沿海某火力發電廠軟土地基處理方案

李 旭

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

沿海某火力發電廠軟土地基處理方案

李 旭

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

結合某沿海電廠實例，介紹了軟土地基處理方案的選擇方法，著重闡述了采用換填、沉管砂樁處理電廠樁間軟弱土的原則和注意事項，為類似工程選擇多種方案處理軟土提供了參考。

換填，沉管砂樁，軟土，鉆孔灌注樁

在火力發電廠建設中，如果是地基良好的地區，土建投資約占總投資的20%～30%，但如果是地基不良的地區，地基處理將會成為影響項目工期和成本的制約因素，因此對于地基不良的地區，如何選擇合適的地基處理方案將是火力發電廠土建設計重中之重。

1 工程地質概況

某沿海電廠廠址地震基本烈度為7度，設計地震分組為第二組，地震動反應譜特征周期為0.50 s。該廠區下粉煤灰、中砂在地震烈度7度時將產生液化，最大液化深度9.10 m，液化等級輕微～嚴重。廠址區地層特征如下：

①粉煤灰：主要由粉煤灰、爐渣灰構成，堆填時間5年～12年，層厚1.30 m～5.90 m，層底埋深1.30 m～5.90 m，壓縮模量Es推薦值為2.6 MPa，地基土屬高壓縮性土。①-1素填土：灰黃色，濕，松散，主要由碎石、殘積土和粘性土組成，局部為塊石、漂石。分布在場地北部。層厚0.50 m～8.00 m，層底埋深1.30 m～8.00 m。②淤泥質粉質粘土：深灰、灰黑色，流塑～軟塑狀態，飽和，含貝殼碎屑和有機質，夾粉細砂薄層、混中粗砂顆粒。層厚0.30 m～4.30 m，層底埋深3.60 m～9.50 m，fak=70 kPa，Es=3.1 MPa，地基土屬中等～高壓縮性土。②-1中砂：淺灰～灰黃色，飽和，松散，局部粗砂，混貝殼碎片。層厚0.60 m～2.70 m，層底埋深2.20 m～7.30 m，fak=100 kPa，Es=4.2 MPa。③中砂：淺灰～灰黃色，飽和，松散，粒徑以0.25 mm～5 mm為主，局部粗砂，fak=120 kPa，Es=7.1 MPa，主廠房區域大部分地段缺失該層。④粘土：灰黃、灰白色、灰綠色，可塑～硬塑狀態，飽和。層厚2.20 m～9.40 m，層底埋深7.20 m～17.30 m，fak=160 kPa，Es=14.1 MPa，地基土屬中等壓縮性土。⑤殘積土：淺黃、灰黃色，可塑～硬塑，局部堅硬，其成分揭示為粘性土或砂質粘性土，含有石英中砂，局部含較多礫砂，混雜形狀大小不一的中風化母巖碎石塊。層厚0.70 m～7.40 m，層底埋深11.25 m～18.10 m，fak=180 kPa，Es=19.7 MPa，地基土屬中等～低壓縮性土。

全風化花崗巖：淺黃、褐黃色，巖芯呈砂土狀，手捏易碎。該層層厚0.70 m～8.30 m，層底埋深12.00 m～22.90 m，fak=250 kPa，Es=20.5 MPa。

強風化花崗巖：中粗粒結構，礦物成分主要為石英、長石，上部主要呈散體狀，下部以碎塊狀為主。該層層厚0.70 m～19.00 m，層底埋深21.20 m～35.00 m，fak=500 kPa，Es=33.6 MPa。

