地基处理专题报告(1).doc

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100-FA04661C-T-Q01

寿阳煤层气热电联产工程初步设计

第9卷建筑结构部分

专题报告

（一）

厂区地基处理方案比较报告

工程设计综合资质甲级A111007467号

工程咨询资格证书工咨甲21820070008号

2012年9月北京

批准

：

审核

：

校核

：

编写

：

国核电力规划设计研究院2012年9月

寿阳煤层气热电联产工程初步设计阶段

目录

1.工程概况 1

2.厂址岩土工程条件 1

2.1地形地貌 1

2.2地层结构及岩性特征 1

2.3地基土的物理力学性质指标 2

2.4地震动参数及场地土液化情况 4

2.5地下水条件 4

2.6不良地质条件 4

2.7累年最大冻土深度 4

3.地基处理的必要性和可行性 4

3.1强夯法技术性分析 5

3.1.1强夯的施工参数 5

3.1.2强夯+卵石处理方式的施工参数 7

3.1.3冬季强夯施工时的注意事项 8

3.2CFG桩的技术性分析 8

3.3PHC桩的技术性分析 8

3.3.1桩的极限端阻力及极限侧阻力标准值 8

3.3.2PHC桩单桩竖向极限承载力估算 9

4.主厂房地基处理经济比较 9

5.各地基处理方案的优缺点 10

6.结论与建议 10

国核电力规划设计研究院2012年9月

寿阳煤层气热电联产工程初步设计阶段

1.工程概况

寿阳煤层气热电联产工程位于山西省寿阳县南燕竹镇白家庄村西南侧，厂址中心的地理坐标为：

东经113°4′49″，北纬37°55′19″。

厂址东南距寿阳县城中心约8.7km,东北紧靠307国道，东南与寿阳煤层气分输站相邻。

工程编号：

100-FA04661C。

本期建设一套120MW燃气-蒸汽联合循环热电联产发电机组，暂不考虑扩建条件。

2.厂址岩土工程条件

2.1地形地貌

拟建场地地形较平坦，地面高程一般为1047.96～1050.73m（1985国家高程基准）；该场地位于龙门河河漫滩地带

2.2地层结构及岩性特征

本次勘测勘探深度内揭露地层主要为耕植层、黄土状粉土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂。

根据地质时代、成因类型、岩性及分布埋藏特征，场地地层由新到老描述如下：

①耕植土：

黄褐色，稍湿、松散，土质不均匀。

主要成分为粉质粘土，含植物根系，尤其在厂区主要建构筑物地段有大量树桩，该层分布于整个工程场地，揭露厚度0.50m，相应层底高程1047.46～1050.23m。

②黄土状粉土：

褐黄色，稍湿，稍密。

土质松软不均，有较多植物根系和虫孔。

平均厚度1.64m，层底埋深0.80～3.70m，相应层底高程1045.46～1049.38m。

③粗砂：

黄褐色～褐灰色，湿～饱和，松散～稍密。

该层场地内分布普遍，厚度0.60～4.00m，平均厚度2.00m，层底埋深2.60～6.90m，相应层底高程1043.08～1046.73m。

③-1细砂：

黄褐色，湿～饱和，松散。

该层分布于场地局部地段，厚度0.70～1.70m，平均厚度1.26m，层底埋深2.50～4.00m，相应层底高程1045.98～1047.88m。

④粉质粘土：

褐黄色，可塑～硬塑状态，含粉土团块，局部夹薄层中砂或粉土层。

该层场地内分布普遍，揭露厚度0.60～3.30m，平均厚度1.99m，层底埋深5.10～7.60m，相应层底高程1042.16～1043.97m。

⑤细砂：

黄褐色，饱和，稍密～中密。

该层在场地均有分布，厚度0.40～4.00m，平均厚度2.09m，层底埋深6.20～10.50m，相应层底高程1039.97～1042.63m。

⑥粉质粘土：

褐红色，硬塑～坚硬状态，含粉土团块，局部夹薄层砂。

该层场地内分布普遍，揭露厚度0.90～5.40m，平均厚度2.89m，层底埋深8.50～12.00m，相应层底高程1035.91～1041.43m。

⑦细砂：

黄褐色，饱和，中密～密实。

该层在场地大部分地段有分布，厚度0.40～3.00m，平均厚度1.53m，层底埋深10.50～13.80m，相应层底高程1034.61～1040.23m。

⑧粉质粘土：

褐红色，硬塑～坚硬。

