浅议火力发电厂主厂房地基处理优化
2015-07-10
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核心提示：本文结合工程实例，介绍了软土区火电厂主厂房区域根据地质特点进行地基处理比选设计的一些经验。可为类似场地工程主厂房地基处理提供参考。
地基基础设计是火力发电厂土建设计的重要组成部分，其设计方案的优劣直接影响工程质量和土建造价。主厂房作为电厂的主要建（构）筑物，不仅上部荷重较大，同时对地基沉降的要求也较高，要求地基土具有较高的承载力和压缩性指标。本文结合某发电厂的工程实例，分析总结了软土区火力发电厂主厂房区域地基处理的一些经验，为类似场地工程地基处理提供参考。
1.工程概况
某火力发电厂位于内蒙古呼伦贝尔牙克石市。本工程拟以“上大压小”的方式在老厂场地上建设2X200MW国产燃煤供热发电机组，同步建设烟气脱硫、脱硝设施，厂内设换热首站并留有再扩建条件。
2.厂址工程地质
2.1地形地貌
厂址位于山前的平原与丘陵过度地带，海拉尔河与免渡河的冲积平原边缘上，该区域林地较多，场地东部、东北部较高，西部、南部较低，地面标高为670.18～682.21m。
2.2地层结构及岩性
根据地勘报告：场地地层岩性主要为杂填土、第四纪冲积的粉质粘土、粉砂，下部为冲洪积圆砾层。各层地基土物理指标见表1。
3.主厂房区域地基处理方案的选择
3.1主厂房的布置方案
根据工艺布置，本工程主厂房采用汽机房、除氧煤仓间三列式布置方案。汽机房跨度20m，除氧间跨度9.0m，柱距9m，共16个柱距。主厂房横向采用现浇钢筋混凝土框排架结构，由汽机房排架、除氧煤仓间横向框架组成；纵向结构体系采用现浇钢筋混凝土框架结构，由各柱列、纵梁组成。纵、横向均为自抗震体系。
3.2主厂房区域地基土分布
根据厂区总平面布置，主厂房位于厂区东南部。地面标高为672.0m左右，根据主厂房位置探孔（X10）揭露该区域地层岩性主要为②、④粉质粘土层，为中等压缩性土；③粉砂为松散～稍密状态。②～④层地基土承载力较低，地基土的承载力特征值在130～150kPa，工程性能较差，难于满足主厂房承载力及变形需要；⑤圆砾层顶板标高稳定，约为660m左右，承载力高，工程性能好，为理想的桩基持力层。
根据厂区竖向布置，主厂房±0.000m标高相当于绝对标高673.00m。主厂房基础埋深通常按-5m考虑，由6-6’地质剖面可以得出主厂房基础坐于②-2粉质粘土层上，该层土分布不均匀，承载力较低，工程性能差。
3.3地基处理方案分析与比较
根据场地岩土工程条件，厂区主要建筑物可考虑采用换填垫层法、桩基或复合地基。
3.3.1换填垫层法
换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。换填材料通常有砂石、灰土等。因主厂房荷载较大，换填3：7灰土不能满足承载力及变形的要求，因此主厂房地基处理采用换填碎石。
主厂房基础埋深按-5.0m设计，基底换填3m厚碎石，分层压实，压实系数不小于0.97。处理后的地基承载力特征值取250KPa。换填3m厚碎石垫层后还存在5m左右厚④粉质粘土层，按照《建筑地基处理技术规范》规定应进行软弱下卧层承载力及变形验算。
3.3.2桩基
由于桩基具有承载力高、稳定性好、沉降及差异变形小、沉降稳定快、抗震能力强，以及能适应各种复杂地质条件等特点而得到广泛使用。
从成桩方式上，桩基础可分为打入桩和灌注桩两大类。
（1）灌注桩
理论上讲，灌注桩可适用于任何地层条件。根据本工程条件，对几种桩型进行综合性比较后，初步认为采用非挤土的钢筋混凝土灌注桩较为合理。
（2）预制桩
预制桩单桩承载力高，属于挤土桩，桩打入以后其周围的土层被挤密，从而提高地基承载力。预制桩在工厂制作，质量宜保证，强度高，施工速度快，适用于持力层顶面标高起伏变化不大、持力层以上为较软地层且没有坚硬夹层的场地。缺点是噪音大、遇有相对硬层难以沉桩。
3.3.3长螺旋压力混凝土灌注桩复合地基
长螺旋钻孔压力混凝土灌注桩是在长螺旋干钻法基础上发展的压灌混凝土桩成桩技术，混凝土是从钻杆中心压入孔中，成孔、成桩由一机一次完成，是国内近几年来使用比较广泛的一种新工艺，属非挤土成桩工艺。具有穿透能力强、低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。
4.地基处理方案技术经济比较
根据对以上各种地基处理方案的分析，主厂房区域地基处理采用换填碎石垫层、钢筋混凝土灌注桩或长螺旋钻孔压力混凝土灌注桩复合地基均是可行的。
技术上，换填碎石垫层法施工简单，周期短，但因其换填厚度大，造成基坑开挖量大，碎石垫层换填质量难于保证；钢筋混凝土灌注桩方案能够提供较高的承载力，但其施工周期长，造价过高；长螺旋压力混凝土灌注桩复合地基地基承载力经深度修正后完全能满足主厂房承载力及变形要求，且施工效率高，质量容易控制，施工周期较短。
5.结论
基于以上分析比较，本工程推荐主厂房区域地基处理采用长螺旋钻孔压力混凝土灌注桩复合地基方案。桩径采用φ400mm，1.50m×1.50m正方形分布，有效桩长8.5m。
根据工艺布置情况及提供的主厂房初设荷载，结合我院多年的工程经验，对主厂房结构进行了初步的计算，并对主厂房基础进行了计算及布置。主厂房基础布置见下图：
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2011），中国建筑工业出版社.
[2]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），中国建筑工业出版社.
[3]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），中国建筑工业出版社.
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