地基處理專(zhuān)題報(bào)告

檢索號(hào)100-FA04661C-T-Q01

第9卷建筑結(jié)構(gòu)部分專(zhuān)題報(bào)告（一）廠區(qū)地基處理方案比較報(bào)告2012年9月北京國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院2012年9月批準(zhǔn)：審核：校核：編寫(xiě)：壽陽(yáng)煤層氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程初步設(shè)計(jì)階段國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院2012年9月目錄TOC\o"1-2"\u1.工程概況 12.廠址巖土工程條件 12.1地形地貌 12.2地層結(jié)構(gòu)及巖性特征 12.3地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 22.4地震動(dòng)參數(shù)及場(chǎng)地土液化情況 42.5地下水條件 42.6不良地質(zhì)條件 42.7累年最大凍土深度 43.地基處理的必要性和可行性 43.1強(qiáng)夯法技術(shù)性分析 53.1.1強(qiáng)夯的施工參數(shù) 53.1.2強(qiáng)夯+卵石處理方式的施工參數(shù) 73.1.3冬季強(qiáng)夯施工時(shí)的注意事項(xiàng) 83.2CFG樁的技術(shù)性分析 83.3PHC樁的技術(shù)性分析 83.3.1樁的極限端阻力及極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值 83.3.2PHC樁單樁豎向極限承載力估算 94.主廠房地基處理經(jīng)濟(jì)比較 95.各地基處理方案的優(yōu)缺點(diǎn) 106.結(jié)論與建議 10壽陽(yáng)煤層氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程初步設(shè)計(jì)階段國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院PAGE112012年9月1.工程概況壽陽(yáng)煤層氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程位于山西省壽陽(yáng)縣南燕竹鎮(zhèn)白家莊村西南側(cè)，廠址中心的地理坐標(biāo)為：東經(jīng)113°4′49″，北緯37°55′19″。廠址東南距壽陽(yáng)縣城中心約8.7km,東北緊靠307國(guó)道，東南與壽陽(yáng)煤層氣分輸站相鄰。工程編號(hào)：100-FA04661C。本期建設(shè)一套120MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組，暫不考慮擴(kuò)建條件。2.廠址巖土工程條件2.1地形地貌擬建場(chǎng)地地形較平坦，地面高程一般為1047.96～1050.73m(1985國(guó)家高程基準(zhǔn))2.2地層結(jié)構(gòu)及巖性特征本次勘測(cè)勘探深度內(nèi)揭露地層主要為耕植層、黃土狀粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂。根據(jù)地質(zhì)時(shí)代、成因類(lèi)型、巖性及分布埋藏特征，場(chǎng)地地層由新到老描述如下：①耕植土：黃褐色，稍濕、松散，土質(zhì)不均勻。主要成分為粉質(zhì)粘土，含植物根系，尤其在廠區(qū)主要建構(gòu)筑物地段有大量樹(shù)樁，該層分布于整個(gè)工程場(chǎng)地，揭露厚度0.50m，相應(yīng)層底高程1047.46～1050.23②黃土狀粉土：褐黃色，稍濕，稍密。土質(zhì)松軟不均，有較多植物根系和蟲(chóng)孔。平均厚度1.64m，層底埋深0.80～3.70m，相應(yīng)層底高程1045.46～1049.38③粗砂：黃褐色～褐灰色，濕～飽和，松散～稍密。該層場(chǎng)地內(nèi)分布普遍，厚度0.60～4.00m，平均厚度2.00m，層底埋深2.60～6.90m，相應(yīng)層底高程1043.08～1046③-1細(xì)砂：黃褐色，濕～飽和，松散。該層分布于場(chǎng)地局部地段，厚度0.70～1.70m，平均厚度1.26m，層底埋深2.50～4.00m，相應(yīng)層底高程1045.98～1047④粉質(zhì)粘土：褐黃色，可塑～硬塑狀態(tài)，含粉土團(tuán)塊，局部夾薄層中砂或粉土層。該層場(chǎng)地內(nèi)分布普遍，揭露厚度0.60～3.30m，平均厚度1.99m，層底埋深5.10～7.60m，相應(yīng)層底高程1042.16～1043⑤細(xì)砂：黃褐色，飽和，稍密～中密。該層在場(chǎng)地均有分布，厚度0.40～4.00m，平均厚度2.09m，層底埋深6.20～10.50m，相應(yīng)層底高程1039.97～1042⑥粉質(zhì)粘土：褐紅色，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，含粉土團(tuán)塊，局部夾薄層砂。