火力发电厂地基处理技术及其适用性研究

【摘要】1.1 强夯法机理 强夯法又名为动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将重锤提到高处使其自由落下夯击地基，从而使地基的强度提高、压缩到降低的方法。强夯法适用于处理碎石土、砂...

【摘 要】火电厂地基处理的目的，就是对软弱地基上可能发生的问题，如沉降、承载力偏低和渗漏等，采取一定的方法和措施加以改善地基条件，以满足火力发电厂各建（构）筑物对地基的要求。

【关键词】地基处理；软弱地基；不均匀沉降；工程造价；技术先进；经济合理

0 引言

目前，火电厂建设规模日益扩大，对地基的要求越来越高，难度也越来越大。随着火力发电厂机组规模大型化，越来越多的火电厂工程需要对天然地基进行处理，以满足火电厂各建（构）筑物对地基的要求。

1 强夯法

1.1 强夯法机理

强夯法又名为动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将重锤提到高处使其自由落下夯击地基，从而使地基的强度提高、压缩到降低的方法。强夯法适用于处理碎石土、砂土、粉土、粘性土、杂填土和素填土等地基，它不仅能提高地基的强度、降低其压缩性、还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性，所以还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基等。强夯法对于饱和度较高的粘性土，一般来说处理效果不显著，尤其是淤泥地基，处理效果更差。

1.2 强夯法的适用条件

强夯法同其他软土地基处理技术一样，也有其一定的适用范围和特殊要求。从火电厂工程实践经验看，强夯法加固软土地基的一个关键性问题就是土的粒径、土层特性及其含水量。一般认为强夯法目前除了对厚层淤泥质和淤泥不适用外，对一些类型的软土强夯效果还是比较好的。从土的性质分析，软土强夯效果决定于地基土的含水量、粒径级配及孔隙比的大小。此外，软土的土层性质也很重要。工程技术人员根据多年的火电厂地基处理工程经验，认为对含水量大于60%，孔隙比大于1.5，粒径小于0.005ram粘粒占30%以上的饱和软粘土不宜采用强夯法。国外，一些国家认为粘土粒径小于0.002mm不能用强夯法处理。中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定：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、杂填土、和素填土等地基，当采用在夯坑内回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换时，应通过现场试验确定其适用性。采用强夯法处理软土地基，其加固效果决定于地基土的渗透性，所以必须创造排水通道。因此在强夯时，为了取得更好的效果，根据软土的物理力学性质，可以采用综合加固方法进行。

2 换填法

2.1 换填法的加固机理

换填法就是筑物基础下的地基土层较软弱，不能满足上部荷载对地基的强度或变形要求时，将基础地面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂砾石、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等压缩性较低、性能稳定、无腐蚀性材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。当地基软弱土层较薄，而且上部荷载不大时，也可直接以人工或机械方法（填料或石填料）进行表层压、夯、振动等密实处理，同样可取得换填加固地基的效果。

2.2 换填法加固地基的适用条件

换填法适用于浅层地基处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的回填土等地基处理以及暗塘、暗洪、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。换填法还适用于一些地域性特殊土的处理：用于膨胀土地基可消除地基上的胀缩作用，用于湿陷性黄土地基可消除黄土的湿陷性，用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不匀以及岩溶与土洞等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。

3 振冲置换法

3.1 碎石桩法的加固机理

振冲碎石桩法是通过振冲碎石桩加固松、软土形成复合地基，在提高承载力、增强稳定性、减小沉降量、增强抗震性能力等方面效果显著。振冲碎石桩施工方法具有施工简便、快速，是一种较经济的加固地基施工技术。这种方法一方面利用具有强大振动力的振动器将砂土或粉土侧向挤出，减小孔隙使颗粒处于运动状态，并产生振动液化，实现加密效果。另一方面是利用振动器在高压水流作用下边振边冲，在地基中成孔，将碎石、卵石等粗粒料填入孔内并振密成碎石桩，碎石桩与桩间土形成复合地基，提高了承载力，也减小了沉降。

3.2 碎石桩法的适用条件

杂填土、饱和砂土、淤泥、粘土都属于软弱土，此类场地用振冲碎石桩施工法进行加固是适用有效的，但要进行认真、细致的分析，并采取必要的检测手段。对加固效果进行科学评价，使振冲碎石桩处理不同类型软弱地基的方案要进行优化选择。但具体选用时应注意以下几点：

