某大型电厂主要建筑物地基处理设计

刘 平 喜

(太原理工大学，山西 太原 030024)

某大型电厂主要建筑物地基处理设计

刘 平 喜

(太原理工大学，山西 太原 030024)

以某大型电厂主要建筑物地基处理设计为例，分析了采用预制钢筋混凝土桩、预应力高强混凝土管桩、干作业钻孔灌注桩进行地基处理的优缺点，根据分析结果选取了钻孔灌注桩方案，指出该方案既避免了打桩困难，又保证了邻近电厂和矿区安全运行。

大型电厂，地基处理，钻孔灌注桩，承载力

1 工程概况

本工程规划建设规模为2×350 MW超临界直接空冷机组，本期工程建设规模为2×350 MW超临界直接空冷机组，配置2×1 190 t/h循环流化床锅炉，同步建设脱硝装置，同时采用炉内+炉外湿法脱硫。拟选厂址位于朔州市平鲁区内。

2 地质条件

厂区出露地层主要为第四系上更新统及中更新统松散层，厚度为25.0 m～50.0 m，分布于整个场地。松散层以黄土和碎石土为主，厚度20 m～50.0 m，下伏二迭系岩石地层。根据本工程拟建场地所在区域地层的地质年代、岩土的类别，结合相关资料，场地地基土40 m深度范围内岩土层划分为5个大层7个亚层，其中，②-1层和②-2层分层的依据主要是200 kPa压力下黄土层是否存在湿陷性，即为湿陷性土层和非湿陷性土层的界限。

分层土的物理力学指标统计及地基承载力如表1和表2所示。

表1 各层土主要物理力学性质指标推荐值表

表2 地基承载力特征值fak一览表 kPa

通过勘探和试验可知，本勘测场地在常规的200 kPa压力下②-1层黄土状粉土以及①-2层素填土具有湿陷性；因电厂建筑物荷载相对较大，在300 kPa～400 kPa压力下部分②-2层黄土(粉土)也显现了较强的湿陷特征。自重湿陷系数0.015～0.030，较轻微；湿陷性系数一般为0.015～0.050，为中等湿陷性土，而局部可达到0.070～0.100，具有较强烈的湿陷性。考虑到350 MW机组基底压力较大，本次室内土工试验测定湿陷系数的压力采用200 kPa～400 kPa。试验结果表明，该湿陷性土层厚度0 m～10.0 m不等，湿陷起始压力变化较大为30 kPa～180 kPa。

3 地基土评价

勘测场地内①-2层素填土、②-1和部分②-2层黄土(粉土)，在200 kPa～400 kPa压力下为Ⅰ级～Ⅱ级非自重湿陷性黄土，根据上部荷载情况，主要建(构)筑物采用浅层地基处理方法和复合地基形式不能满足设计要求。根据大型火电厂地基基础设计要求和现行国家及行业规程规范，地基处理后必须要满足基础的承载力、沉降量和稳定性的要求。本工程为350 MW机组，主要建(构)筑物等上部结构荷载大,本工程建(构)筑物基础底部受力层范围内的地基土承载力特征值较低，且存在Ⅱ级非自重湿陷性黄土，难以满足电厂建(构)筑物基础对天然地基的要求，因此需进行地基处理。

4 主要建(构)筑物的地基处理方案

为确保地基处理后的建(构)筑安全可靠，经济适用，且满足厂区周边情况的要求，针对厂区主厂房、锅炉(最大单柱恒荷载为3 200 kN)、烟囱等主要建(构)筑物对地基承载力和地基变形要求高的特点，采用浅层地基处理方法和复合地基形式不能满足设计要求，一般采用预制桩和灌注桩两种类型。本工程选择预制钢筋混凝土桩、预应力高强混凝土管桩和钻孔灌注桩处理三种方案，其比较特点如下。

预制钢筋混凝土桩在空地或工厂预制，加工时间相对短，容易控制桩身质量，施工速度快，质量检测工作快捷；实心截面钢筋混凝土桩的抗打击能力较好，可采用打入法施工，打桩同时可以挤密地基土，提高桩侧摩阻力和端阻力，混凝土强度利用率相对较高，单位混凝土竖向承载力造价较低，是较为经济的方案。预制桩时需要一定的预制场地，桩需要养护，预制方桩需要承受运输、起吊及打击应力，因此钢筋配置相对较多，由于抗震需要，还需考虑现场施工焊接接桩等工序，对焊接质量要求较严。

高强度预应力混凝土管桩(PHC)具有预制钢筋混凝土桩的特点，由于桩身空心抗水平力相对最小，可以在上部二次灌混凝土增加水平抗力。管桩还具有以下优点：PHC桩由专业厂家大批量自动化生产，桩身质量稳定可靠；PHC桩身采用高强度的混凝土和先张法预应力制作，因而承受的压力高和抗裂弯矩大，具有较强的工作性能，桩身能在严劣的施工环境下保持完好，大大减少裂桩，断桩事故的发生；PHC桩穿透能力强，在足够的压力下，可穿越较厚的砂质土层，确保桩端嵌固于较好的持力层；若采用静压施工，施工现场无污染和无噪声，可克服由于打桩造成对环境的影响；由于PHC桩采用环形截面，节约了混凝土量消耗，使混凝土强度利用率最高，因而混凝土单位竖向承载力造价最低，是最为经济方案。但由于管桩现场不能预制，需对外采购，采用需考虑预制厂家离电厂的远近、供货能否满足施工要求。此外，施工中应尽量避免截桩的情况发生，如出现截桩，则桩顶受到削弱，须采取标准图中的加强型构造节点。

