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岩土研究院

CFG桩用于冷却塔地基处理工程实例

334 2022-04-18 09:55:10

(一)工程概况和地质条件

天津盘山发电厂位于天津市蓟县。该厂一期工程为6500m²冷却塔两座,为钢筋混凝土薄壁塔,塔身±0.00标高处直径105.0m,塔高132.0m。拟建场地原为耕地,地形平坦,地基土层自上而下分布为∶

①层∶耕土层,厚度约0.5m。

②层∶粉质粘土层,可塑,中密,中等压缩性土,承载力标准值180kPa,平均厚度2.0ma

③层∶粉软粉质粘土层,软~流塑,稍密~中密,强度不均,承载力标准值约120kPa,平均厚度约4.5m。

④层∶粘土、粉质粘土层,可塑~硬塑,中密,中压缩性土,承载力标准值200kPa,平均厚度约4.0m。

⑤层∶11.0m以下为安山岩。地下水位于地表下3.0~4.0m。

冷却塔基础原设计为 800mm 和 4600mm 的钻孔灌注桩,桩尖支承于强风化或中等风化的安山岩上。根据初步设计方案,于1987年10月~1988年2月,做了三组共6 根静载荷试桩,其结果见表3-11-16。

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根据场地地质条件和试桩结果分析,以上原桩基础方案有下列不合理之处∶

(1)该场地地基土的承载力较高,而且比较均匀。根据计算,如不用桩基础,做条形基础,则要求地基的垂直与水平承载力分别为220kPa和48kPa。在该场地中,虽然原天然地基无法满足上述要求,但即使是地基中的软弱粉质粘土层,其垂直承载力也能达到120kPa。原桩基础方案几乎不考虑土的作用,因而不经济。

(2)由于冷却塔的上部结构荷载水平分力较大,水平分力与垂直分力之比为0.218 (48kPa/220kPa),而桩基础的水平承载力偏小,根据表3-11-16结果,其水平承载力与垂直承载力之比为0.056~0.13,因此桩基础设计是由桩的水平承载力控制的。鉴于以上原因,经研究后,冷却塔采用条形基础(基础宽5.5m),地基用CFG桩复合地基加固。上部结构对复合地基的要求为∶

(1)复合地基的垂直承载力标准值220kPa。

(2)水平承载力标准值为48kPa。

(3)差异沉降量小于等于0.5%。

(二)设计与施工概况

该工程地基处理设计的主要特点是要求复合地基的均匀性好,水平承载力高,地基的差异变形量小。CFG桩的设计参数如下∶

1.CFG桩强度

考虑到冷却塔塔身最大直径达105m,塔高132m,而塔身最薄处仅160mm,其整体刚度极弱,因此桩的强度应较高。另一方面,桩身强度过高,对于发挥桩间土的作用不利。综合考虑后,确定CFG桩强度C13,设计单桩承载力300kN。

2.桩长

根据地质资料,桩长确定为7.8~10.0m,施工中通过激振电流和贯人度控制。

3.桩径与桩距

CFG桩采用常规振动沉管桩机施工,成桩直径约380mm。为确保复合地基的均匀性,采用三角形密排布桩原则,桩距1.3mm。每塔按圆周划分为280等分,径向每排5 根、4根间隔,共布桩1260根,参见桩位图3-11-36。

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施工中采用隔排隔桩跳打工艺,以避免对相邻桩的挤压影响。施工从1990年9月至1990年11月,历时约75d。

(三)效果及评价

该工程竣工后,于1990年12月至1991年2月分别在现场抽查了16根桩做单桩和单桩复合地基垂直静载荷检验,检验结果复合地基承载力标准值为260kPa,符合上部结构设计要求。冷却塔于1992年底建成投产,截止1995年底的沉降观测资料,复合地基的绝对沉降量不超过10mm,差异沉降量亦小于设计要求值。采用CFG桩复合地基的总造价(包括方案论证前的大型现场试验费用)仅为原桩基础方案的1/3。