濱海電廠軟土場地巖土工程問題分析及解決方法

(中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

在濱海地帶建設大型火力發電廠有很多優越條件，也有不利條件。軟土場地就是濱海電廠建設的不利條件之一，軟土中的巖土工程問題常常構成工程建設的風險，需要妥善處理和應對。本文以越南沿海電廠為例，深入分析在濱海軟土場地建設大型火力發電廠所經常面臨的巖土工程問題，包括岸邊穩定問題、場地穩定問題、地基穩定問題、基坑穩定和涌水問題，并給出相應的解決方案，為濱海軟土場地的電廠建設提供工程經驗。

1 岸邊穩定問題

1.1 問題分析

濱海電廠軟土場地自然地面一般是平緩低洼，為避免場地被水淹沒，場地需要回填到一定高程。回填后的場地必然高出海平面，海岸岸邊存在高差，必然存在岸邊穩定問題，如果不對岸邊加強保護，海水會侵蝕破壞場地，危害工程建設。

1.2 解決方案

岸邊穩定的解決方案是修筑護岸。護岸的一個作用是擋土，保證回填場地岸邊斜坡穩定，不出現滑塌或滑移；另一作用是保護岸邊不被海水沖刷侵蝕。

護岸的型式有直立擋墻、重力壩、斜坡護面等有多種類型。濱海電廠軟土場地護岸多采用重力堆石壩或直立的混凝土板樁。

重力堆石壩的優點是施工方便、粗糙的壩面可以消浪、壩體結構利于協調沉降等。重力堆石壩壩體的設計需要綜合考慮地基土層條件、風浪條件、沖刷或淤積等各種條件設計。壩體底部需要進行處理，防止過量下沉和沖刷。迎浪面要使用大塊石或預制混凝土防浪塊，其重量應保證不被海浪帶走。

預制鋼筋混凝土板樁在國內較少使用，但在軟土場地用其來修筑海邊護岸有獨特的優點：強度高、剛度大、取材方便、簡單易行、施工快捷，值得推廣應用。混凝土板樁是一種預制的預應力混凝土板狀構件，斷面可以根據需要設計為平板狀或槽狀，板樁邊緣一般為槽榫結構，可以便于接縫防水和安裝導向，板內可以設置通水孔，便于沉樁時水力切割樁端土層。與重力堆石壩相比，采用鋼筋混凝土板樁修筑護岸材料用量少，需要動用的人力和設備少，采用專用的施工設備可以很快在岸邊形成一條懸臂擋墻，內側擋土，外側護岸。如果需要，還可以在頂部修筑混凝土防浪結構。

1.3 工程案例

越南沿海電廠位于熱帶海洋季風氣候帶，分雨季和旱季兩個季節。雨季海上風浪較小，岸邊潮漲潮落的沖蝕破壞能力較小；而旱季雨少風大，海面上波濤洶涌，巨浪對海岸有很大的沖蝕破壞。業主負責修筑的重力堆石壩護岸在將要完成時被海浪沖垮，造成了巨大的損失。由于越方設計和施工經驗不足，選用筑壩塊石重量過小，壩面采用鋼絲石籠保護。固定石塊的鋼絲強度不足，且接觸海水后很快銹蝕腐爛，巨浪沖擊護岸將裝滿石塊的鐵絲籠位移、變形，部分石塊被海浪逐步掏走，最終導致整個鐵絲籠撕裂破壞，無法對壩體起到保護作用，巨浪很快將已修筑好的重力堆石壩破壞、沖垮、夷平。沉痛的教訓換來了寶貴的經驗，更換施工單位后又再次修筑護岸。重新修建過程中，吸取了慘重的教訓，加大了筑壩石塊重量，施工前對壩基進行了清淤處理，采用土工布隔斷了壩體和土層，壩體迎浪面采用了重量大于500 kg的巨大塊石護面，避免了海浪對壩體掏蝕破壞，保證了壩體的穩定性，護岸才筑壩成功。護岸兩次修筑，工期拖延兩年之久，給電廠建設帶來了嚴重的影響，經濟損失巨大。

2 場地穩定問題

2.1 問題分析

由于淤泥強度低，地面承載能力弱，場地上行走機械或堆放貨物會導致地面土層發生破壞變形。同時，淤泥含水量高，孔隙比大，在自重或附加荷載作用下，土層會產生排水和固結，地面易產生沉降變形。無論是場地的沉降變形還是破壞變形，都屬于場地穩定問題。

2.2 解決方案

解決場地穩定問題，需要對軟土場地進行預處理，強制其排水固結，提前消除沉降，減小孔隙比，提高承載力。常用的軟土場地預處理方法是“塑料排水板+預壓排水固結”，預處理后地面一般會有較大下沉，沉降量一般可以達到淤泥層厚度的 5%～10%。