该层在工程场地均有分布，揭露厚度0.95～10.00m，平均厚度4.52m，层底埋深12.45～20.50m，相应层底高程1027.63～1038.27m。

⑨中砂：

黄褐色，饱和，中密。

该层在场地大部分地段有分布，揭露厚度2.00～3.60m，孔底埋深19.70～20.50m，相应孔底高程1027.98～1029.97m。

2.3地基土的物理力学性质指标

地基土物理力学性质指标推荐值见表2.3.1,各层岩土地层的承载力推荐值见表2.3.2。

国核电力规划设计研究院112012年9月

表2.3.1地基土主要物理力学性质指标推荐值一览表

地层编号及名称

天然含水率

天

然

密度

重力密度

天然孔隙比

饱和度

塑性指数

液性指数

自重湿陷系数

湿陷系数

湿陷起始压力

压缩系数

压缩模量

快剪

标贯击数

粘　聚　力

内摩擦角

实测击数

杆长修正击数

w

ρ

γ

e0

Sr

Ip

IL

δzs

δs

Psh

a1-2

Es1-2

c

φ

（%）

（g/cm3）

（kN/m3）

（%）

（kPa）

（MPa-1）

（MPa）

（kPa）

（度）

击

击

②黄土状粉土

24.9

1.64

16.0

0.981

63.6

6.8

0.27

0.005

0.012

57

0.64

3.2

12

20.6

3.3

3.4

③粗砂

11.3

10.7

③1粉细砂

5.8

5.8

④粉质粘土

23.1

2.00

19.6

0.660

94.7

12.4

0.25

0.18

9.2

60

11.2

11.1

10.5

⑤细砂

21.5

19.1

⑥粉质粘土

27.3

1.94

19.0

0.780

94.5

16.5

0.04

0.10

18.8

96

5.7

26.8

22.4

⑦细砂

28.2

23.7

⑧粉质粘土

20.3

2.00

19.6

0.584

90.1

13.5

<0

0.11

15.8

81

16.8

34.2

26.2

⑨中砂

24.7

17.7

表2.3.2 地基土各种方法计算的承载力特征值及推荐值

地层编号

地层名称

按物理性质

指标确定fak

（kPa）

按标准贯入试验击数确定fak

（kPa）

承载力推荐值fak（kPa）

②

黄土状粉土

/

112

90～110

③-1

粉细砂

/

＜140

100～120

③

粗砂

/

154

140～160

④

粉质粘土

240

268

150～170

⑤

细砂

/

199

180～200

⑥

粉质粘土

258

＞280

200～220

⑦

细砂

/

220

200～220

⑧

粉质粘土

375

＞280

250～270

⑨

中砂

/

309

260～280

2.4地震动参数及场地土液化情况

根据《寿阳煤层气热电联产工程场地地震环境及地震地质灾害初步结论》（山西省地震工程勘察研究院2012.5）场地地震动峰值加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度，本场地设计地震分组为第二组，地震动反应谱特征周期0.40s，厂址区建筑场地类别为Ⅱ类，场地土类型为中硬土，属于建筑抗震一般地段。

本工程场地为非液化场地，可不考虑地震液化影响。

2.5地下水条件

场地勘探深度内地下水类型为第四系潜水，主要受大气降水和地表径流补给，历史最高地下水位接近地表（1048.5m）。

场地地下水和土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均为微腐蚀性。

2.6不良地质条件

场地第②层为黄土状粉土，层厚0.30～3.20米，平均厚度1.64m，层底埋深0.80～3.70m，为湿陷性黄土，湿陷等级为轻微。

2.7累年最大冻土深度：

111cm，标准冻土深度：

80cm。

3.地基处理的必要性和可行性

厂区±0.000m相对于绝对标高为1054.14m，主厂房及燃机岛区域自然地坪标高约为1048.5m，空冷平台及电气建（构）筑物区域自然地坪标高约为1050.2m，厂前区自然地坪标高约为1050.6m，场平前应先铲除表层耕植土（包括厂区内的树墩、主根、基底上的植被垃圾及影响压实或影响场地使用的其它杂物），铲除表层耕植土后场地标高在1047.5m~1050.0m。

