.28,处理后复合地基承载力特征值达到250kPa 以上; 且由于墙体埋深较大,如考虑土对墙体条形基础的摩擦系数为0.3 ～0.4,以及挡土墙外部压实引起的被动土压力加大,水平抗滑稳定性亦能满足。故采用振冲碎石桩复合地基能够满足挡煤墙基础对地基强度和变形要求。

综上所述,本工程采取预制方桩、振冲碎石桩复合地基在技术上均是可行的。

2.2 技术经济分析

预制方桩经济指标见表1。桩基布置：500mm×500mm,12m;方桩体积：V= 0.5×0.5×12=3m3,约992根。

表1 预制方桩材料经济指标Tab.1 Materials for precast square pile

振冲碎石桩复合地基经济指标见表2。桩基布置： 桩中心距Sa=1.8m,桩径d=1.0m,桩长L=12m,桩土面积置换率为0.28。考虑到碎石桩复合地基处理范围应大于荷载作用面范围,扩大的范围宜为基础外缘1 排至3 排桩距。碎石桩体积：V=0.28×256×(7.0+3.6×2)×10×2=20357m3,石垫层：V=2181m3。

表2 振冲碎石桩复合地基材料经济指标Tab.2 Materials for vibro-replacement stone column

通过经济比较,振冲碎石桩复合地基比预制方桩方案造价高。另考虑到施工的工期、费用控制要求,因此对挡煤墙基础地基处理采用预制方桩地基处理方式。

2.3 预制方桩布桩方案

根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94 -2008),结合其他工程试验结果和实践情况,按以下试验参数进行布桩： 采用静压式预制钢筋混凝土方桩,边长为500mm×500mm,桩长为12.00m(不包括桩尖),桩型号为图集《预制钢筋混凝土方桩》(04G361)中AZH -50 -12C。桩基布置如图3 所示。现场预制桩施工现场如图4 所示。

图3 挡煤墙基础方桩布置Fig.3 Layout of precast square pile retailing wall fundation

图4 挡煤墙基础桩基现场Fig.4 Construction site for the pile of the retailing wall foundation

3 结语

通过方案比选及技术经济分析,采用振冲碎石桩的复合地基及预制方桩均可以满足挡煤墙地基竖向承载力和水平推力的要求,但预制方桩比振冲碎石桩复合地基造价更为经济。因此,对本挡煤墙基础地基处理采用预制方桩地基处理方式是技术上和经济上最优化的方案。