在軟土場地進行排水固結法處理地基時需要把握的一些關鍵性技術要點：

(1)塑料排水板的插板深度不能穿透軟土層，尤其是排水板頭不能終止于砂層中。

(2)采用真空預壓方法時，要高度關注粘土密封墻、膜下集水濾管、土工布和膜的鋪設、抽真空設備安裝等施工環節。

(3)采用堆載預壓方法時，要高度關注水平沙墊層、集水盲溝、集水排水井、堆載速率、地表排水系統等環節。

2.3 工程案例

越南沿海電廠淤泥厚度25～28 m，夾有粉細砂透鏡體或薄層。根據不同區域的荷載要求、施工工期和堆載用砂的平衡周轉，分別采用了“排水板+真空聯合堆載預壓” 和“排水板+堆載預壓”等排水固結方法，均達到了預定的處理效果。

主廠區采用“排水板+真空聯合堆載預壓”處理方法。施工過程包括打塑料排水板、施工粘土密封墻、布設水平集水管道、鋪設土工布和密封膜、安裝真空泵、試抽真空、堆沙加載等環節。

塑料排水板網格狀布置，縱橫間距1 m×1 m，長度26 m左右。真空預壓區分為若干小區，每個小區面積20000～30000 m2。各小區周邊施工粘土密封墻，切斷回填砂層和淺部粉細砂層與周邊地通氣，保證抽真空時的密封效果。粘土密封墻是以粘土為材料，制備成一定稠度的泥漿，采用水泥攪拌樁設備，相互搭接攪拌，最終形成連續的泥漿與砂土攪拌而成的地下墻體，寬度1.2 m，深度13～16 m，根據地層條件以穿過回填砂的貫穿性的粉細砂夾層為原則。在場地回填砂層中鋪設集水濾管，將預留的排水板頭纏繞到濾管，再將濾管連接到主管上，構成了水平集水系統。水平集水系統通過主管和吸水管與真空泵相連，抽真空達到預壓效果。濾管采用直徑50mm的開孔硬質UPVC硬質塑料管外裹一層土工織物，間隔2 m平行布置,主管與濾管垂直，用三通接頭與濾管連接。鋪設土工布和密封膜。為保護密封膜不被破壞，密封膜上下各鋪設一層土工布。土工布應達到一定的斷裂強度、頂破強度和撕破強度。密封膜采用不少于兩層的聚氯乙烯薄膜，滿足一定的抗拉強度、直角剪斷強度和伸展率。應采用人工鋪設，避免過程中破壞，一布兩膜鋪設完成后，采用人工踩壓方法將土工布和密封膜周遍壓入壓膜溝中，與密封墻連接，試抽真空檢查無漏氣后再鋪設第二層土工布。真空泵的安裝應嚴格按照電機、水泵、水箱、閘閥、止回閥、出膜口的順序安裝。各項安裝就緒，開始抽真空，膜下真空度達到50 MPa左右后，檢查有無泄露點。如果有破損點，附近會發出很大響聲，應立即停泵修補。如果無漏點，提升真空度達到80 MPa后，鋪設上層土工布、布設沉降標，開始計時。“堆載”采用分層堆砂加載。為保護膜布，首層400～500mm砂料采用人工推車堆填，后面采用機械分層堆載碾壓至設計厚度。

軟土的排水固結過程分為兩個階段。第一階段從施打塑料排水板開始，到抽真空設備投用。施工排水板后，雖然沒有額外加載，也可觀測到場地地面沉降達0.5 m左右，局部達到0.75 m。說明排水板插入后就有明顯的排水效果，在自重應力和場地回填土的附加應力作用下，很快可將軟土中的孔隙水排出，水壓力降低，實現部分排水固結。第二階段是抽真空以后，到固結沉降穩定。固結沉降過程前期降速快，后期降速慢，為漸緩下降的曲線，主要固結沉降一般在抽真空后100 d左右完成，沉降量在1.5 m左右，其后沉降非常緩慢。根據地基處理過程的沉降觀測分析，越南沿海電廠主廠房區域軟基處理采用“排水板+真空聯合堆載預壓”法，真空度為80 MPa，堆砂高度2.5 m，預壓100 d左右，總沉降量2 m左右。通過效果檢測，處理后的軟土地基承載力超過100 kPa，達到了預期效果。

“排水板+堆載預壓”法處理應用于施工場地區。區別在于減少了真空預壓過程，用透水盲溝和集水井代替了集水管道、土工布和真空膜，在堆載荷重的作用下，孔隙水通過排水板、透水盲溝流入集水井中，用水泵抽走。雖然沉降固結時間較長，也可以達到相應的處理效果。

