南疆火力发电厂地基处理设计分析

【摘要】针对南疆火力发电厂工程的地质条件特征，主要论述土建建构筑物地基处理方案及基础结构形式，比较了振冲碎石桩法和CGF桩法地基处理方案，分析了各自的优缺点和经济性。

【关键词】火力发电厂；振冲碎石桩法；CGF桩法

一、前言

南疆火力发电厂建设规模为2×660MW热电机组，采用抽凝式汽轮间接空冷发电机组，锅炉为超临界自然循环煤粉炉。以下主要论述土建建构筑物地基处理方案及基础结构形式，比较了振冲碎石桩法和CGF桩法地基处理方案，分析了各自的优缺点和经济性，并确定地基处理方案。

二、工程地质条件

1、地形地貌

厂区地形西北高、东南低，坡降不大，地面高程约1012～1015m。厂区地形较平坦、开阔，现状为西侧与北侧是盐碱荒地，植被发育，分布深约2～5m的排碱渠。

2、地层岩性及地基承载力特征值

在勘探深度40m范围内的岩土地层主要为第四系冲洪积物，岩性以粉土、粉砂和粉细砂层为主，浅层土质差异较大，人工扰动较厉害，土层有局部缺失现象，深层土质分布较均匀。现自上而下分述如下：

①杂填土：该层分布不连续，层厚0.2～2.0m。主要为粉土，含卵石、碎石及少量砖块。

②粉土：该层分布连续，层厚0.5～4.0m，层顶深度0～2.0m，浅黄～灰黄色，湿～很湿，松散，土质松散，含大量植物根系。

③粉砂：该层分布连续，层厚0.5～3.2m之间，层顶深度0.5～5.5m，灰黄色，主要成分为石英、长石，可见较多闪亮云母碎片，级配不良。

④粉细砂：该层分布连续，层厚7.7～19.00m之间，青灰色，灰黄色，湿～饱和，中密状态；土质均匀，级配较好，该层上部含少量粘性土颗粒。

地基土承载力特征值：

②粉土：fak=90kPa，Ck=9kPa，Φk=13o，γ=17kN/m3，Es=6MPa

③粉砂：fak=130kPa，Φk=15o，γ=18kN/m3，Es=6MPa

④粉细砂：fak=150kPa，φk=17o，γ=19kN/m3，Es=12MPa

三、地基评价

①杂填土：该层分布不连续，该地段局部经人工填土碾压处理过但该层厚薄不均一般在0.2～1.5m，基槽开挖时该层均被挖除。

②粉土：该层在场地内分布连续，层位稳定，厚度变化不大。该层多呈松散状态，工程性质较差，力学强度低。该层不宜作为重要建（构）筑物及一般附属建（构）筑物天然地基土。

③粉砂：该层在整个厂区分布较为广泛，层位较稳定，厚度变化不大。该层多呈稍密～中密状态，工程性质一般，力学强度一般。该层不宜作为重要建（构）筑物及一般附属建（构）筑物天然地基土。

④粉细砂：该层在整个厂区分布较为广泛，层位较稳定，厚度变化不大。该层多呈中密状态，工程性质一般，力学强度稍好，存在轻微液化。该层不宜直接作为重要建（构）筑物地基土持力层或持力层下卧层。

四、地基处理方案论证

针对类似本工程的结构类型、特点、荷载分布及对变形的要求，考虑场地的岩土工程条件、地下水条件、岩土参数的不确定性等因素，对本工程主要建筑物的地基处理方案分析如下：

在深度40m范围内的岩土地层中对地基方案有影响的主要为②粉土、③粉砂及④粉细砂，以上地层多属中等或中等偏高压缩性土，承载力低，且存在轻微液化，不宜作为重要建筑物的天然持力层，需采用人工地基，地基处理方案可采用振冲碎石桩及CFG桩方案。

1、振冲碎石桩

以碎石（或卵石）为主要材料制成的复合地基加固桩，采用振动加水冲工艺制造的碎石桩，称为振冲碎石桩。它的原理就是利用碎石置换原土（有时还具有一定的挤密作用）、形成复合地基，从而达到提高地基的承载力、减小沉降、消除湿陷和液化等作用。适用于砂土、粉土、粘性土、黄土及淤泥质土等。

振冲桩的长度，应按建筑物的允许沉降量及地基下卧层承载力验算结果确定。桩长不宜小于4m，也不宜大于18m；在有抗震要求时，桩长应按要求的抗震处理深度确定。

根据本厂区的地层岩土特点，用振冲碎石桩法进行地基处理的方式比较合适。桩体材料可用含泥量不大于5%的碎石、卵石等其他性能稳定的硬质材料，不宜使用风化易碎的石料。常用的填料粒径为：30kW振冲器20～80mm；55kW振冲器30～100mm；75kW振冲器40～150mm。

振冲桩处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，对于电厂主要建（构）筑物，振冲桩的间距应根据上部结构荷载大小和场地土层情况，并结合所采用的振冲器功率大小综合考虑。30kW振冲器布桩间距可采用1.3～2.0m；55kW振冲器布桩间距可采用1.4～2.5m；75kW振冲器布桩间距可采用1.5～3.0m。荷载大或对粘性土宜采用较小的间距，荷载小或对砂土宜采用较大的间距。

2、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）

以碎石、石屑、砂石和粉煤灰掺适量的水泥加水拌和，用各种成状机械在地基中制成强度等级C10～C30的桩，称为CFG桩。与碎石桩相比，该桩桩体具有粘结强度，桩的承载力主要来自于全桩长的摩阻力及桩端承载力，由于褥垫层对桩和桩间土的变形协调作用，桩距大小（置换率高低）并不影响桩、土承载力的发挥；CFG桩桩身强度高，可保证桩长较大时，全桩长发挥作用，充分利用土对桩的侧阻力、端阻力，不会像柔性桩、低强度桩一样受“有效桩长”的限制。因此CFG桩复合地基设计时，可以根据需要，灵活调整桩距和桩长，由次而形成的复合地基承载力的提高幅度有很大的可调性，可提高2～3倍或更高，就土性而言，该种桩型，适应于处理粘性土、砂土、人工填土、淤泥质土地基。CFG桩与其它符合地基的桩型相比，它的置换作用突出，这是CFG桩的重要特性。

CFG桩常采用振动沉管法施工，桩径一般设计为350～600mm，桩距应根据设计要求的复合地基承载力、岩土性质、施工工艺等确定，一般为3～5倍的桩径。CFG桩布置时可只在基础范围内布桩，大面积满堂处理时，宜采用等边三角形布置，桩距可适当放大，对单独基础或条形基础，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置，桩距应小些。

3、地基处理方案工程静态投资比较

两种地基处理方案均不考虑编制年差价的工程静态投资，振冲碎石桩法复合地基处理静态投资为1.52*950=1460万元人民币，CFG桩法复合地基处理工程静态投资16.15*100=1615万元人民币。以上不含降水和工程开挖费用，综合工程投资，CFG桩复合地基处理费用要远大于振冲碎石桩法复合地基处理的工程总投资。

五、结论

根据经济比选结果，从工程静态投资角度，振冲碎石桩法地基处理静态投资较CFG桩法地基处理静态投资略少155万元。综合考虑，振冲碎石桩复合地基处理比CFG桩地基处理有很大优势，在大型火力发电厂同类工程地质条件下采用振冲碎石桩复合地基最为合理。

参考文献

[1]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

[2]《南疆火力发电厂岩土工程勘测报告》