灌注桩施工成孔方式可采用泥浆护壁成孔、沉管成孔、干作业钻孔。干作业钻孔灌注桩工艺简单，无需泥浆护壁，持力层检验清晰直观，桩长容易控制，施工中由于无振动、无噪声，与湿作业钻孔灌注桩相比，无排污带来的环境污染，保证了文明施工。当设备能够保证时，成桩效率高，施工速度快，施工工期易保证。存在的问题：由于施工桩需要排土，所以桩身对其周围土无挤压作用，桩侧摩阻力和桩端持力层的承载力相对较低，又由于单桩承载力高，对于荷载较小的柱基础桩的利用率低，单位混凝土竖向承载力造价最高，因此经济性相对最差。施工时要对桩身外形和桩端土层的施工质量严格控制，质检工作非常重要，要考虑全过程的旁站监理，单台设备日施工速度慢，工期较长。

由于本工程邻近有运行的2×300 MW空冷循环硫化床电厂和煤矿，若采用预制混凝土桩，预应力管桩打桩震动的噪声对邻近电厂输煤栈桥及煤矿矿区内建(构)筑物的环境影响较大。从岩土工程勘测报告条件分析，场地内①-2土层混有厚度不均匀的卵石，选用打入桩或静压桩不易通过。所以本场地主要建筑建议选

用钻孔灌注桩作为地基处理方案。

本工程进行了现场综合试桩工程，试桩报告推荐采用干作业钻孔灌注桩。根据试桩报告得出，试桩区域为主厂房西侧，试桩参数满足《建筑基桩检测技术规程》，干作业钻孔灌注桩，桩径800 mm。试桩桩身混凝土强度为C40，周圈均匀配置12Φ20的通长主筋及Φ8@150/300的螺旋箍筋,主筋保护层厚度40 mm，桩端取③层卵石层进行试桩，桩长采用30 m。相应桩极限承载力为11 666 kN,试桩得出相应土层侧阻和端阻参数见表3。

表3 桩极限侧摩阻力和端阻力统计表 kPa

5 地基检测要求

依据《建筑基桩检测技术规范》中的有关要求，基桩开始检测时间：低应变和声波透射法为受检桩混凝土强度不低于设计强度的70%，且不低于15 MPa；高应变和静载为桩身混凝土施工28 d后，且不短于施工结束15 d后。检测单位须有国家认可的有效资质，检测结束后检测单位须提交业主、监理及设计单位锅炉基桩检测评价报告，并说明基桩检测结果是否满足设计要求，验收合格后，方可施工下道工序。

在施工基础承台前，应对桩竖向承载力及桩身完整性进行检测。静载试验同一条件下不少于3根，高应变动测桩总数不少于总桩数的5%，桩身完整性检测下每柱承台不少于1根，低应变动测总数不少于总桩数的20%，声波透射法不少于总桩数10%。声波透射法在桩身内埋设2根声测钢管，声测管贴紧钢筋笼内侧对称布置，并固定牢靠；要求声测钢管有足够的径向刚度，避免碰扁；下端封闭、上端加盖、内管内无异物、防止泥浆倒灌入管内；连接处光顺过渡，且管口高出混凝土顶面100 mm以上，要求检测单桩极限承载力不小于1 000 kN。

6 结语

大型电厂主要建筑物荷载大，在自重湿陷性黄土场地，其地基处理采用浅层地基处理方法和复合地基形式一般不能满足要求，条件许可采用预制钢筋混凝土桩、预应力高强混凝土管桩较为经济。当浅层土混有卵石、避免对邻近建筑影响等条件制约时，采用钻孔灌注桩是较为合理方案。

[1] 中煤平朔安太堡低热值煤发电项目岩土工程勘察报告.太原：山西省电力勘测设计院,2012:8.

[2] JGJ 106—2014，建筑基桩检测技术规范.

[3] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范.

The foundation treatment design of main building in a large power plant

Liu Pingxi

(TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Taking the foundation treatment design of main building in a large power plant as an example, this paper analyzed the advantages and disadvantages of precast reinforced concrete piles, pre-stressed high strength concrete pipe piles, dry operation bored pile treatment, according to the analysis results, selected the bored piles scheme, pointed out that the solution avoided the pile driving difficult, ensured the safety operation of nearby mining area and power plant.

large power plant, foundation treatment, bored pile, bearing capacity

2015-09-16

刘平喜(1979- )，男，在读工程硕士

1009-6825(2015)33-0078-02

TU472

A