碎煤系统是火力发电厂输煤系统的重要组成部分，碎煤设备布置在电厂碎煤机室中，通过碎煤机对原煤进行加工以满足锅炉燃烧的要求。按照输煤系统布置，进、出料输煤栈桥端部均由碎煤机室外挑牛腿支撑，具有较大的荷重；同时碎煤设备工作时对结构产生加大的激励振动。在上述条件的要求下，碎煤机室对不均匀沉降要求严格。在西北某2X300MW燃煤电厂，碎煤机室位置处地基存在湿陷性，为满足其安全和使用要求，需要对其地基处理方案开展研究。

 

　　2.工程条件

 

　　该工程场地地貌成因类型属剥蚀缓坡丘陵地貌，地貌类型为缓坡地，地表植被稀疏，沙化现象严重。根据地质勘测报告，在勘探深度35m内可分为4个大层，由上而下依次为第四系全新统风积粉砂（Q4eol）、第四系上更新统风积黄土状粉土（Q3eol）、残积土及第三系泥岩及砂岩（N）。根据工程场地地震安全性评价报告，50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.149g（对应地震基本烈度为Ⅶ度），反应谱特征周期为0.44s。地基土类型为中硬土，工程场地为Ⅱ类。

 

　　本工程碎煤机室总高32.2m，平面尺寸为24X19.7m，为三跨框架结构。进料输煤栈桥底标高为24.5m，与料斗相连，碎煤设备层标高为16m，破碎后的出煤栈桥底标高为3.3m。碎煤机室所处场地湿陷类型为非自重湿陷性黄土场地，在规范压力下，湿陷量计算值在83～462mm之间，湿陷土层最大埋深在3～5m之间，湿陷等级为Ⅱ级的占20%，湿陷等级为Ⅰ级的占80%。场地湿陷类型为非自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级。

 

　　3.碎煤机室类别划分及地基处理原则

 

　　3.1类别划分

 

　　《火力发电厂土建结构设计技术规定》（DL5022-2012）（以下简称《土规》）第5.5节规定：对建在湿陷性黄土地基上的建筑物，应遵照《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）（以下简称《湿规》）的有关规定进行地基处理，采取相应的设计措施。

 

　　《土规》根据地基受水浸湿可能性的大小和湿陷后产生的后果，以及使用上的不均匀沉降限制的严格程度，对发电厂的各类建筑物按其重要性分为四类，参照《湿规》并结合本工程具体情况，碎煤机室属于乙类建筑物。

 

　　3.2碎煤机室的地基处理原则

 

　　《湿规》对不同类别建筑物的地基处理有明确规定：

 

　　根据建筑物类别划分表，碎煤机室属于乙类建筑，相关的地基处理要求如下：

 

　　乙类建筑应消除地基部分湿陷量，并应采取结构措施和检漏防水措施；在非自重湿陷性黄土场地，消除地基部分湿陷量的最小处理厚度，应符合下列要求：

 

　　1）地基处理深度不应小于地基压缩层深度的2/3，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不应小于1OOkPa。

 

　　2）如基础宽度大或湿陷性黄土层厚度大，处理地基压缩层深度的2/3或全部湿陷性黄土层深度的2/3确有困难时，在建筑物范围内应采用整片处理。其处理厚度不应小于4m，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不宜小于1O0kPa。

 

　　4.地基处理方案比选

 

　　按照现行《湿规》，湿陷性黄土地基处理的常用方法有垫层法、强夯法、灰土挤密桩法、桩基础、预浸水法及单液硅化或碱液加固法。

 

　　其中换土垫层法处理厚度一般不大于3m，预浸水法适用于自重湿陷性黄土，单液硅化或碱液加固法适用于已有建筑的加固，所以适合本工程的常用地基处理方法为：强夯、灰土挤密桩、桩基础。另外，也可以将地基中的湿陷性黄土全部挖除，直接将基础坐在天然地基上。

 

　　按照上述处理方法并结合工程场地具体情况，本工程考虑以下三种地基处理方案。

 

　　4.1方案一：桩基础方案

 

　　桩基础能够穿透湿陷性黄土的土层，将持力层坐落在中等风化的泥岩和沙岩层上，可以提供很大的单桩承载力。

 