（1）当需要加固的土体中含有大量的硬质巨块，如大块石、建筑垃圾等，则难以振冲成孔，构筑桩体。此时振冲法不宜采用。

（2）振冲制桩过程中，填料在振冲器的水平向振动力作用下挤向孔壁的软土中，使桩体直径扩大。

（3）振冲法尤其是振冲碎石桩法在施工的过程中置换出大量泥浆，若在市区或环保要求严格的地区，就要特别作好排污系统工程，进行文明施工，满足环保要求。

4 挤密法

4.1 灰土挤密法的加固机理

桩间的挤密主要包括打桩挤密、脱水挤密和膨胀挤密。由于在成孔的过程中，由于夯击的作用，桩孔处的料挤进桩周土层，使桩周土层空隙减小，密实度增大，承载力提高，压缩性降低。生石灰填入桩孔后，吸收桩周土的水分发生消化反应，生成熟石灰，同时桩身体积膨胀并释放出大量的热量，桩间土的温度高达40℃～50℃，这种现象将使桩间土产生汽化脱水，土中孔隙水压力消散，含水量降低，由于含水量降低，促进了桩周围地基的固结，提高了地基承载力。生石灰吸水消化后，桩体体积发生膨胀。生石灰体积膨胀的主要原因是固体生石灰吸水后体积增大崩解。体积的膨胀量与生石灰磨细度、水灰比、熟化温度、活性钙含量和外部约束等有关。生石灰越细，膨胀量越小；熟化温度越高，膨胀量越大；粉煤灰或火山灰等活性掺料量越大，膨胀量越小；外部约束越大，膨胀量越小。生石灰消化后，消石灰进一步吸水，电解成钙离子和氢氧根离子。钙离子与土中的二氧化碳发生反应生成碳酸钙，并在桩表面形成大约10cm的硬层。随着溶液中电离出的钙离子钙离子数量的增多，在碱性的环境中，钙离子与石灰桩围边土中的二氧化硅和胶质的氧化铝发生反应，生成复杂的硅酸钙水化物和铝氧钙水化物以及钙铝黄长石水化物。这种水化物形成一种管状的纤维胶凝物质，牢牢地把周围土颗粒胶结在一起，形成网状结构，使土颗粒连接得更加牢固，土的强度大大提高。

4.2 灰土挤密法的适用条件

灰土挤密法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基。它不仅可以部分地消除湿陷性黄土的湿陷性，还可提高湿陷性黄土和人工填土地基的承载力和水稳性，由于考虑了桩间土的承载力而显得比较经济，这样复合地基被看作一种现实、经济、合理的地基基础设计方法而得到广泛应用。

5 预制桩

5.1 预制桩工作机理

预制桩的施工方法有：锤击法、振动法、水冲法、静压法及钻孔锤击法等多种方法，锤击法是最古老却常用的基本方法。锤击法沉桩工作机理，是利用桩锤自由下落时瞬时冲击力锤击桩头所产生的冲击机械能，克服土体对桩的阻力，其静力平衡状态遭到破坏，导致桩体下沉，达到新的静力平衡状态，如此反复地锤击桩头，桩身也就不断地下沉。打桩时，桩头刺入土体中必然会破坏原状土的初始应力状态，造成桩尖下土体的压缩及侧移，土体对桩尖相应产生阻力，随着桩顶压力的增大，桩尖下土体的变形相应增厂状态形成塑性流动状态，塑性流动时，桩尖处土体形成连续滑动面。土体从桩尖的表面被向下和侧向压缩挤开，桩尖连续刺入并进入下层土体中，随着桩体的刺入，桩周表面受到由土体的强大法向拉力所引起的桩侧摩阻力的抵抗，当施加于桩头的压力和桩身自重之和大于上述这两部分阻力的总和时，桩就继续贯入土体中，直至设计标高，完成全部沉桩过程。

5.2 预制桩的适用条件

（1）持力层上覆盖为松软土层，没有坚硬的厚夹层。

（2）持力层顶面的土质变化不大，桩长易于控制，减少截桩或多次接桩。

（3）工期比较紧的工程，因已在工厂预制，缩短工期。

6 灌注桩

6.1 灌注桩工作机理

灌注桩是以机械或人力造孔，向孔内浇筑混凝土或钢筋混凝土所成的桩，用以支承建构筑物荷载。灌注桩能较为广泛的适应不同类型的地基土层，具有承载力高、耐久性好、就地灌注等优点，成桩直径和桩长可灵活调整，是常见的桩型。根据工艺不同分为人工挖孔灌注桩、冲（钻）孔灌注桩、旋挖成孔灌注桩、沉管灌注桩、后压浆灌注桩等。

6.2 灌注桩的适用条件

（1）沉管灌注桩适用条件基本与预制桩相同，现已广泛应用，可以采用单打，也可以采用复打工艺，主要依据土层的松密程度和单桩承载力来决定。

（2）水下钻孔灌注桩，此桩除了在碎石土，自重湿馅性土，砾石层中不宜使用，其余土层基本都使用。

（3）螺旋钻孔灌注桩适用于基本无地下水，且桩长有一定限制，一般不易穿过硬粘土层与砂砾石层，这种桩型属于非挤土型干钻孔桩，不需要泥浆护壁，因此施工周期比水下钻孔桩要短，现场无泥浆污染，此桩在火电厂建筑中使用较广。

（4）人工挖孔灌注桩，此桩适用于地下水较少，但对安全的要求很高。

7 结束语

总之，火电厂地基处理的方法很多，但须根据对场地地层结构的分析，对全厂的建（构）筑的地基处理进行分析优化，根据各建（构）筑物的不同特点，找出合理、经济的地基处理方案，为实际工程应用提供依据，以期达到“降低工程造价，提高经济效益”之目的。

【参考文献】

[1]李彰明.软土地基加固的理论、设计与施工[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]林树枝.建筑地基基础工程实践[M].北京，中国环境科学出版社，2003.