地基处理专题报告

检索号100-FA04661C-T-Q01

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2012年9月北京国核电力规划设计研究院2012年9月批准：审核：校核：编写：寿阳煤层气热电联产工程初步设计阶段国核电力规划设计研究院2012年9月目录TOC\o"1-2"\u1.工程概况 12.厂址岩土工程条件 12.1地形地貌 12.2地层结构及岩性特征 12.3地基土的物理力学性质指标 22.4地震动参数及场地土液化情况 42.5地下水条件 42.6不良地质条件 42.7累年最大冻土深度 43.地基处理的必要性和可行性 43.1强夯法技术性分析 53.1.1强夯的施工参数 53.1.2强夯+卵石处理方式的施工参数 73.1.3冬季强夯施工时的注意事项 83.2CFG桩的技术性分析 83.3PHC桩的技术性分析 83.3.1桩的极限端阻力及极限侧阻力标准值 83.3.2PHC桩单桩竖向极限承载力估算 94.主厂房地基处理经济比较 95.各地基处理方案的优缺点 106.结论与建议 10寿阳煤层气热电联产工程初步设计阶段国核电力规划设计研究院PAGE112012年9月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)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1047.46～1050.23②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1045.46～1049.38③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1043.08～1046③-1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1045.98～1047④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1042.16～1043⑤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1039.97～1042⑥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1035.91～1041⑦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10.50～13.80m⑧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1027.63～1038⑨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1027.98～10292.3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。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wργe0SrIpILδzsδsPsha1-2Es1-2cφ(%)(g/cm3)(kN/m3)(%)(kPa)(MPa-1)(MPa)(kPa)(度)击击②黄土状粉土24.91.6416.00.98163.66.80.270.0050.012570.643.21220.63.33.4③粗砂11.310.7③1粉细砂5.85.8④粉质粘土23.12.0019.60.66094.712.40.250.189.26011.211.110.5⑤细砂21.519.1⑥粉质粘土27.31.9419.00.78094.516.50.040.1018.8965.726.822.4⑦细砂28.223.7⑧粉质粘土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/11290～110③-1粉细砂/＜140100～120③粗砂/154140～160④粉质粘土240268150～170⑤细砂/199180～200⑥粉质粘土258＞280200～220⑦细砂/220200～220⑧粉质粘土375＞280250～270⑨中砂/309260～2802.4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0.80～3.70m2.7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=275kPa3.3PHC桩的技术性分析根据岩土报告结果，①～=7\*GB3⑦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\*GB3⑧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4038——③粗砂7575——③-1细砂2522——④粉质粘土7570——⑤细砂5550——⑥粉质粘土90852800900⑦细砂60552500800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959035001000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）=1838kN4.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：1030m355万CFG桩CFG桩根数为414根，CFG桩体积：670m3，碎石褥垫层体积：620m374.5万PHC桩CFG桩根数为287根，PHC桩体积：780m3134万根据上表可判定，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