　　就本场区地层分布情况来看：预制桩在贯穿中密～密实的②层黄土状粉土及③层残积土时难度较大，打入桩的桩长也不容易掌握，截桩、接桩工作量较大。因此，宜采用灌注桩。桩持力层为④泥岩和沙岩层。

 

　　人工挖孔灌注桩不受大型机械的制约，施工工期较短，可采取分组同时挖孔，若干根桩齐头并进。挖孔桩是在人工挖好的孔内灌入混凝土筑成，其优点是受力明确、承载力高，桩长易于调整，质量易于保证。

 

　　但此施工方法也有下列缺点：

 

　　首先，人工挖孔灌注桩机械化程度低，工人劳动条件差；人员在孔内上下作业，安全问题比较突出。为了确保人工挖孔桩施工过程中的人员安全，一般都要采取混凝土护壁措施加以保障。混凝土护壁可预制也可桩孔内现浇。

 

　　其次，桩基持力层需穿透较厚的强风化的泥岩和沙岩层，人工挖孔相当困难。

 

　　综合考虑上述因素：本工程碎煤机室采用直径为800mm的机械成孔灌注桩，桩基持力层坐落在中等风化的泥岩和沙岩层上，桩长约22.0m。

 

　　桩径取0.8m，桩长20.58m，桩端按进入④层中等风化岩深度按1.5d（1200mm）考虑。负摩阻力按70kPa/m考虑。基桩竖向承载力设计值约2612KN。整个碎煤机室共布桩44根。通过技术经济分析，包括试桩及检测费、土方开挖及承台连梁在内的机械成孔灌注桩工程造价约216.7万元。

 

　　4.2方案二：换填垫层处理方案

 

　　换填垫层地基处理即把地层中全部湿陷性黄土挖除，将基坑超挖至④强风化泥岩层，然后置换能有效提高承载力和消除不均匀沉降的材料填至基底。根据承载力的要求和当地建材分布情况，可选用的换填材料有碎石、卵石（fk=200～300Kpa），砂加石（fk=200～250Kpa），低标号素混凝土，毛石混凝土等。

 

　　④强风化泥岩层地基承载力取特征值fak=400kpa，根据《建筑地基基础设计规范》地基承载力特征值公式计算，并规定考虑基础宽度和埋深的地基承载力修正。修正后的基础底地基承载力为482.2kpa。

 

　　人工置换天然地基与桩基相比，可将湿陷性黄土全部挖除，处理效果最理想。而且没有试桩及测桩费用，不需要其他特殊的施工机械。但采用人工置换天然地基土方开挖深度大，开挖和回填量多，通过技术经济分析，工程造价约288万元。较桩基方案高月70万元，故不建议采用。

 

　　4.3方案三：强夯地基处理方案

 

　　本工程湿陷性黄土为第四系上更新统风积黄土状粉土（Q3eol），依据《湿规》第6.3.6条预判，强夯后地基承载力特征值仅为fak=200kpa。无法满足柱底承载力要求。因此该方案也不适合。

 

　　5结论

 

　　通过上述分析论证，碎煤机室地基处理可采用的三种方案中，强夯地基处理方案最便宜，但该方案无法满足基地承载力要求。人工置换地基与桩基相比，可将湿陷性黄土全部挖除，处理效果最理想。但人工置换地基土方开挖量较大，置换所用毛石混凝土和基础所用的钢筋混凝土量均比机械成孔灌注桩方案多。造价相对较高。

 

　　因此，对于本项目推荐采用机械成孔灌注桩基础方案，采用桩径为0.8m的灌注桩，桩长22.0m，桩端按进入④层中等风化岩深度1.5d（1200mm），能够该建筑物的地基处理要求。

 

　　参考文献

 

　　[1]DL5022-2012火力发电厂土建结构设计技术规定中国计划出版社2012；

 

　　[2]GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范中国建筑工业出版社2004；

 

　　[3]JGJ94-2008建筑桩基技术规范中国建筑工业出版社2004；

 

　　[4]JGJ79-2012建筑地基处理技术规范中国建筑工业出版社2012.