燃煤電廠主廠房基礎設計方案分析

2016-01-14 06:12:23丁欣平

河北電力技術 2015年1期

燃煤電廠主廠房基礎設計方案分析

丁欣平

(河北省電力勘測設計研究院,石家莊050031)

摘要：根據廠區地質情況和各建筑物使用要求，從主廠房基礎荷載、主廠房的基礎埋深分析主廠房結構特點，并從基礎持力層的確定、承載力條件及基礎型式對3種主廠房地基方案進行技術經濟比較，最終分析確定獨立和條形基礎相結合的方案技術可行，并具有較高的經濟性。

關鍵詞：荷載分析；地基處理；濕陷性黃土；天然地基場地地層在水平和垂直方向的分布總體上比較均勻，各層地基土之間相變過渡，在層厚上存在著明顯的互補性。

收稿日期：2014-10-05

作者簡介：丁欣平(1963-)，女，高級工程師，主要從事火電廠土建結構設計工作。

中圖分類號：TM715

文獻標志碼：B

文章編號：1001-9898(2015)01-0001-04

Abstract：According to the geological condition of premises and the building use requirements, this paper analyzes the main building project structure from the main building base load and the main building base depth of burial, analyzes and compares technical and economic of the three main projects foundation projects through base load confirmation, bearing capacity and base type analysis, and confirms the projects is feasible combined with single and strip-type base, and has more economics.

Coal-fired Power Plant Main Building Foundation Design Scheme Analysis

Ding Xinping

(Hebei Electric Power Design & Research Institute, Shijiazhuang 050031, China)

Key words：load analysis;foundation treatment;collapsible loess;natural foundation

1工程地質情況介紹

1.1　地質巖性及物理力學性質

根據本次勘測資料及區域資料，站址區地層為第四系沖積地層，巖性主要以黃土狀粉土、粉土、粉質粘土及砂層為主。按地層巖性及物理力學性質，將廠址地表下40 m勘探深度范圍內的地層自上而下分為9層。各層巖性特征為：

①黃土狀粉土：本層廣泛分布于廠址表層，厚度1.70～3.80 m，層底埋深1.80～3.80 m，層底標高55.81～55.89 m。本層壓縮系數a1～2=0.297 MPa-1，為中等壓縮性土。本層具有濕陷性。

②黃土狀粉土：本層厚度0.70～2.50 m，層底埋深4.00～5.00 m，層底標高51.18～52.10 m。本層壓縮系數a1～2=0.383 MPa-1，為中等壓縮性土。本層具有濕陷性。

③粉土：本層厚度0.50～2.10 m，底板埋深5.00～7.00 m，底板標高50.27～51.66 m。本層壓縮系數a1～2=0.233 MPa-1，為中等壓縮性土。

④粉土：本層厚度1.30～6.00 m，底板埋深7.50～11.50 m，底板標高45.56～49.65 m。本層壓縮系數a1～2=0.158 MPa-1，為中等壓縮性土。

⑤粉細砂：本層厚度1.20～8.00 m，底板埋深11.30～17.30 m，底板標高39.46～45.39 m。

⑥粉土：本層壓縮系數a1～2=0.193 MPa-1，為中等壓縮性土。

⑦中粗砂：本層厚度13.00～17.30 m，底板埋深28.20～34.10 m，底板標高23.18～28.73 m。

⑧粉土：本層厚度1.90～8.30 m，底板埋深35.30～38.80 m，底板標高18.38～21.76 m。本層壓縮系數a1～2=0.201 MPa-1，為中等壓縮性土。

⑨粉質粘土：本層壓縮系數a1～2=0.196 MPa-1，為中等壓縮性土。本層未揭穿，本次勘測該層最大揭露厚度4.70 m。

1.2　建筑場地類別及場地地震效應

依據《建筑抗震設計規范》有關規定，擬建場地土類型中硬土，建筑場地類別屬Ⅱ類建筑場地。考慮到本場地地形地貌條件和地層分布的特點，綜合判定場地屬于可進行建設的一般場地。

依據《中國動參數區劃圖》，場地基本地震加速度值為0.10 g，對應的地震基本烈度為7度，依據《建筑抗震設計規范》，設計地震分組為第一組,設計特征周期為0.35 s。

