某發電工程主廠房地基加固設計

王鳳珍 徐永貴 康建強

(中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司，山西 太原 030001)

某發電工程主廠房地基加固設計

王鳳珍 徐永貴 康建強

(中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司，山西 太原 030001)

結合工程實際，對某發電工程主廠房產生地基不均勻沉降后，如何因地制宜地進行專項治理進行了現狀調查、原因分析和專題研究，實施的效果達到了設計預期，取得了良好的經濟效益和社會效益。

不均勻沉降，地基加固，注漿，袖閥管雙液壓力注漿法

1 工程概況

近年來對煤層氣的綜合利用發展迅猛，對環境治理的成效也十分顯著。某煤層氣綜合利用發電工程位于山西介休市義棠鎮1號風井工業場地內，于2015年1月順利實現并網發電，裝機容量39 MW。主廠房采用柱下獨立基礎，基礎埋深-2.0 m，基底換填1.5 m厚的3∶7灰土墊層。主廠房東北側于2016年1月發生不均勻沉降，廠房內填充墻多處產生“倒八字”裂縫，裂縫最大寬度為5 mm～9 mm，裂縫走向為由東至西向。

2 沉降觀測

受業主委托，設計院于2016年3月10日對主廠房建立沉降變形觀測系統，布設觀測點15個，并于3月23日進行了首次觀測，至2016年9月6日，共進行了7次觀測，觀測結果表明：

1)主要沉降區位于1號點、2號點、3號點、4號點、12號點、13號點、5號點附近，以4號點的沉降最大。

2)在枯水季節建筑物沉降較小，沉降速率接近穩定標準。但在雨季，以上各點的沉降速率及沉降量明顯增大。

3 不均勻沉降分析

設計單位于2016年3月對沉降較大的幾個位置布設人工探井勘察，通過探井取樣分析得出建筑物不均勻沉降的主要原因有以下幾點：

1)地基持力層和原勘察資料有一定出入。

該煤層氣綜合利用發電工程《巖土工程勘察報告》表明，主廠房地段原基礎持力層為②層濕陷性粉土，濕陷等級為Ⅰ級(輕微)，地基處理設計為換填1.5 m厚3∶7灰土墊層。現通過探井情況表明，在T5號,T6號探井(余熱鍋爐東側)灰土墊層下仍存在5 m厚人工填土，該層土為平場時人工堆填所致，該層填土未經處理直接作為地基持力層。

2)地基土含水量變化的影響。

根據現場走訪了解，主廠房原地貌類型屬沖溝地貌，主廠房橫跨于原沖溝的兩側黃土塬上，中部溝心位置最大深度約8 m，后期因場地平場需要回填，回填土在自重固結過程中產生一定量的下陷，導致廠房內出現過排水溝開裂、儲水池漏水的情況；主廠房回填土范圍為原沖溝位置，雨季來臨時，大氣降水也會積聚、下滲，特別是該地段原為沖溝溝心部位，屬于自然匯水和排水的匯集地，現人為回填阻礙了原有的排水渠道，造成排水不暢，產生積水現象。積水大部分下滲，通過人工探井試樣發現填土呈飽和狀態，地基土浸水增濕，引起土體結構發生改變，導致地基土承載力和變形指標的下降，從而加劇了地基土的不均勻沉降。在附加荷載作用下，產生豎向壓縮變形的同時還伴隨有一定的側向擠出變形，增大了建筑物的沉降變形及傾斜變形。

3)地基土的不均勻性影響。

從本次補充勘察的地質剖面圖上可見，在主廠房的東西向，持力層性質變化差異較大，鍋爐東側為沖溝溝口位置，回填土較厚，地基持力層位于①層回填土層上；西側靠近山麓斜坡，平場時屬挖方區，地基持力層為②層黃土狀粉土層，該層土在東西向構成的坡度為13%～21%，構成不均勻地基。

4 治理方案的優化設計

主廠房采用鋼筋混凝土框架結構，柱下獨立基礎，現廠房內梁、柱未發現明顯開裂情況，主要裂縫為填充墻上裂縫。綜合沉降觀測和補充勘察的作業成果，結合既有建筑內有限的現場實施條件，我們對主廠房框架柱基礎的地基加固進行了優化比選。

優化設計的基本原則是：安全、經濟、合理，并能方便、快捷的實施。

常規的加固方法為：置換法和地基加固法。

1)置換法：即直接托換的方法，比如在基礎范圍內鉆孔，采用靜壓鋼管樁、基礎周邊布置旋噴樁或靜漿裹石樹根樁，直接穿越填土地基將基礎置于性能穩定的原狀土上。這種方法的優點是直接、有效，但對施工作業條件有較高的要求，且費用較高。基于本工程加固的實施需在廠房內進行，廠房內原有設備、管道、溝道分布較多，不能影響運行，無法根據加固需要進行拆除，且廠房內空間十分有限，因此，置換法不適用于本工程。