3 地基穩定問題

3.1 問題分析

軟土地基承載力低，無法承受建構筑物荷載，即使經過排水固結處理后的軟土地基也只能承受輕型荷載，一般的建構筑物在軟土地基上修建，都容易產生地基失穩問題。

3.2 解決方案

解決地基穩定問題主要方法是采用樁基礎，特殊條件也可以采用樁土共同承載的復合地基。

由于軟土場地很難找到樁端持力層，多為摩擦樁。根據樁身材料不同，常用的有灌注樁和管樁。軟土層對樁周摩擦力很小，有時還會有負摩擦力，軟土層部分的樁長一般是無效樁長，為提高樁基效率，通常采用大直徑超長灌注樁或大直徑超長管樁。

在軟土地區施工大直徑超長型灌注樁和管樁都存在一定的技術難度。

在軟土地層中施工灌注樁時，由于軟土容易變形，成孔后容易產生樁孔縮徑或塌孔，引起灌注樁的質量問題。為了避免這些問題的發生，可以提高護孔泥漿的濃度，但泥漿濃度過高，又容易引起樁身周圍泥皮過厚，降低樁側摩擦力。為解決這個矛盾，軟土場地施工大直徑混凝土灌注樁應首選旋挖，其次鉆孔，不宜沖孔。因為沖孔灌注樁成孔速度較慢，必須采用濃泥漿護壁，且沖孔過程有振動，會促使塌孔和縮徑變形；而旋挖樁成孔時間短，降低泥漿濃度的情況下也不易產生塌孔和縮徑，樁周泥皮厚度小，可以提高摩擦樁的承載力。

PHC管樁由于樁身強度高、現場施工快、打入樁體可以排土擠壓周圍土體提高樁周摩擦力等特點，非常適合軟土場地摩擦樁。大直徑超長型PHC管樁采用的是大重量貫入錘，單擊能量高，打樁過程容易發生樁頭破損，應給以高度重視。為避免或降低樁頭破損的發生，管樁生產和打樁過程均應采取相應控制措施。管樁生產過程質量控制主要包括：樁管壁厚、鋼棒質量和數量、預應力大小、端板質量、箍筋段長度和質量、混凝土配比和養護時間等，打樁過程的質量控制主要包括：樁錘重量、落錘高度、垂直度、接樁質量、裝頭墊板材質和厚度、貫入總擊數等。

3.3 工程案例

越南沿海電廠灌注樁是大直徑超長型灌注樁，全部采用旋挖法施工。灌注樁樁徑分別為Φ1.2 m和Φ1.0 m。Φ1.2 m灌注樁樁凈長約為60 m，主要用于主廠房、鍋爐、煙囪和干煤棚等荷載大的建筑物。Φ1.0 m灌注樁樁凈長約為55 m，主要用于大型池體的抗浮和豎向承載。所有灌注樁均為摩擦樁，樁體持力層為－25 m以下的粉細砂層、粘土層和細砂層，－25 m以上的淤泥層對樁周摩擦力無貢獻，且有負摩擦作用。樁身混凝土采用C30抗滲混凝土，鋼筋采用HRB335普通鋼筋。施工設備采用旋挖鉆樁機，施工時孔口埋設護桶，挖樁過程泥漿護壁。成孔過程中采取各種措施，防止了斜孔、塌孔、縮徑等問題的發生。

越南沿海電廠管樁為Φ600mm和Φ800mm的PHC管樁。Φ800mm的PHC管樁屬于大直徑管樁，用于陸域工程的案例較少。根據原設計計算，設計樁長為55～60 m，通過現場試打，無法貫穿標高－43 m左右的密實砂層，最終修改設計樁長為47 m，經現場單樁承載力載荷試驗，能夠滿足設計荷載要求。使用PHC管樁解決地基穩定問題，除樁徑、樁長和樁數布置等設計數據外，還要密切關注PHC管樁的工廠制造、運輸和現場施工環節。樁靴的形狀和質量對于PHC管樁穿透砂層的難易程度有較大影響。運輸和轉運過程中需要按標示的吊點支撐和起吊。吊打施工過程需要關注樁錘重量、起錘高度、貫入度變化、錘擊數、收錘標準等數據，對于需要穿透密實砂層的場地，更要根據經驗調整上述數據，既要避免樁身破壞，又要保證單樁承載力。沿海項目PHC管樁施工前期，樁頭破損比較嚴重，破損率超過10%。經停工整改，加強了工廠制造、運輸和現場施工各環節的質量管控，樁頭破損率才得到了控制，最終保證了項目PHC管樁的成功使用。