场地第一次整平标高为1053.0m，厂区回填厚度约为3.0m~5.5m。

由于主厂房、燃机动力岛、空冷岛等重要建（构）筑物对地基承载力及变形要求较高，回填土及浅层天然地基在强度、均匀性和地基变形上不能满足要求，同时②层黄土状粉土为湿陷性黄土针对这种地质条件，地基处理主要需解决提高地基承载力、减小地基变形和消除地基土的湿陷性等问题，且这些问题应该综合考虑。

另外本场地地下水位最高可达自然地表（1048.5m），进行地基处理时应考虑地下水的影响。

根据地质情况，结合当地地基处理经验，厂区建（构）筑物可采用的地基处理方案有：

①强夯法②水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）③高强预应力混凝土管桩（PHC桩）

3.1强夯法技术性分析

强夯法具有设备简单、施工速度快、成本低、技术比较成熟等优点。

针对本工程，强夯法地基处理分两种方式：

动力岛、空冷岛等重要建（构）筑物对承载力及地基变形要求较高，对以上区域可采用强夯时添加卵石的方式，对其他附属建（构）筑物采用强夯方式进行地基处理。

强夯工作开始前应将强夯场地回填至起夯面标高，厂区平整方案及技术要求见总交专业《场地平整设计说明书》。

因厂区地下水位较高，强夯前应采取降水措施，降低地下水位至③层土以下，降水工作应持续到强夯工作结束。

3.1.1强夯的施工参数

强夯夯锤重量一般可选用100kN～250kN，最大可采用400kN，夯锤底面宜为圆形，锤底面积宜按土的性质决定，强夯施工宜采用带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备。

强夯的单位夯击能，应根据施工设备、回填土及湿陷性黄土层的厚度和要求的有效加固深度和消除湿陷性黄土层的有效深度等因素确定。

并通过现场原体试验确定。

一般情况下可取1000～5000kN·m/m2。

强夯主夯点可按5.09m间距正方形布置，分两遍夯击（详见图一），满夯点为相切布置；拍夯点为搭接布置。

（详见图二），处理后的地基承载力预估fak=180kPa。

图一

图二

3.1.2强夯+卵石处理方式的施工参数

为了加强回填土的挤密效果，提高强夯地基承载力，降低压缩性，可采用强夯时添加卵石的方式。

夯坑中加填适量卵石进行置换，卵石尽量采用当地天然级配卵石，卵石粒径为200mm～500mm，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的10%。

