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岩土研究院

灰土挤密桩加固火电厂皿级自重湿陷性黄土地基

324 2022-05-26 10:31:00

(一)工程地质概况

该火电厂地处渭北黄土高原地区,场地主要由第四纪风积黄土Q3构成,在勘探深度为30m 的范围内,地层构造按岩性从上至下分为五层。第一层为耕土,厚度 lm左右;第二、三、四层为Ⅲ级自重湿陷性黄土,总厚度达 23m 以上;第五层为基本不具有湿陷性的黄土。各层土的主要物理力学指标见表8-13。地下水位在地表下80m 左右,该地区抗震设防烈度为7度。


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火电厂一期工程主要有;钢筋混凝土框架结构的主厂房,建筑面积15288m²2,七层,总高度 31.80m,平面呈 L 形,基础埋置深度一2,70m;钢筋混凝土烟囱,高 80m,基础直径12.6m,埋置深度一3.6m,双曲线钢筋混凝土冷却塔,高 40m,环形基础埋深一2.25m;另外还有沉渣池等。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》GBJ25一90 的规定,火电厂一期工程中主要建筑及构筑物地基自重湿陷量计算结果见表8-14。因此,必须对地基进行加固处理,以消除场地的湿陷性。


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(二)地基处理方案

1.地基处理方案的选择

根据GBJ25-90《湿陷性黄土地区建筑规范》,澄城火电厂一期工程主要建构筑物均属于乙类建筑。根据规范,在做好排水措施的同时,地基处理的最小厚度在自重湿陷性黄土场地上不应小于湿陷性土层厚度的2/3,未处理土层湿陷量不应大于20cm。通过对现有的几种地基处理方案比较后认为∶


(1)桩基方案虽能达到加固要求,但桩需穿透湿陷性黄土层抵达到可靠的持力层上,桩长需23m以上,且场区第五层黄土远非理想的持力层,因而该方案不经济也不理想。

(2)预浸水法加固方案虽可用于处理湿陷性土层厚度大于10m、自重湿陷量不小于50cm的场地,但施工周期长且需大量水资源,而澄城地区长年处于干旱缺水状态,水资源

贫困,电厂工期要求又紧,因此该方案也不能实施。

(3)化学灌浆加固方案也可用于处理深厚湿陷性黄土,但加固后土质均匀性较差且成本过高,尤其在土层深厚的大面积黄土场地上实施化学灌浆,费用太高,也不可应用。

(4)换填法可用于深度小于3m 湿陷性黄土的加固,对于超过5m 的黄土,则很不经济,因此也不可采用。

(5)夯实加固方案可用于处于饱和度小于 60%的湿陷性黄土的加固处理,但处理深度受到单击能量的限制,即使目前国内最大能量的强夯加固(单击能量为 8000kN·m),也只能消除 10m 左右厚的湿陷性黄土,不能满足地基加固的要求。

(6)灰土挤密桩加固方案可用于处理地下水位以上、土层含水量在12%~23%左右、孔隙比不大于0.80的大孔隙土,其最大处理深度可达15m,因此十分适合澄城火电厂的地基加固要求,所以,经研究决定采用灰土挤密桩加固方案处理澄城火电厂一期工程地基。

2.地基处理方案

根据地质勘探资料及设计基础底面的标高,主厂房下的湿陷性黄土厚 21m,钢筋混凝土烟囱下为 20m,双曲线冷却塔下为19m,沉渣池下为19m。基于自重湿陷性黄土层 20m 左右的厚度,因此考虑拟采用基底下设置整片垫层及深部打灰土挤密桩的综合处理方案,以控制其剩余湿陷量不超过 20cm。

根据场地下自重湿陷性黄土的厚度、不同布孔形式的挤密效果和打桩设备的情况,挤密桩布置成正三角形状,桩间距 2.0d(d为挤密桩直径),桩径 400mm∶在主厂房下,桩长13m;在钢筋混凝土烟囱、双曲线冷却塔和沉渣池下,桩长为 12m;同时在挤密桩上设置整片的灰土垫层,使自重湿陷性黄土的被处理深度超过实际厚度的 2/3,未处理土层的湿陷量小于2Ocm。灰土垫层厚度,在主厂房和钢筋混凝土区段,为 3.0m,双曲线冷却塔和沉渣池区段 2.5m。

设计布桩,主厂房区段 5509 根,钢筋混凝土烟囱区段1856根,双曲线冷却塔2186根,沉渣池 828根,共计10379根。

(三)地基加固效果

火电厂一期工程共处理地基 9320m²,实际共打挤密灰土桩 11265根。经对加固后的场地取样试验,场区内桩间土的湿陷系数和自重湿陷系数均小于 0.015,湿陷性全部消除,已属非湿陷性场地 。桩间土挤密后平均挤密系数均在0.93 以上,桩身压实系数平均达0.96 以上,均满足规范要求。地基载荷试验表明,最小承载力基本值也大于 280kPa,满足设计要求。

从结构施工开始至主体结构施工结束,通过对设置在主厂房17 个沉降观测点的观测表明,主厂房 70%的沉降量发生在主体结构和设备安装阶段,最大沉降量 23.lmm,最小沉降量15.2mm,沉降比较均匀;对钢筋混凝土烟卤、双曲线冷却塔及沉渣池等设置的观测点的沉降观测表明,钢筋混凝土烟肉的最大沉降量为12.5mm,双曲线冷却塔的最大沉降量为8.5mm,沉渣池的最大沉降量为10.5mm,沉降均较小;说明地基加固取得了良好的效果。

(四)经济分析

本工程采用12~13m 长挤密灰土桩加 2.5~3.0m 整片垫层处理深厚Ⅲ级自重湿陷性黄土地基比常规的 8m 长灰土挤密桩加 4m 以上的垫层方案每平方米省 40元施工费用,火电厂一期工程共处理地基 9320m²,共节约工程费 49.28万元,占地基处理费用的 29%,与其他方案相比,至少可缩短工期五个月以上。