2)注漿法：這是一種間接加固的方法，注漿孔主要布置于基礎附近，對地基下填土進行補強。通過改善地基下臥層的土質，提高地基土承載力和變形指標，從而控制建筑物繼續沉降，減小差異沉降，最終使建筑物地基穩定，使建筑物安全性及正常使用得到保證。這種方法布置靈活，適應于本工程場地條件，且相對費用低。

設計中采用了袖閥管雙液壓力注漿法對地基土進行加固。袖閥管雙液注漿法學名為雙套筒雙柱塞袖閥管雙液注漿法，是目前公認的一種比較先進的注漿工藝，其最大優點在于適應性強，對各種土層如砂層、粉土、淤泥層等均能進行有效的注漿加固，這種注漿工藝的優勢還在于能定深、定量、分序、分段注漿與多次復注，綜合劈裂注漿、壓(擠)密注漿與滲入注漿三種方法于一身。因此，往往能達到較好的注漿效果。設計的具體要求為：

a.注漿孔加固深度：注漿孔設計深度9.5 m，直徑65 mm，注漿間距1.5 m～2.0 m，排距為1.50 m，注漿分段長度為0.33 m，可根據場地條件靈活調整。對于變形較大的基礎部位，適當加密注漿孔。設計要求對基底以下的填土全部進行加固，并要求穿透填土層。

b.注漿材料：采用水泥漿水玻璃混合雙液。水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.9，水玻璃模數為3.2，濃度為40°Be。水泥漿與水玻璃體積比為1.3∶1(或水玻璃摻量以水泥凝固時間控制，要求水泥漿的凝固時間控制在1 min以內，可由現場配比試驗確定)。

c.注漿壓力：控制在0.6 MPa～1.0 MPa。

d.注漿：待封殼料的強度達到0.3 MPa后，可開始第一輪次注漿，水泥用量為設計注漿量的50%。采用帶有雙向密封裝置的專用注漿槍注漿，注漿從下而上逐環進行，漿液水灰比為0.9，全孔注漿段注漿完成后，把鋁塑管插至袖閥管底，用清水把袖閥管內的殘留漿液清洗干凈。待凝12 h后，可開始第二輪次注漿，注漿方法同第一輪注漿，漿液的水灰比調整為0.8。同時注漿速度在孔頂、孔底的流量為15 L/min～20 L/min，其他部位為20 L/min～30 L/min。

e.注漿量：水泥漿水玻璃用量根據地層土質變化及觀測為準。單孔每米水泥注入量不少于80 kg。

f.終注標準：在設計注漿壓力下，注漿加固段土層吸漿量小于1 L/min～2 L/min，穩壓15 min終灌(主要在后序孔與二次復注時執行，先序孔主要是控制注漿)。

g.套殼料：采用以膨潤土為主，水泥為輔的低強度配方；水泥∶土∶水的重量比為1∶1.50∶2.00。澆筑時，套殼料粘度為20 s～30 s，析水率為6%～10%，7 d齡期的抗壓強度為0.3 MPa。

h.注漿結束后，采用C20混凝土封孔至基底。

i.以基礎沉降穩定作為加固評價標準。

沉降速率小于0.02 mm/d～0.04 mm/d，即可認為基礎沉降已進入穩定階段。

j.加固過程中需密切進行變形監測工作，及時反饋動態調整加固設計、施工方案。

監測內容為：建筑物沉降觀測；基準點應布置在較穩定區域，應測定穩定的初始值；監測頻次：自加固開始后至結束期內，每周監測一次。

5 工程實施綜述

本工程于2016年11月1日正式開工，12月9日加固工程施工結束，有效工期39 d，至12月底的沉降觀測數據已滿足規范要求，2017年1月工程驗收合格。注漿孔施工采用Z-50地質鉆機引孔，主要施工機械設備如表1所示。

表1 主要機械設備配套表

雙液注漿工藝參數如表2所示。

表2 袖閥注漿工藝參數表

6 結語

既有建筑基礎沉降加固是永久性的結構課題，也是巖土工程治理的一項基本任務。本工程為理論聯系實際，為如何因地制宜找到最有效的途徑解決工程實踐中的疑難問題提供了一個可借鑒的成功案例。鑒于篇幅所限，有關的結構設計詳圖及沉降觀測數據與曲線就不在文中贅述。在此，一并感謝山西中能巖土工程有限公司和山西科匯工程質量檢測有限公司所提供的施工與檢測資料。

[1] JGJ 79—2012,建筑地基處理規范[S].

[2] JGJ 123—2012,既有建筑地基基礎加固技術規范[S].

[3] 葉書麟，韓 杰.地基處理與托換技術 [M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，1994.

Thebasictechnologyofthemainplantfoundationofaminecoalbedmethaneisused

WangFengzhenXuYongguiKangJianqiang

(ChinaEnergyEngineeringGroupShanxiElectricPowerEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

This paper combining practical engineering carried out the investigation about the current situation of the foundation’s non-uniform settlement in the main plant of thermal power station, good economical and societal results.

non-uniform settlement, foundation reinforcement, grouting, double liquid pressure grouting method for sleeve valve

2017-10-08

王鳳珍(1966- )，女，高級工程師

1009-6825(2017)35-0061-03

TU472

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