圓形煤場設計方案比較

黃 勝（廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663）

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圓形煤場設計方案比較

黃 勝
（廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663）

摘要：針對某電廠圓形煤場所處地質條件不良，經處理后的地基仍無法滿足煤場區域基礎承載力要求情況下，對幾個軟土地基處理方法優缺點進行比較分析，最終選擇剛性樁法、沖孔灌注樁方案對地基進行處理；整體式擋煤墻采用側壁整體式擋煤墻、堆煤區采用樁筏基礎。該設計方案受力合理，整體性能好，結構安全，整體造價最低。其他類似項目可作參考。

關鍵詞：圓形煤場；基礎型式；結構形式選型；經濟對比分析。

1 概述

某沿海電廠二期工程擬新建兩座直徑120 m的封閉式圓形貯煤場和配套的輸煤棧橋及轉運站。封閉式圓形貯煤場具有環保效果好、占地面積小、運行方式簡單、系統調度靈活等優點，兼有貯存、緩沖和混煤等多種功能，是新建大型火力發電廠常用的貯煤方式。在環保要求不斷提高和提倡節能減排的今天，其應用將越來越廣泛。

封閉式圓形貯煤場土建部分主要包括鋼網殼屋蓋、鋼筋砼擋煤墻、進倉棧橋、出倉廊道和貯煤場組成。其中鋼網殼屋蓋、進倉棧橋和出倉廊道技術成熟，本文不進行詳細論述。鋼筋砼擋煤墻和貯煤場基礎約占土建總造價的70%，不同的結構型式和基礎方案對整個工程影響較大，以下針對本工程的場地條件進行基礎和結構型式的技術分析和經濟比較。

2 工程地質條件

根據勘察報告，圓形煤場區域的場地巖土層分布規律主要為：表層為人工填土層，上部為海積的淤泥、含淤泥粉細砂、淤泥質土組成的軟土層，中部為海積的粘土、粉質粘土、粗砂層，下部為花崗巖風化層。其中人工填土層混有多量碎石和少量塊石，層厚3.3～14.3 m，平均厚度約8.1 m。含淤泥粉細砂和淤泥質土平均厚度約8 m。主要巖土層物理力學性質指標及詳細情況見巖土工程勘察報告，在此不列出。

3 地基與基礎型式

擬建場地在電廠一期和二期工程時已進行強夯或真空預壓處理，消除了軟弱土層的大部分沉降量，滿足場地的一般使用要求，地基承載力特征值為120～150 kPa。但圓形煤場荷載較大，處理后的地基仍無法滿足基礎承載力要求，應進行人工地基處理。常用的軟土地基處理方法有堆載排水固結法、碎石樁法、水泥攪拌樁法、高壓旋噴樁法、剛性樁法。

本工程場地已經回填了平均厚度約8.1 m的砂土并夾雜塊石，無法打設新的塑料排水板，且達到堆煤區的承載力要求堆載預壓處理需要3～4年，也會影響周邊已有建構筑物基礎，不能滿足工程進度要求，所以堆載排水固結法不適用。

碎石樁方法較適合于粉土及粉砂地基，通過擠密作用加固地基并承受上部荷載。 在淤泥質土中，土體對樁的側向約束小，樁受荷載作用時碎石材料擠入到樁周的淤泥質土中造成樁體破壞，因此碎石樁法也不適用。

水泥攪拌法和高壓旋噴法是通過水泥土加固地基。本場地回填土厚度大，且其中含有較大粒徑的塊石。采用水泥攪拌法或者高壓旋噴法都需要引孔。根據以往工程經驗，這兩種方法處理后的地基承載力在150～200 kPa，仍然不能滿足堆煤荷載要求。

剛性樁適合本工程實際情況，常用樁型為高強預應力管樁和沖孔灌注樁。因為場地表層填土層混有多量碎石和塊石，高強預應力管樁難以打入，結合電廠二期工程的施工情況，沖孔灌注樁是比較適合的樁型。根據二期工程的試樁報告，直徑0.8 m的沖孔灌注樁豎向承載力特征值為3000 kN，水平承載力特征值為180 kN；直徑1.0 m的沖孔灌注樁豎向承載力特征值為5000 kN，水平承載力特征值為210 kN。按巖土工程勘察報告計算，沖孔灌注樁平均長度約32 m，持力層為中風化（或微風化）花崗巖，相應樁端進入巖層深度為1倍（或0.5倍）樁徑。