中等風化花崗巖：褐黃、肉紅色，中粗粒結構，塊狀構造，礦物成分主要為石英、長石。fak=1 500 kPa，本次勘測未揭穿該層。

2 地基處理初步分析

根據以上地質條件，對主廠房、鍋爐房、煙囪等荷載較大的建(構)筑物天然地基的強度和變形條件不能滿足設計要求，需采用樁基，樁基采用800 mm鉆孔灌注樁方案，樁端持力層選強風化花崗巖或中等風化花崗巖，由于中等風化花崗巖的基巖面起伏較大，當中等風化巖較淺時，按端承摩擦樁考慮，根據試樁的結果，有效樁長滿足19 m時即可滿足設計要求；當樁長超過25 m時，仍未到達中等風化巖，但當樁長進入強風化巖10 m，可按摩擦樁考慮。根據工藝的布置以及荷載資料，對主廠房、鍋爐房基礎埋深為-6.0 m，此時①粉煤灰已經被挖除，②-1中砂局部分布且厚度較小，③中砂在該區域大部分地段缺失該層，地震液化對此區域的影響較小，對鉆孔灌注樁的摩阻力的影響可以忽略。對于沉降控制要求較高的重要的附屬、輔助建(構)筑物，采用600 mm鉆孔灌注樁，樁端持力層選用強風化花崗巖，嵌巖深度不小于5.0 m，有效樁長約15.0 m。附屬建(構)筑物埋深較淺，一般在-2.5 m左右，粉煤灰和中砂的液化影響不能忽略。

從以上的地質條件可知由于①粉煤灰、①-1層雜填土、②層淤泥質粉質粘土以及中砂層等上層土土質松散軟弱、工程性質差，對樁基的豎向和水平承載能力和成樁質量影響較大，尤其是柱下水平荷載較大的建筑物，承臺下樁的數量往往取決于樁的水平承載力，因此為改善上層軟弱土層的物理力學性質，提高樁身豎向和水平承載能力，同時保證灌注樁的成孔質量和混凝土樁身的澆筑質量，改善地面設備基礎持力層特性，避免因設備基礎的沉降造成管道變形影響安全運行，需考慮對場地內的雜填土、粉煤灰、淤泥、松散砂土及灰場內填土進行淺層地基處理。

3 樁間軟弱土處理

根據地基土的分布及其工程特性，對樁間軟弱土處理可以采用換填法、復合地基處理。

3.1 主廠房及鍋爐區域樁間土處理

根據巖土工程勘測報告在主廠房、鍋爐區域，基底標高以下灌注樁頂部范圍普遍存在②層淤泥質粉質粘土、③層中砂，由于該區域基礎底標高為-6.0 m，地基較深，一部分軟弱土已經被挖除，從經濟上考慮，采用換填處理。換填應遵循以下原則：

1)回填材料選用級配砂石，并滿足JGJ 79-2012建筑地基處理技術規范第4.2節要求。

2)級配砂石換填壓實系數為0.97。采用振動碾時，分層厚度為200 mm～250 mm；采用16 t以上的振動壓路機時，分層厚度為400 mm～500 mm。施工時采用的施工機械、施工方法、分層鋪填厚度、每層壓實遍數通過現場試驗確定。壓實后的地基承載力特征值不小于150 kPa，換填處理后的樁間土應消除液化現象。

3)級配砂石的要求：中粗砂：選用當地的海砂(粒徑d在0.25 mm～2 mm之間)，含泥量不大于5%，卵石：選用粒徑d在20 mm～100 mm之間,含泥量不大于5%,以上材料均要求級配良好，不含植物殘體、垃圾等雜質。

4)基坑開挖時應換填時全部清除基底②層淤泥質粉質粘土層，②層淤泥質粉質粘土局部缺失地段，應清除基底1.5 m深度范圍內松散的③層中砂，然后采用砂石回填，分層振動碾壓換填至基底標高以上1 m。

5)施工質量檢驗應分層進行，并應在每層的壓實系數符合設計要求后鋪填上層。

6)換填處理完成休止期后，可采用靜力觸探試驗、標準貫入試驗等方法進行巖土工程檢測。墊層承載力通過現場載荷試驗確定。

3.2 附屬建(構)筑物樁間土處理

根據《巖土工程勘測報告》，本工程廠址淺層地基土覆蓋①層粉煤灰、①-1層雜填土、②層淤泥質粉質粘土、③層中砂等軟弱土層。另外，本工程場地地面高程多位于擬建電廠基底以下，屬典型的填方場地。附屬建(構)筑物埋深較淺，一般在-2.5 m左右，如果采用換填處理樁間軟弱土的，挖深較大，換填量也大，施工工期也長，經濟性能差。 荷載較大的建(構)筑物豎向力較大需考慮樁基，但由于基礎下軟弱土的存在，地震下土層還有液化現象，為了保證灌注樁成孔質量及樁身混凝土澆筑質量，提高樁基豎向及水平承載能力，擬采用沉管砂樁法。同時采用沉管砂樁形成的復合地基還可以解決部分設備基礎承載力要求不高，而天然地基不能滿足要求，采用灌注樁經濟性差等問題。同時考慮到廠區直埋管線和道路的安全，以及沉管砂樁施工法宜大面積連續施工的特點，廠區軟弱土層的區域統一進行處理。