該層場(chǎng)地內(nèi)分布普遍，揭露厚度0.90～5.40m，平均厚度2.89m，層底埋深8.50～12.00m，相應(yīng)層底高程1035.91～1041⑦細(xì)砂：黃褐色，飽和，中密～密實(shí)。該層在場(chǎng)地大部分地段有分布，厚度0.40～3.00m，平均厚度1.53m，層底埋深10.50～13.80m⑧粉質(zhì)粘土：褐紅色，硬塑～堅(jiān)硬。該層在工程場(chǎng)地均有分布，揭露厚度0.95～10.00m，平均厚度4.52m，層底埋深12.45～20.50m，相應(yīng)層底高程1027.63～1038⑨中砂：黃褐色，飽和，中密。該層在場(chǎng)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，相應(yīng)孔底高程1027.98～10292.3地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)推薦值見(jiàn)表2.3.1,各層巖土地層的承載力推薦值見(jiàn)表2.3.2。表2.3.1地基土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)推薦值一覽表地層編號(hào)及名稱(chēng)天然含水率天然密度重力密度天然孔隙比飽和度塑性指數(shù)液性指數(shù)自重濕陷系數(shù)濕陷系數(shù)濕陷起始?jí)毫嚎s系數(shù)壓縮模量快剪標(biāo)貫擊數(shù)粘聚力內(nèi)摩擦角實(shí)測(cè)擊數(shù)桿長(zhǎng)修正擊數(shù)wργe0SrIpILδzsδsPsha1-2Es1-2cφ(%)(g/cm3)(kN/m3)(%)(kPa)(MPa-1)(MPa)(kPa)(度)擊擊②黃土狀粉土24.91.6416.00.98163.66.80.270.0050.012570.643.21220.63.33.4③粗砂11.310.7③1粉細(xì)砂5.85.8④粉質(zhì)粘土23.12.0019.60.66094.712.40.250.189.26011.211.110.5⑤細(xì)砂21.519.1⑥粉質(zhì)粘土27.31.9419.00.78094.516.50.040.1018.8965.726.822.4⑦細(xì)砂28.223.7⑧粉質(zhì)粘土20.32.0019.60.58490.113.5<00.1115.88116.834.226.2⑨中砂24.717.7 表2.3.2 地基土各種方法計(jì)算的承載力特征值及推薦值地層編號(hào)地層名稱(chēng)按物理性質(zhì)指標(biāo)確定fak（kPa）按標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)確定fak（kPa）承載力推薦值fak（kPa）②黃土狀粉土/11290～110③-1粉細(xì)砂/＜140100～120③粗砂/154140～160④粉質(zhì)粘土240268150～170⑤細(xì)砂/199180～200⑥粉質(zhì)粘土258＞280200～220⑦細(xì)砂/220200～220⑧粉質(zhì)粘土375＞280250～270⑨中砂/309260～2802.4地震動(dòng)參數(shù)及場(chǎng)地土液化情況根據(jù)《壽陽(yáng)煤層氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程場(chǎng)地地震環(huán)境及地震地質(zhì)災(zāi)害初步結(jié)論》（山西省地震工程勘察研究院2012.5）場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，抗震設(shè)防烈度為7度，本場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震分組為第二組，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.40s，廠址區(qū)建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，場(chǎng)地土類(lèi)型為中硬土，屬于建筑抗震一般地段。本工程場(chǎng)地為非液化場(chǎng)地，可不考慮地震液化影響。2.5地下水條件場(chǎng)地勘探深度內(nèi)地下水類(lèi)型為第四系潛水，主要受大氣降水和地表徑流補(bǔ)給，歷史最高地下水位接近地表（1048.5m）。場(chǎng)地地下水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均為微腐蝕性。2.6不良地質(zhì)條件場(chǎng)地第②層為黃土狀粉土，層厚0.30～3.20米，平均厚度1.64m，層底埋深0.80～3.70m2.7累年最大凍土深度：111cm，標(biāo)準(zhǔn)凍土深度：80cm。3.