項目建設場地地震安全性評價報告結論為：場地土為中硬土，建筑場地類別屬Ⅱ類。廠址50年超越概率10%的設計基本地震加速度值為0.097 g，地震基本烈度為7度。

2電廠主廠房結構特點

某熱電廠一期工程裝機為2臺300 MW機組，于2010年建成投產，2011年并網發電。留有二期工程在現有廠區的東部擴建余地，建設規模為2臺300 MW，配2臺燃煤鍋爐、除塵、煙氣脫硫設施及其它相關的附屬設施。

一期工程新建2臺300 MW國產亞臨界燃煤供熱機組，汽輪機房和煤倉間采用鋼筋混凝土結構，鍋爐爐架為全鋼結構，主廠房(包括鍋爐房)對地基承載力和變形控制要求高。

2.1　主廠房的基礎荷載(表1)

表1主廠房的基礎荷載

名稱豎向荷載標準值/kN換熱站3475~9880汽輪機間(A列)柱腳3830~8300汽輪機間(B列)柱腳9870~16100煤倉間(C列)柱腳9950~15290汽輪機平臺柱腳1130~5500鍋爐3580~12500

2.2　主廠房的基礎埋深

主廠房±0.00 m標高相當于絕對標高58.10 m。一般情況下，300 MW機組的主廠房基礎埋置深度-5 m左右，鍋爐基礎埋深-5 m。主廠房地段建(構)筑物基礎埋深及地質剖面見圖1。

3主廠房地基方案的選擇

根據工程經驗，當燃煤電廠主廠房地基均勻，且無軟弱下臥層存在，地基承載力特征值滿足表2時，一般可采用天然地基。需要注意的是：地基主要持力層指基礎地面下深度為3b(b為基礎底面寬度)，且厚度不小于5 m的范圍；不包括濕陷性黃土；表3中單機容量600 MW一項的主廠房，其主要承重結構為鋼結構。

圖1　主廠房地段建(構)筑物基礎埋深及地質剖面

表2主廠房可采用天然地基的地基承載力參考表

單機容量/MW主要持力層的地基承載力特征值fak/kPa50~100≥220200~300≥270600≥300

根據初步設計階段巖土勘測報告，主廠房基礎埋深處的土層位于②層黃土狀粉土上。②層黃土狀粉土地基承載力特征值110 kPa，具有Ⅰ級非自重濕陷性；不能滿足主廠房(甲級)基礎要求。

表3不同階段地基處理造價方案

設計階段地基方案選擇處理費用/萬元備注可行性研究人工挖孔灌注樁890限制使用初步設計長螺旋壓力灌注樁復合地基960施工圖設計天然地基(或換填處理)無(或150)

其中可行性研究階段采用人工挖孔灌注樁(非本院設計)。因人工挖孔灌注樁已經被河北省列為限制使用的地基處理方式，其安全性很難保證。在河北某電廠施工時也曾經發生孔塌埋人的事故，故本工程不采用此方法。初步設計階段地基處理方案選用了鉆孔灌注樁、長螺旋壓力灌注樁復合地基以及鋼筋混凝土預制樁進行了綜合經濟比較，由于復合地基能充分發揮樁間土的強度，從而節省地基處理費用(造價低)，且施工方便、安全，成為初步設計階段首選。當進入施工圖階段后，已有詳細的巖土勘測資料，如能采用天然地基，對降低造價和縮短工期非常有利。

3.1　基礎持力層的確定

主廠房±0.00 m標高相當于絕對標高58.10 m。一般情況下，主廠房大部分基礎埋置深度-5 m左右，鍋爐基礎埋深-5 m，基礎的持力層位于②層黃土狀粉土上。②層黃土狀粉土，地基承載力特征值110 kPa，具有Ⅰ級非自重濕陷性；③層粉土，地基承載力特征值160 kPa；④層粉土，地基承載力特征值310 kPa。主廠房基礎壓縮層范圍內，上述③層、④層土工程性能良好，可以作為主廠房基礎的持力層。主廠房(包括汽輪發電機基座、鍋爐構架、集中控制樓)基礎設計等級是甲級，建筑物分類為甲類，根據《濕陷性黃土地區建筑規范》第6.1.1條，需要全部消除濕陷。處理方案如下：