3.1 側壁擋煤墻基礎

圓形煤場側壁擋煤墻承受上部網架的荷載、煤堆的壓力和水平推力，擬采用直徑1.0 m的沖孔灌注樁基礎。通過整體計算得知，側壁樁基數量由水平力控制，由于沖孔灌注樁不能施工斜樁，只能按樁基水平承載力計算樁數。不同的擋煤墻型式和堆煤區基礎方案對樁數影響很大，后面結合上部側壁型式和堆煤區基礎方案綜合比較。

3.2 堆煤區基礎

圓形煤場最大堆煤高度為33.9 m，堆煤區地面最大荷載約340 kPa，天然地基承載力為120～150 kPa不能滿足要求，擬采用沖孔灌注樁基礎?？梢圆捎玫幕A型式有樁筏基礎和托板樁。

3.2.1 樁筏基礎

樁筏基礎可以將煤場的荷載向場地下方基巖傳遞，減小表層地基的沉降和側向變形，有效地調節地基的不均勻沉降，滿足堆煤荷載要求。同時采用筏板與圓形煤場側壁環基扣接的方式，利用堆煤區的樁基水平承載力，分擔環基承受的水平荷載，可以優化側壁擋煤墻環基的設計，減少環基下樁基數量。

為了減少筏板厚度和鋼筋用量，樁中心距不宜太大，堆煤區采用直徑0.8 m的沖孔灌注樁基礎。根據堆煤荷載的分布情況和距離環基位置的遠近采用變樁距方式布置。按堆煤荷載分布情況計算，堆煤區總樁數為560根。筏板在樁位處加厚為0.8 m，其他位置厚0.6 m。初步計算樁筏基礎最大沉降約10 mm?；A沉降引起下部軟土壓縮產生的側向變形很小，圓形煤場環基可忽略側向變形的影響。樁筏基礎（見圖1）安全可靠，承載力滿足堆煤荷載的要求。

3.2.2 托板樁

托板樁（見圖1）是指用剛性樁（包括樁托板）和土工加筋體加固地基的一種處理方法。樁托板、地基土體、填土和加筋體之間按以下原理工作：由于地基軟土的存在，堆載和填土自重會使托板間的土體產生向下運動的趨勢，這種運動趨勢受到托板上方填土抗剪強度的限制，減小了作用在土工合成材料上的壓力，但增大了托板上的荷載，這種荷載傳遞機理稱為土拱效應。通過托板和樁體將大部分荷載往基巖傳遞，小部分荷載由地基土層承受，可以大大減小地基的沉降和側向變形。加筋墊層的作用類似于柔性筏板，對沉降的調節作用沒有剛性板明顯，但是該結構使樁體受力比較均勻，并可以利用填土層的承載力和減少筏板基礎造價。由于沒有剛性板與側壁環基連接，不能分擔側壁承受的水平力，堆煤區樁基的水平承載力未發揮作用。

圖1 樁筏基礎和托板樁基礎斷面圖

堆煤區采用直徑0.8 m的沖孔灌注樁。根據堆煤荷載的分布情況和距離環基位置的遠近采用變樁距方式布置。按堆煤荷載分布情況計算，總樁數636根。樁頂設置厚0.8 m的鋼筋混凝土方形托板，最靠近環基5排樁的托板寬2 m，其他托板寬1.6 m。在托板頂面以上分層鋪設3層土工格柵，間距25 cm，土工格柵之間填筑級配碎石。墊層施工后再在其上施工回填土層并按堆煤要求做斜坡，回填土層最薄處1.0 m。