地基處理的必要性和可行性廠區(qū)±0.000m相對(duì)于絕對(duì)標(biāo)高為1054.14m，主廠房及燃機(jī)島區(qū)域自然地坪標(biāo)高約為1048.5m，空冷平臺(tái)及電氣建（構(gòu)）筑物區(qū)域自然地坪標(biāo)高約為1050.2m，廠前區(qū)自然地坪標(biāo)高約為1050.6m，場(chǎng)平前應(yīng)先鏟除表層耕植土（包括廠區(qū)內(nèi)的樹(shù)墩、主根、基底上的植被垃圾及影響壓實(shí)或影響場(chǎng)地使用的其它雜物），鏟除表層耕植土后場(chǎng)地標(biāo)高在1047.5m~1050.0m。場(chǎng)地第一次整平標(biāo)高為1053.0m，廠區(qū)回填厚度約為3.0m~5.5m。由于主廠房、燃機(jī)動(dòng)力島、空冷島等重要建（構(gòu)）筑物對(duì)地基承載力及變形要求較高，回填土及淺層天然地基在強(qiáng)度、均勻性和地基變形上不能滿(mǎn)足要求，同時(shí)②層黃土狀粉土為濕陷性黃土針對(duì)這種地質(zhì)條件，地基處理主要需解決提高地基承載力、減小地基變形和消除地基土的濕陷性等問(wèn)題，且這些問(wèn)題應(yīng)該綜合考慮。另外本場(chǎng)地地下水位最高可達(dá)自然地表（1048.5m），進(jìn)行地基處理時(shí)應(yīng)考慮地下水的影響。根據(jù)地質(zhì)情況，結(jié)合當(dāng)?shù)氐鼗幚斫?jīng)驗(yàn)，廠區(qū)建（構(gòu)）筑物可采用的地基處理方案有：①?gòu)?qiáng)夯法②水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）③高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC樁）3.1強(qiáng)夯法技術(shù)性分析強(qiáng)夯法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工速度快、成本低、技術(shù)比較成熟等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)本工程，強(qiáng)夯法地基處理分兩種方式：動(dòng)力島、空冷島等重要建（構(gòu)）筑物對(duì)承載力及地基變形要求較高，對(duì)以上區(qū)域可采用強(qiáng)夯時(shí)添加卵石的方式，對(duì)其他附屬建（構(gòu)）筑物采用強(qiáng)夯方式進(jìn)行地基處理。強(qiáng)夯工作開(kāi)始前應(yīng)將強(qiáng)夯場(chǎng)地回填至起夯面標(biāo)高，廠區(qū)平整方案及技術(shù)要求見(jiàn)總交專(zhuān)業(yè)《場(chǎng)地平整設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)》。因廠區(qū)地下水位較高，強(qiáng)夯前應(yīng)采取降水措施，降低地下水位至③層土以下，降水工作應(yīng)持續(xù)到強(qiáng)夯工作結(jié)束。3.1.1強(qiáng)夯的施工參數(shù)強(qiáng)夯夯錘重量一般可選用100kN～250kN，最大可采用400kN，夯錘底面宜為圓形，錘底面積宜按土的性質(zhì)決定，強(qiáng)夯施工宜采用帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)或其他專(zhuān)用設(shè)備。強(qiáng)夯的單位夯擊能，應(yīng)根據(jù)施工設(shè)備、回填土及濕陷性黃土層的厚度和要求的有效加固深度和消除濕陷性黃土層的有效深度等因素確定。并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原體試驗(yàn)確定。一般情況下可取1000～5000kN·m/m2。強(qiáng)夯主夯點(diǎn)可按5.09m間距正方形布置，分兩遍夯擊（詳見(jiàn)圖一），滿(mǎn)夯點(diǎn)為相切布置；拍夯點(diǎn)為搭接布置。(詳見(jiàn)圖二)，處理后的地基承載力預(yù)估fak=180kPa。圖一 圖二3.1.2強(qiáng)夯+卵石處理方式的施工參數(shù)為了加強(qiáng)回填土的擠密效果，提高強(qiáng)夯地基承載力，降低壓縮性，可采用強(qiáng)夯時(shí)添加卵石的方式。夯坑中加填適量卵石進(jìn)行置換，卵石盡量采用當(dāng)?shù)靥烊患?jí)配卵石，卵石粒徑為200mm～500mm，粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過(guò)全重的10%。在主夯點(diǎn)添加卵石，添加卵石的控制原則為：在主夯點(diǎn)夯擊次數(shù)為10擊時(shí)，夯坑深約1.8～2.0m左右，將夯坑用卵石填滿(mǎn)，然后繼續(xù)夯擊直至最后兩擊夯沉量滿(mǎn)足要求。其他試夯參數(shù)與不加卵石區(qū)域相同。添加卵石區(qū)域共添加卵石約830m3，根據(jù)試夯處理面積，折合每平方米添加卵石約0.8m3。夯錘重量可選用200kN，夯錘直徑1.3m，主夯點(diǎn)間距為2.55m正方形布置，分兩遍夯擊（詳見(jiàn)圖三）；滿(mǎn)夯點(diǎn)為相切布置；拍夯點(diǎn)為搭接布置。