4 基坑穩定和涌水問題

4.1 問題分析

在軟土場地由于基坑穩定問題處理不當，造成基坑垮塌或失穩，給工程造成巨大損失的案例很多。濱海電廠工程基坑深度超過5 m的深基坑有很多，例如汽輪機基礎、虹吸井、循環水泵房基礎、曝氣池基礎等，在軟土地區開挖深基坑必須采用一定的支護措施和專門的技術方案。部分深度小于5 m的一般基坑，也存在一定的安全隱患，要采取一定的支護措施。淤泥層中還連續分布有粉細砂層，構成了透水層，如果基坑開挖過程不采取措施，會產生滲透、涌水問題。

4.2 解決方案

濱海電廠根據基坑特點不同可分別采用自然放坡、鋼板樁支護、CDM樁等多種支護形式。

深度小于5 m的基坑一般是采用自然放坡，坡腳處堆沙包護腳，坡頂處設排水溝和集水井，坡面上覆蓋土工布和防水膜，基坑中設降水井。對于無法放坡的淺基坑，或易出現基坑涌水的淺基坑也可以采用鋼板樁支護，鋼板樁長度一般小于12 m。

深度大于5 m的基坑，支護方式主要有鋼板樁支護和CDM樁支護兩種。鋼板樁支護主要在汽機基座、虹吸井、曝氣池區采用；CDM樁支護主要在循環水泵房、取水明渠，取水口頭部、排水箱涵、排水閘門井等部位采用。

4.3 工程案例

主廠房汽機基座底板深度約11 m，分兩個深度開挖，首先與主廠房其他基礎一起采用大開挖的方法開挖至5.5 m深度，形成一個大基坑，然后在大基坑內圍繞汽機基座再開挖至11 m，僅在該范圍施工鋼板樁支護。鋼板樁支護要編制專門的施工方案，通過計算確定鋼板樁的長度、內部支撐的方式和位置，土體開挖的順序和開挖方式。特別是類似汽機基座這種面積較大的基坑，開挖設備無法在外完成基坑內全部土方的開挖，機械設備和運土車輛必須能夠進入基坑內部施工，如果在基坑內部設置縱橫水平支撐梁，則開挖設備和車輛難以進入，將會給基坑開挖工作造成很大的困難。解決方案是在拐角處設置水平角撐，在基坑一邊開口設置坡道，使開挖設備和車輛能夠進入基坑開挖。對于類似虹吸井這種開挖面積較小的基坑，可以沿短邊方向設置單向水平支撐，采用長臂挖機從基坑頂部向下開挖。

CDM樁支護是相互搭接的CDM樁沿基坑邊緣格柵狀布置，形成墻狀的擋土結構，或在軟土斜坡上形成樁土復合體斜坡。樁身分為空樁和實樁兩部分，基坑開挖部分為空樁、開挖面以下為實樁。排水箱涵、閘門井開挖深度7 m，采用的是三排搭接格柵樁墻，樁與樁的搭接寬度為200mm，樁長有14 m和26 m兩種。循環水泵房基坑深度11 m，整個基坑和放坡范圍內全部格柵網格狀布置CDM樁，樁長25 m。取水明渠則是在整個明渠區域全部格柵狀布置CDM樁，空樁與實樁分界面即為明渠面，將空樁部分的土體開挖后，再覆蓋一層混凝土護面結構就形成循環水取水明渠，安全可靠，施工方便。在解決基坑穩定問題時，應包括確定CDM樁身強度、樁和土復合體強度、穩定性計算、施工質量控制等多個方面的問題。根據需要的樁身強度決定水泥摻入量，根據基坑深度和穩定性計算決定CDM樁長度和格柵排數。

采用CDM樁基坑支護可以解決的巖土工程問題除基坑穩定問題外，還可解決基坑涌水問題。相互搭接的CDM樁形成一道密閉的擋水墻，切斷軟土層中連續分布的砂層透水層，起到止水作用，可避免產生基坑涌水或漏水。施工過程應嚴格CDM樁體垂直度和樁身質量，避免搭接樁體開叉透水，或在樁身強度比較薄弱處斷樁或樁身位移，沿裂縫透水。

5 總結與反思

濱海電廠軟土場地存在一些巖土工程問題，在工程建設前期需要通過巖土勘察和分析，制定出科學的應對和解決方案。如果解決方案不當，會給電廠建設帶來無法挽回的損失。正確的方案確定后，還要對方案實施過程的質量嚴格把控，保證方案效果，并采用巖土工程檢測的手段檢驗實施效果。勘測、設計、施工、檢測各過程環環相扣，緊密相連，就構成了軟土場地巖土工程問題的系統解決方法。越南沿海項目巖土工程問題的處理過程中，有成功的經驗，也有失敗的教訓，將其作為工程案例在此進行分析，可供類似工程借鑒。