方案一：對基礎下的②層黃土狀粉土采用換填灰土墊層法進行處理，基礎埋深-5.0 m，換填2 m厚灰土墊層，墊層主要位于③層粉土上。

方案二：基礎位于③層粉土上，地基承載力特征值160 kPa，埋深最深至-6.5 m左右；由于地基承載力較低，故采用換填1 m厚灰土墊層，墊層已經位于④層粉土上。

方案三：增加基礎深度，直接利用④層粉土，此層土的地基承載力特征值310 kPa，埋深最深至-7.5 m左右。

由以上處理方案可以設計3種不同基礎埋深方案供選擇，見表4。

表43種不同基礎埋深方案

基礎方案基礎埋深/m地基土的承載力特征值/kPa基礎形式地基處理情況方案一-5.0110片筏及十字條形基礎灰土墊層方案二-6.5160片筏及條基灰土墊層方案三-7.5310獨基及條基不需要

3.2　承載力條件及基礎型式

3.2.1承載力條件

方案一：按基底埋深5 m考慮，基礎位于②層黃土狀粉土，換填2 m厚灰土墊層，灰土地基的承載力特征值按fak=250 kPa,按JGJ 79-2002《建筑地基處理技術規范》進行深度修正，有：fa=fak+ηdγmd=250+1×20×2=290 kPa，(式中：fa為修正后的地基承載力特征值；fak為地基承載力特征值；ηd為基礎埋深的地基承載力修正系數，換填取1.0；γm為基礎底面以上土的加權平均重度，換填取2.0；d為基礎埋置深度，換填取2 m)。

由于換填土位于-7.0 m，下部還有部分軟弱下臥層，對基礎的沉降不利，特別是汽輪機基礎下部土層不均勻，有部分砂夾層，如果粉土遇水土體發生破壞會造成不均勻沉降，對汽輪機及電機運行不利。

方案二：按基底埋深6.5 m考慮，基礎的持力層為③層粉土，按勘測報告中所給出的數據，該層的地基承載力特征值fak=160 kPa,按GB 5007-2002《建筑地基基礎設計規范》所給出的公式進行修正：fa=fak+ηdγm(d-0.5)，(式中：ηd取1.5；γm取18 kPa；d取6.5 m。)

fa=160+1.5×18×6=322 kPa，換填土位于-7.5 m，開挖深度同方案三，從方案三角度看，換填出來的地基承載力特征值基本等同于④層粉土的地基承載力特征值fak=310 kPa,處理意義不大。

方案三：按基底埋深7.5 m考慮，基礎的持力層為④層粉土，按勘測報告中給出的數據，該層的地基承載力特征值fak=310 kPa,按GB 5007-2002《建筑地基基礎設計規范》所給出的公式進行深度修正有：fa=fak+ηdγm(d-0.5)，(式中：ηd取1.5；γm取18 kPa；d取7.5 m)，因此fa=310+1.5×18×7=499 kPa。

對比地基處理方案的結果比較明顯，方案三采用天然地基，承載力高，且沒有地基處理費用，又節省了地基處理的工期，是最優方案。

3.2.2上部基礎

根據工藝布置情況，按工藝提供的主廠房荷載，在對主廠房結構進行計算的基礎上，對主廠房基礎進行了詳細計算及布置。

對于方案一，需要采用片筏基礎及條形基礎，根據基礎埋置深度，本工程主廠房煤倉間布置的磨煤機為雙進雙出鋼球磨煤機，機型較大，位于2個11 m跨之間，基礎梁高2～2.75 m，影響磨煤機布置，故宜加大深度；且當采用換土墊層時，由于墊層的厚度影響，主廠房開挖也必須到-7.0 m(-5.0 m埋深并考慮2 m墊層厚度)。方案二，由于地基承載力不高，需要地基處理，提高地基的承載力，換填碎石或灰土厚度1 m以上，開挖深度已到-7.5 m，如果墊層厚度小于1 m，仍然需要采用片筏基礎及十字交叉條形基礎；承載力及沉降才能滿足要求。方案三，雖然比方案二埋深加大1 m，但采用天然地基，隨著地基承載力的大大提高，可以采用條形基礎及單獨基礎。基礎采用獨立基礎及條形基礎，減少工程量的同時，降低了造價，由于主廠房占地空間大，采用片筏基礎及十字交叉條形基礎時造價增加很多，方案三相對其它2個方案，它以單獨基礎為主，條形基礎為輔，能夠大量節省基礎的投資，相對其它方案是最優的。方案三的主廠房基礎布置圖見2。