(詳見(jiàn)圖二)。處理后的地基承載力預(yù)估fak=250kPa。 圖三 3.1.3冬季強(qiáng)夯施工時(shí)的注意事項(xiàng)如果強(qiáng)夯工作在冬季進(jìn)行時(shí)，應(yīng)采取安全可靠的防凍措施，避免土層結(jié)凍影響強(qiáng)夯效果。采用的措施有：夯前進(jìn)行覆土保護(hù)；夯擊過(guò)程中，在入夜前進(jìn)行遮蓋保護(hù)；強(qiáng)夯工作結(jié)束后用爐渣及覆土保護(hù)。3.2CFG樁的技術(shù)性分析CFG樁是介于剛性樁于柔性樁之間的一種樁。CFG樁和樁間土一起，通過(guò)褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基共同工作。CFG樁樁徑d=0.4m，樁長(zhǎng)l=12m，間距1.3m梅花形布置。單樁承載力特征值可按下式估算Ra=3.14*0.4*30*12=452kN復(fù)合地基承載力特征值按下式估算=6.4%，=0.1257m2=80kPa=275kPa3.3PHC樁的技術(shù)性分析根據(jù)巖土報(bào)告結(jié)果，①～=7\*GB3⑦層地基土由于其自身工程性質(zhì)、厚度、埋深等條件，均不適宜作為樁基的樁端持力層。=8\*GB3⑧層粉質(zhì)粘土工程性質(zhì)相對(duì)較好，但樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值較低，對(duì)主要建（構(gòu)）筑物的樁基采用摩擦端承樁。3.3.1樁的極限端阻力及極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)地質(zhì)報(bào)告結(jié)果，樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk列于表3.3.1。表3.3.1巖性名稱(chēng)樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik（kPa）樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk（kPa）混凝土預(yù)制樁鉆孔灌注樁混凝土預(yù)制樁鉆孔灌注樁①耕植土————②黃土狀粉土4038——③粗砂7575——③-1細(xì)砂2522——④粉質(zhì)粘土7570——⑤細(xì)砂5550——⑥粉質(zhì)粘土90852800900⑦細(xì)砂60552500800巖性名稱(chēng)樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik（kPa）樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik（kPa）混凝土預(yù)制樁鉆孔灌注樁混凝土預(yù)制樁鉆孔灌注樁⑧粉質(zhì)粘土959035001000注：表中混凝土預(yù)制樁樁長(zhǎng)按9～16m考慮；鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)按10～15m考慮。3.3.2PHC樁單樁豎向極限承載力估算樁徑：Φ=500mm。主廠房基礎(chǔ)埋深-4.50m，進(jìn)入層⑧1m時(shí)，樁長(zhǎng)約16m。按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）第5.3.3條計(jì)算單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)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）=1838kN4.主廠房地基處理經(jīng)濟(jì)比較本工程主廠房長(zhǎng)51m，寬16+8.1=24.1m，共A、B、C三列，①～⑧軸。根據(jù)PKPM初步計(jì)算主廠房柱腳軸力標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ)=3000kN，B=4700kN，C=2500Kn?；A(chǔ)埋深-4.5m（局部-5.5m）。各方案的經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)下表地基處理方式工程量費(fèi)用強(qiáng)夯+卵石強(qiáng)夯面積S=2065㎡，置換卵石體積：1652m3，3:7灰土墊層體積：1030m355萬(wàn)CFG樁CFG樁根數(shù)為414根，CFG樁體積：670m3，碎石褥墊層體積：620m374.5萬(wàn)PHC樁CFG樁根數(shù)為287根，PHC樁體積：780m3134萬(wàn)根據(jù)上表可判定，地基處理費(fèi)用由高到低分別為：PHC樁、CFG樁、強(qiáng)夯+卵石。5.各地基處理方案的優(yōu)缺點(diǎn)1）強(qiáng)夯法具有經(jīng)濟(jì)易行、效果顯著、設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、節(jié)省材料、基坑開(kāi)挖工