沉管砂樁利用沉管制樁機械在振動沉管成孔后，在管內投砂料，邊投料邊上提振動沉管形成密實樁體，與原地基組成復合地基。沉管砂樁主要起到擠密、置換和排水作用，在本工程中沉管砂樁主要是起到改善樁周土的密實性和消除上層軟弱土層的地震液化的問題，提高鉆孔灌注樁的水平承載力。

沉管砂樁法施工前，應先清除建(構)筑物基礎底部1.5 m范圍內的粉煤灰，然后回填砂土。沉管砂樁處理后的地面標高為-1.0 m。

采用沉管砂樁處理軟弱土應滿足以下要求：

1)處理范圍：沉管砂樁處理后的復合地基應消除地基土的液化現象，在基礎外緣擴大寬度不應小于基底下可液化土層厚度的1/2，且不應小于5 m。

處理深度：沉管砂樁處理范圍應穿透回填砂土、粉煤灰、淤泥質土及下臥③層松散中砂。

2)沉管砂樁直徑采用400 mm，樁間距1.5 m，正方形布置，處理后復合地基承載力特征值不小于120 kPa；處理后復合地基壓縮模量Es≥10 MPa；復合地基回彈模量不小于30 MPa。

3)樁體材料采用中粗砂：小于0.005 mm的顆粒含量不得大于5%，最大粒徑不宜大于50 mm，砂樁機采用振動沉管式機械。

4)施工質量檢驗可采用標準貫入、靜力觸探、動力觸探或其他原位測試等方法。地基承載力檢驗應采用復合地基靜載荷試驗。

5)沉管砂樁施工時應注意：當施工時灌砂不連續會造成拔管時周邊軟弱土回灌形成斷樁；拔管時，采用一次性拔管法，應注意控制拔管速度，拔管速度控制在1.5 m/min～3 m/min，以保證成樁密實；在離地面1 m～2 m處，由于側向約束薄弱，不利于成樁，因此在灌砂時多灌5%，以防止樁頭形成短樁。

3.3 采用沉管砂樁處理樁間軟弱土還應注意的問題

1)沉管砂樁處理后的土層，由于排水固結的作用，后期沉降會偏大，因此對一些沉降敏感的設備基礎應注意不能僅采用復合地基，還要結合灌注樁來處理。

2)由于地基排水固結，會造成樁周土的沉降而引起樁側負摩阻力，對于本工程樁身為摩擦型樁可取樁身中性點以上側阻力為0來驗算基樁承載力；樁身為端承型樁應考慮負摩阻力引起基樁的下拉荷載。

4 結語

本工程經綜合考慮經濟性及工期要求等因素后，確定采用換填、沉管砂樁及鉆孔灌注樁聯合處理的方案。其結果基本能達到設計要求，且施工方法簡單、經濟性好，該工程目前施工進展順利。因而對大型火力發電廠在軟土地區的地基處理上應根據建(構)筑物的特點和地基的特性，來確定不同的地基處理方案或者是聯合方案，可節省地基處理費用和施工工期。

[1] GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[2] JGJ 79-2012，建筑地基處理技術規范[S].

Soft soil foundation treatment scheme of the coastal coal-fired power plant

LI Xu

(ShandongPowerEngineeringConsultingInstituteCo.,Ltd,Jinan250013,China)

Combining with coastal coal-fired power plant as an example, the paper introduces the soft soil foundation treatment scheme selection, and mainly describes replacing and immersed-tube sand pile processing soft soil principles and matters, which has provides some guidance for selecting various soft soil treatment schemes for similar engineering.

replacement, immersed-tube sand pile, soft soil, bored pile

1009-6825(2014)22-0063-02

2014-05-08

李 旭(1977- )，男，工程師

TU447

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