沿海地區熱電工程地基處理經濟技術對比方案

高 勇 王玉玲 高志剛

1 工程概況

某沿海新區熱電工程位于臨港經濟技術開發區,本期工程裝機容量為2×300 MW供熱機組+2×25 MW背壓機組。根據各建(構)筑物的結構特點、荷載情況及其對地基承載力和變形的要求,并結合廠區各區域的具體地質情況,對全廠建(構)筑物的地基、基礎方案進行了技術經濟比較,并提出了推薦意見。

2 工程地質和水文地質

2.1 地形地貌

本熱電工程位于臨港經濟開發區東部,地貌形態類型屬華北東部沼澤化濱海平原,總的趨勢是自西向東緩傾,坡降為1/10 000,廠址區地勢開闊、平坦,地面標高3 m～5 m。北側為新黃南排干渠,南部為新建鹽池,西側為蝦池。

2.2 地層巖性及物理力學性質

本廠址所處地層均以第四系濱海沖洪積(淤積)粉土、黏性土及粉砂為主,沉積厚度約500 m～550 m。本廠址區在勘探深度60 m范圍內,地層巖性自上而下可分為7層,按地層巖性特征、物理力學性質及埋藏條件,敘述如下:①層粉土:褐黃色,濕,中密,土質不均,干強度低,韌性差,搖振反應迅速,無光澤,振動析水明顯,局部呈流塑狀態,土樣極易變形,強度較低。②層粉土:灰褐色～灰黑色,濕,局部飽和,中密,土質不均,粉質感強,干強度低,韌性差。③層粉細砂:灰褐色,濕,稍密,砂質不純,含云母及少量粉土成分,局部夾粉土透鏡體。④層淤泥質粉質黏土:灰褐色～灰黑色,流塑狀態,略有腥臭味,本層底部多含貝殼,局部貝殼呈層狀分布。⑤層粉土:褐黃色,局部夾灰黃色,濕,中密,土質不均勻,局部夾粉質黏土或粉砂薄層。干強度及韌性低,搖振反應迅速,無光澤。⑥層粉細砂:灰褐色,濕,中密,砂質不純,含云母及少量粉土成分。⑦層:厚度較大,巖性為粉質黏土與粉土互層,在勘探深度60 m以內兩地層交替出現,層數一般為3層～5層。

2.3 地下水及水、土腐蝕性評價

根據現場調查及本次勘探,擬選廠址區淺層地下水位埋深1.30 m～1.60 m,年變幅0.5 m～1.0 m。根據分析結果,擬選廠址區地下水對混凝土結構具強腐蝕性;在干濕交替的情況下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具強腐蝕性,在長期浸水的情況下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有弱腐蝕性;對鋼結構具有中等腐蝕性。

3 主要建筑物地基選擇

3.1 主廠房區域建構筑物地基處理

3.1.1 打入樁

打入式鋼筋混凝土預制樁特點是:樁身強度高,樁身質量容易保證和控制,施工速度快,工期短,不受地下水位影響,不存在排漿問題。由于廠址區地下水對混凝土結構具強腐蝕性,根據GB 50046-95工業建筑防腐蝕設計規范的要求,預制鋼筋混凝土樁的結構設計,應符合下列規定:1)混凝土的強度等級不宜低于C35且水灰比不應大于0.4。2)混凝土的保護層厚度不應小于50 mm。3)混凝土樁宜采用抗硫酸鹽硅酸鹽水泥或鋁酸三鈣含量不大于5%的普通硅酸鹽水泥制作并摻入鋼筋阻銹劑。

1)高強預應力管樁。此類樁在工廠制作,產量大,質量有保證,強度高(強度達到C80),施工速度快,施工機械眾多,無泥漿污染,施工工藝成熟,質量易控制、有保證,適用于像本地區持力層頂面標高起伏變化不大、持力層以上為較軟地層且沒有堅硬夾層的場地。樁端持力層宜選在⑥層(⑥粉細砂層2 m,樁長約為24 m,預估單樁承載力特征值為2 000 kN)。經初步核算主廠房(包括汽機間、煤倉間、鍋爐)和煙囪區域樁與基礎總造價在5 000萬元左右,可大大節約造價,工期在45 d～60 d,工期大大縮短。

2)混凝土方樁。混凝土方樁樁體強度比預應力鋼筋混凝土管樁低(高強預應力鋼筋混凝土管樁C80,鋼筋混凝土方樁C30～C40),鋼筋混凝土方樁需現場制作,需占用大量現場做制樁場地,從預制到使用最少需一個月才能使用,所以按照現有工程量,若采用預制方樁,工期將至少要5個月以上,而且受天氣、養護條件的限制,施工只能在高溫季節進行,且樁身質量難以保證。采用方樁方案也需要進行工程接樁,地下水對樁身和樁頭也有很強的腐蝕性,加上樁身較重,施工難度較大。由于⑥層土為粉細砂層,考慮到現場打樁不宜穿透,本方案樁端進入⑥粉細砂層2 m,樁長約為 24 m,設計樁500 mm×500 mm。樁身混凝土強度等級C30。單樁混凝土工程量6 m3,預估單樁承載力特征值1 300 kN。當樁端持力層為⑦粉質黏土層(進入土層1 m)時,樁長約28 m,預估單樁承載力特征值為1 450 kN。

3.1.2 灌注樁

1)普通灌注樁。本方案樁端進入⑦粉質黏土層3 m,樁長約為30 m,設計樁徑1 000 mm,樁身混凝土強度等級C35。單樁混凝土工程量23.55 m3。預估單樁承載力特征值2 102 kN。

2)支盤灌注樁。其主要優點是:根據地質情況在土層中設置分支力盤及承力盤,發揮了樁土共同承力作用。根據地基評審會的討論意見,對支盤灌注樁進行了優化設計,最終參數確定為:樁端進入⑦粉土層3 m,樁長約為30 m,設計樁徑 700 mm,于⑥粉細砂層和⑦粉土層中各設置一個支盤,承力盤直徑1 400 mm,高度700 mm,樁身混凝土強度等級C35。單樁混凝土工程量12.55 m3。預估單樁承載力特征值2 500 kN。

3.2 技術經濟對比

本工程各種樁型技術經濟比較見表1。

表1 各種樁型技術經濟比較表

從表1可以看出,經 600 mm(110 mmA)PHC管樁、500 mm×500 mm鋼筋混凝土方樁、φ 1 000 mm泥漿護壁鉆孔灌注樁和φ 700 mm支盤灌注樁幾個方案的技術經濟比較,600 mm(110 mmA)PHC管樁較1 000 mm泥漿護壁鉆孔灌注樁、500 mm×500 mm鋼筋混凝土方樁、φ 700 mm支盤灌注樁分別節省投資4 974萬元、2 445萬元和126萬元,可以節約工期120 d左右。

4 結語

由以上論述可以看出,600 mm(110 mmA)PHC管樁技術可行,質量比較容易得到控制,而且比較經濟,施工工期比其他幾種方案縮短120 d左右,且無污染,不受季節影響,適用于該工程。

故本工程現階段建議采用600 mm(110 mmA)PHC管樁方案。

煙囪、灰庫、筒倉、轉運站、輸煤棧橋柱以及碎煤機室等其他上部荷載較大的重要生產建筑物,所處的地質情況基本同主廠房區域相近,因此地基處理方案同主廠房。

[1] GB 50046-95,工業建筑防腐蝕設計規范[S].

[2] GB 50046-95,地基基礎設計規范[S].