在主夯点添加卵石，添加卵石的控制原则为：

在主夯点夯击次数为10击时，夯坑深约1.8～2.0m左右，将夯坑用卵石填满，然后继续夯击直至最后两击夯沉量满足要求。

其他试夯参数与不加卵石区域相同。

添加卵石区域共添加卵石约830m3，根据试夯处理面积，折合每平方米添加卵石约0.8m3。

夯锤重量可选用200kN，夯锤直径1.3m，主夯点间距为2.55m正方形布置，分两遍夯击（详见图三）；满夯点为相切布置；拍夯点为搭接布置。

（详见图二）。

处理后的地基承载力预估fak=250kPa。

图三

3.1.3冬季强夯施工时的注意事项

如果强夯工作在冬季进行时，应采取安全可靠的防冻措施，避免土层结冻影响强夯效果。

采用的措施有：

夯前进行覆土保护；夯击过程中，在入夜前进行遮盖保护；强夯工作结束后用炉渣及覆土保护。

3.2CFG桩的技术性分析

CFG桩是介于刚性桩于柔性桩之间的一种桩。

CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作。

CFG桩桩径d=0.4m，桩长l=12m，间距1.3m梅花形布置。

单桩承载力特征值可按下式估算

Ra=3.14*0.4*30*12=452kN

复合地基承载力特征值按下式估算

=6.4%，=0.1257m2=80kPa

=275kPa

3.3PHC桩的技术性分析

根据岩土报告结果，①～⑦层地基土由于其自身工程性质、厚度、埋深等条件，均不适宜作为桩基的桩端持力层。

⑧层粉质粘土工程性质相对较好，但桩端阻力标准值较低，对主要建（构）筑物的桩基采用摩擦端承桩。

3.3.1桩的极限端阻力及极限侧阻力标准值

根据地质报告结果，桩的极限侧阻力标准值qsik和极限端阻力标准值qpk列于表3.3.1。

表3.3.1

岩性名称

桩的极限侧阻力标准值qsik（kPa）

桩的极限端阻力标准值qpk

（kPa）

混凝土预制桩

钻孔灌注桩

混凝土预制桩

钻孔灌注桩

①耕植土

—

—

—

—

②黄土状粉土

40

38

—

—

③粗砂

75

75

—

—

③-1细砂

25

22

—

—

④粉质粘土

75

70

—

—

⑤细砂

55

50

—

—

⑥粉质粘土

90

85

2800

900

⑦细砂

60

55

2500

800

岩性名称

桩的极限侧阻力标准值qsik（kPa）

桩的极限侧阻力标准值qsik（kPa）

混凝土预制桩

钻孔灌注桩

混凝土预制桩

钻孔灌注桩

⑧粉质粘土

95

90

3500

1000

注：

表中混凝土预制桩桩长按9～16m考虑；钻孔灌注桩桩长按10～15m考虑。

3.3.2PHC桩单桩竖向极限承载力估算

桩径：

Φ=500mm。

主厂房基础埋深-4.50m，进入层⑧1m时，桩长约16m。

按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.3.3条计算单桩竖向极限承载力标准值：

=（3.14*0.5*（3*（-10）+1.2*40+1.9*75+1.5*75+2.1*55+4.5*90+3.3*95））+0.8*3.14*0.2*0.2*1000）=1838kN

4.主厂房地基处理经济比较

本工程主厂房长51m，宽16+8.1=24.1m，共A、B、C三列，①～⑧轴。

根据PKPM初步计算主厂房柱脚轴力标准值A=3000kN，B=4700kN，C=2500Kn。

基础埋深-4.5m（局部-5.5m）。

各方案的经济比较见下表

地基处理方式

工程量

费用

强夯+卵石

强夯面积S=2065㎡，置换卵石体积：

1652m3，3:

7灰土垫层体积：

1030m3

55万

CFG桩

CFG桩根数为414根，CFG桩体积：

670m3，碎石褥垫层体积：

620m3

74.5万

PHC桩

CFG桩根数为287根，PHC桩体积：

780m3

134万

根据上表可判定，地基处理费用由高到低分别为：

PHC桩、CFG桩、强夯+卵石。

5.各地基处理方案的优缺点

1）强夯法具有经济易行、效果显著、设备简单、适用范围广、节省材料、基坑开挖工程量小和施工周期短等特点，特别适用于大面积回填地基处理。

缺点：

施工过程中振动较大，容易扰民；对水比较敏感，如地下水位较高，需采取降水措施。

2）CFG桩复合地基优点主要有：

处理后的地基强度高，抗变形能力强。

缺点：

桩体养护时间长，冬季施工难度大。

3）PHC桩优点有：

单桩承载力高，桩身为工厂预制，施工进度及质量易控制，施工受冬季影响小。

缺点：

工程造价高，采用机打方式沉桩时有一定的噪音污染。

6.结论与建议

综合上述因素，本工程主厂房、动力岛及空冷岛等主要建（构）筑物建议采用强夯+卵石法进行地基处理。

辅助附属建（构）筑物多为单层建筑，柱脚荷载较小，采用复合地基较为合理，根据地质情况，结合当地处理经验，可采用强夯或干振碎石桩。

因辅助建（构）筑物零米设施较多，如采用干振碎石桩，需满布，且回填土厚度较大，桩长较长，所需碎石量大，造价较高。

采用强夯法处理，具有造价低，施工速度快，且零米设备不需二次处理等优点。

故一般辅助附属建（构）筑物建议采用强夯方式处理。

地基处理方式

参数

费用

优缺点

强夯置换

卵石置换，500mm厚灰土垫层

83万

地基承载力特征值可达到220kpa~250kpa。

PHC桩

桩径500mm,

桩长18m,287根

134万

单桩承载力特征值可达到950kN，费用高。

CFG桩

桩径400mm，桩长9m

156万

能满足建构筑物承载力及变形要求，费用高。

换填碎石

碎石厚4m

143万

地基承载力特征值可达到300kpa，费用高。

对施工质量要求高。

干振碎石桩

桩径500mm，桩长9m

60万

地基承载力特征值可达到180kpa~200kpa，

水泥土搅拌桩

桩径400~500mm，桩长m

万

地基承载力可达到特征值120kPa~150kpa。

适用于附属构筑物

主厂房地基处理费用比较