黄土沟壑地区电厂工程建设岩土问题探讨

赵海飞，呼和满都拉，赵志勇

（1.内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010011；2.鄂尔多斯市和效电力设计有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

黄土高原的东北部地区蕴藏着丰富的煤炭资源，随着国家煤从空中走能源战略的实施，此地区规划或者在建了许多大型的火力发电厂。电厂建设由于工程等级高，对地基土的要求也相对较高，且一般都由二至三期完工，施工周期较长，后期建筑物地基处理往往会影响已经建成的建筑物，同一个场地内其地基处理方法经常需采用两种或两种以上。而黄土高原地貌，沟壑纵横发育，形态复杂，发展速度快，地形切割严重，地形高差大，场地平整后地基土性质差别大，特殊的地形地貌加上黄土特有的湿陷性，导致地基处理也非常复杂。因此对于黄土沟壑地区的大型电厂而言，在工程建设过程中，面临诸多岩土工程问题。

本文通过对内蒙古鄂尔多斯地区某电厂建设时期岩土工程勘测及地基处理过程的分析研究，结合卫星影像图对原始地貌进行还原，仔细分析了电厂建成后出现的各类岩土工程问题，对各种地基处理方案进行了对比，优化选择，总结出该类地区大型电厂建设存在的主要岩土工程问题，并提出了合理的地基处理方案。

1 工程概况及岩土工程勘测成果

拟建电厂位于内蒙古鄂尔多斯地区。地貌单元处于准格尔高原腹地黄土峁上，厂址地势相对较高。原始地貌以黄土地貌为主，沟壑纵横。本工程一期2×150MW 机组工程于2006年8月完工，二期2×330MW机组工程于2010年5月完工。电厂一二期主厂房、空冷岛和锅炉房的大部分地段位于黄土峁的顶部,煤场、升压站及厂外输煤系统位于斜坡和深沟。经过现场勘测，场地内黄土状粉土垂直节理发育，含水量不高，呈中密—密实状态，压缩性较好；回填土厚度不均，压实不均匀，场地内地下20m范围内无地下水，且场地土为黄土状粉土，不需考虑地基土的液化问题。根据现场取样及室内土工试验，岩土体物理力学指标推荐值见表1。

表1 岩土体物理力学指标推荐值表

2 场地原始地貌及各期建筑物分布

通过收集场地原始卫星影像图片并进行数字化处理，还原出电厂各建筑物在原始地貌单元中的位置，从而归纳总结各建构筑物地段地基处理的针对性特点及方法。

通过影像图分析，场区范围内最大高差约60m，一期工程主要建筑物及大部分附属建构筑物均位于黄土卯的顶部,二期工程主要建筑物位于黄土卯的顶部,其他大部分附属建构筑物均位于斜坡及沟底部位。

3 工程建设遇到的岩土工程问题

3.1 不良地质条件发育

因主厂房建筑物承载力要求高，基底持力层承载力不能满足设计要求。一期工程占用整个场地较高的位置,主要建筑物地基处理采用了强夯法，将高处大量土方回填于二期场地的沟谷及斜坡地带，并未采取严格的碾压措施，因此造成二期工程建设时存在高回填土、湿陷性黄土、高边坡、深沟等多种不良地质条件。

3.2 地基处理复杂，需采用多种地基处理方案

本工程地基处理方案复杂多样，主要是由于一期电厂建设时未考虑二期而导致，若初期时将整个建设场地统一处理，将很大程度上降低地基处理难度。如场地统一采用强夯法处理，地基处理费用将降低50%以上，且可以大大缩短地基处理施工周期。

目前二期场地紧邻一期工程，部分建筑物位于一期场地内，因此地基处理施工需考虑对已有建筑物的不利影响，二期工程针对以上不良地质条件，采用了换土垫层法、强夯回填处理法、灰土垫层法、台阶式设计结合分层回填碾压等方法，同时加大基础面积和上部结构措施、结合桩基础等多种地基联合处理方案。

4 地基处理方案

4.1 主要建（构）筑物地段

由于基底持力层承载力不能满足设计要求。同时距离一期建筑物近，地层粘粒含量较高，含粉质粘土夹层，不宜采用强夯法进行处理，经过经济比对，桩基础成本高，决定地基处理方法为换土垫层法。

4.2 水工附属建筑地段

基础下清除①层人工填土以②层、③层或④层黄土状粉土及粉质粘土作为基础持力层或下卧层，但考虑到黄土状粉土遇水后承载力会下降，故要求对承载力要求高或可能漏水的建（构）筑物基底铺设一定厚度的灰土垫层，以防漏水浸泡地基土。

4.3 煤场地段

针对本地段地势相对较低，地面坡度较大及设计要求承载力相对较低等特点，采用台阶式设计，结合分层回填碾压的联合地基处理方案。充分利用了现有地形及场地平时开挖出的土方。降低了工程量，满足了设计要求。