4 側壁擋煤墻結構型式

目前直徑120 m圓形煤場常用的側壁主要有兩種結構型式：整體式和分離式。

4.1 整體式擋煤墻

整體式擋煤墻按筒倉和水桶的設計理念，將擋煤墻設計成連續墻體，依靠混凝土內配置的鋼筋抵抗穹頂網架荷載和煤堆推力。擋煤墻為一整體圓筒壁結構，下端固支于環形基礎上，上端設置加勁環梁。為優化壁板厚度，沿圓周均勻設置36根肋柱，同時肋柱高出頂部環梁2 m，作為穹頂網架的支座。環基與側壁為一個整體結構，不設溫度伸縮縫，為滿足施工要求，設置八道施工后澆帶。設計時需計算溫度作用產生的應力并配置鋼筋，導致擋煤墻配筋率增大。整體式擋煤墻結構型式見圖2。

圖2 整體式擋煤墻結構型式

4.2 分離式擋煤墻

分離式擋煤墻結構主要包括擋煤墻、扶壁柱和環形基礎。擋煤墻在每個扶壁柱處設縫斷開，兩側簡支于扶壁柱上，下端固支于環形基礎上。扶壁柱為懸臂結構，下端固支與環形基礎上，上端支承穹頂網架。扶壁柱沿圓周均勻布置，共36根。環形基礎為整體結構，不設伸縮縫，為滿足施工要求，設置八道施工后澆帶。由于擋煤墻每段長度約10.6 m，不用考慮溫度作用產生的應力，可以減少擋煤墻配筋率。分離式擋煤墻結構型式見圖3。

圖3 分離式擋煤墻結構型式

5 基礎和結構方案經濟對比

圓形煤場側壁擋煤墻可以采用整體式或分離式，堆煤區基礎可以樁筏基礎或托板樁。圓形煤場是一個整體建筑，為了得到符合本工程場地條件的最優方案，將擋煤墻結構型式和堆煤區基礎方案分別組合，進行四個方案的對比，詳見表1。方案對比的工程量為初步計算結果，實際以施工圖為準。對比單價暫按：灌注樁1681元/m3，砼800元/m3，鋼筋5500元/t，砂土26元/m3，土工格柵13元/m2，實際單價以施工合同為準。

表1 圓形煤場基礎和結構方案經濟對比分析

6 結語

由上述對比可知：

（1）場地軟土深厚， 土質差， 填土層和淤泥層天然地基承載力不能滿足要求.應進行人工地基處理。場地表層填土層混有多量碎石和塊石，高強預應力管樁無法施工，推薦基礎采用沖孔灌注樁方案。

（2）經過4個方案詳細對比，方案1（側壁整體式擋煤墻+堆煤區樁筏基礎）受力合理，整體性能好，結構安全，整體造價最低，圓形煤場推薦采用該方案設計。

（3）煤堆自燃是無法避免的問題，自燃產生的高溫會損壞圓形煤場側壁結構，造成混凝土開裂，鋼筋外露腐蝕等問題。建成投產后應加強日常巡查，及時處理自燃的煤堆，避免側壁受損，影響圓形煤場結構安全。

中圖分類號：TM621

文獻標志碼：B

文章編號：1671-9913（2016）01-0049-05

* 收稿日期：2015-11-04

作者簡介：黃勝（1977- ），廣東廣州人，工程師，主要從事電力工程土建結構設計。

Comparison of Design Scheme of the Circular Coal Yard

HUANG Sheng
（Guangdong Electric Power Design Institute， Guangzhou 510663， China）

Abstract:Considering a detailed case of certain power plan that the geological condition of circular coal yard location is poor and even after improvement the subgrade still couldn’t satisfy the requirement of foundation bearing capacity for coal yard area， several treatment schemes for soft soil foundation have been analyzed with respect to advantages and disadvantages. Finally， rigid-pile scheme and punched cast-in-situ pile scheme are chosen for subgrade treatment；monolithic coal-retaining side wall is applied for coal-retaining wall and piled raft foundation is used in coal yard area. This design scheme provides reasonable force-carrying， favorable integrality， safe structure and the lowest overall cost. This scheme could be A to for other similar projects.

Key words:circular coal yard； foundation type； structural type selection； economic comparison analysis.