4.4 场外输煤地段

①1层人工填土力学性质较差，不可作为构（建）筑物及道路的天然地基土使用，需采取地基处理措施。①2层人工填土经过不均匀人工压实，大部分力学性质较好，存在少量未压实的软弱夹层。作为输煤系统，该层地基土的强度满足要求，但可能会产生不均匀沉降问题。同时场地内深沟回填时形成陡峭高边坡，距离基础较近，需要对边坡进行处理，以防边坡失稳，影响建筑物基础稳定性。

因此，如果基础位于①2层或有限深埋后基础可以位于①2层回填土上，则可以①2层为持力层采用天然基础，并采取加大基础面积和上部结构措施来解决地基土的沉降或不均匀沉降问题；如果①1层厚度较大建议采用桩基础进行地基处理。

本次勘测在场地内发现数个老旧窑洞，窑洞上部力学性质较差，该地段基础需进行地基处理。综合考虑，地基处理采用桩基础、碾压换填或强夯。

5 强夯法分析

强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等，其作用可降低地基土的压缩性和渗透性，提高承载力或稳定性。现场原体试验结果表明，用强夯加固地基后，其压缩性可降200%～1000%，强度可提高到200%～500%，强夯加固的深度一般可达到8m 左右。黄土沟壑地区的电厂建设，地基处理需要同时兼顾黄土和沟壑两个问题，沟壑回填处理一般采用回填碾压和强夯，深大沟壑由于回填的厚度较大，因此采用强夯法更为经济。而人工填土强夯关键问题如下：

（1）含水量的控制上不必苛求。人工填土能否达到处理效果，通常人们自然关心土体的含水量配置。如灰土，实际操作上若含水量不控制在最优含水量附近区间，很难达到压实的干密度要求。对于强夯（通常单点指夯击能在1000kN·m以上）的情况则不然，最优含水量的概念并不敏感。含水量在5%～10%的范围，实际上就是弃土的天然含水量。用最优含水量衡量，显然这个湿度偏低，现场操作中并没有刻意掺水，但夯后的干密度、孔隙比、压缩模量和标贯击数等指标却达到了很高的水平。对于人工填土，这一点意义很大。大土方量，回填前要掺水拌和，可以想见是一件十分麻烦的事情，工作量非常之大。强夯对人工填土体的含水量要求比较宽泛，含水量偏低一些也无关紧要，这正好适用弃土的湿度情况，显示出强夯处理人工填土的优越性。

（2）夯前分层填筑填土且辅以初压是必要的。不能因为最终要进行强夯，就将土料杂乱无章地填起来，忽略了夯前处理。分层铺设填土并进行数遍碾压，使得回填工作有序，本身增加了填土的均匀性，同时土体具有一定强度，便于重型机械设备场地作业。此外，这样做无疑减轻了夯击工作的负担。此次夯击过程表明，当主夯点和间夯点达到停锤标准时，夯坑深度约在70cm 左右，夯坑很浅，没有必要进行夯点的加固夯。所谓加固夯就是通常夯坑超过1m时，场地整平夯坑回填后，对夯点复位进行的补夯。显然，土料杂乱无章地填起来不进行初压，同样的夯击能下夯坑会加深且易发生歪锤或提锤困难的现象，势必要增加加固夯。要知道，有序铺设填土并进行数遍碾压易于实现，而相比之下，增加加固夯却要困难得多。这一点对于填筑土体厚度很大时尤为必要，可以明显提高工作效率。

通过工程实例对比，强夯法比灌注桩基础节省60%的费用。同时高能级强夯技术的实践与发展使得强夯的应用更加广泛。

因此笔者总结出黄土地区电厂建设地基处理方案的选择一般遵循原则见图1。

图1 黄土地区电厂建设地基处理方案

6 结论

（1）黄土沟壑地区大型电厂建设，从安全角度考虑，尽量将主要建构筑物放在黄土梁或峁的高处，避免未来基础放在深厚回填土上。

（2）电厂主建筑物属甲类建筑物，需全部消除湿陷性，从经济方面考虑，一般采用强夯法来全部消除湿陷性并提高地基承载力；对于附属建筑物，属乙类建筑物，可以保留部分湿陷性黄土，进行湿陷量计算，部分建筑物可以不进行地基处理。但考虑到黄土的水稳性较差，为了防水，同时提高地基土承载力，一般采用一定厚度的灰土垫层进行地基处理。

（3）电厂建设周期长，黄土沟壑地区进行电厂建设，回填沟壑时尽量和地基处理结合起来考虑，统筹各期建设，考虑一次性进行地基处理和沟壑回填。可以采用分层强夯或分层碾压来统一处理，沟壑回填时应做好施工质量的检测工作。

（4）如果各期建设场地或主要建筑物和附属建筑物场地不能同时进行地基处理，后期工程建设往往会同时存在深厚回填土、湿陷性黄土、高边坡、深沟等多种不良地质条件，结合场地条件采取合适的处理措施，可以考虑换填法、灰土挤密桩法或桩基础。