黃 勝（廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663）

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圓形煤場(chǎng)設(shè)計(jì)方案比較

黃 勝
（廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663）

摘要：針對(duì)某電廠圓形煤場(chǎng)所處地質(zhì)條件不良，經(jīng)處理后的地基仍無(wú)法滿足煤場(chǎng)區(qū)域基礎(chǔ)承載力要求情況下，對(duì)幾個(gè)軟土地基處理方法優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析，最終選擇剛性樁法、沖孔灌注樁方案對(duì)地基進(jìn)行處理；整體式擋煤墻采用側(cè)壁整體式擋煤墻、堆煤區(qū)采用樁筏基礎(chǔ)。該設(shè)計(jì)方案受力合理，整體性能好，結(jié)構(gòu)安全，整體造價(jià)最低。其他類似項(xiàng)目可作參考。

關(guān)鍵詞：圓形煤場(chǎng)；基礎(chǔ)型式；結(jié)構(gòu)形式選型；經(jīng)濟(jì)對(duì)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(chǎng)和配套的輸煤棧橋及轉(zhuǎn)運(yùn)站。封閉式圓形貯煤場(chǎng)具有環(huán)保效果好、占地面積小、運(yùn)行方式簡(jiǎn)單、系統(tǒng)調(diào)度靈活等優(yōu)點(diǎn)，兼有貯存、緩沖和混煤等多種功能，是新建大型火力發(fā)電廠常用的貯煤方式。在環(huán)保要求不斷提高和提倡節(jié)能減排的今天，其應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

封閉式圓形貯煤場(chǎng)土建部分主要包括鋼網(wǎng)殼屋蓋、鋼筋砼擋煤墻、進(jìn)倉(cāng)棧橋、出倉(cāng)廊道和貯煤場(chǎng)組成。其中鋼網(wǎng)殼屋蓋、進(jìn)倉(cāng)棧橋和出倉(cāng)廊道技術(shù)成熟，本文不進(jìn)行詳細(xì)論述。鋼筋砼擋煤墻和貯煤場(chǎng)基礎(chǔ)約占土建總造價(jià)的70%，不同的結(jié)構(gòu)型式和基礎(chǔ)方案對(duì)整個(gè)工程影響較大，以下針對(duì)本工程的場(chǎng)地條件進(jìn)行基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)型式的技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)比較。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，圓形煤場(chǎng)區(qū)域的場(chǎng)地巖土層分布規(guī)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(xì)砂、淤泥質(zhì)土組成的軟土層，中部為海積的粘土、粉質(zhì)粘土、粗砂層，下部為花崗巖風(fēng)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(xì)砂和淤泥質(zhì)土平均厚度約8 m。主要巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及詳細(xì)情況見巖土工程勘察報(bào)告，在此不列出。

3 地基與基礎(chǔ)型式

擬建場(chǎng)地在電廠一期和二期工程時(shí)已進(jìn)行強(qiáng)夯或真空預(yù)壓處理，消除了軟弱土層的大部分沉降量，滿足場(chǎng)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(chǎng)荷載較大，處理后的地基仍無(wú)法滿足基礎(chǔ)承載力要求，應(yīng)進(jìn)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(jié)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(chǎng)地已經(jīng)回填了平均厚度約8.1 m的砂土并夾雜塊石，無(wú)法打設(shè)新的塑料排水板，且達(dá)到堆煤區(qū)的承載力要求堆載預(yù)壓處理需要3～4年，也會(huì)影響周邊已有建構(gòu)筑物基礎(chǔ)，不能滿足工程進(jìn)度要求，所以堆載排水固結(jié)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(zhì)土中，土體對(duì)樁的側(cè)向約束小，樁受荷載作用時(shí)碎石材料擠入到樁周的淤泥質(zhì)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(chǎng)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(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，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(shí)際情況，常用樁型為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁和沖孔灌注樁。因?yàn)閳?chǎng)地表層填土層混有多量碎石和塊石，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁難以打入，結(jié)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(jù)二期工程的試樁報(bào)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(bào)告計(jì)算，沖孔灌注樁平均長(zhǎng)度約32 m，持力層為中風(fēng)化（或微風(fēng)化）花崗巖，相應(yīng)樁端進(jìn)入巖層深度為1倍（或0.5倍）樁徑。

3.1 側(cè)壁擋煤墻基礎(chǔ)

圓形煤場(chǎng)側(cè)壁擋煤墻承受上部網(wǎng)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(chǔ)。通過整體計(jì)算得知，側(cè)壁樁基數(shù)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(jì)算樁數(shù)。不同的擋煤墻型式和堆煤區(qū)基礎(chǔ)方案對(duì)樁數(shù)影響很大，后面結(jié)合上部側(cè)壁型式和堆煤區(qū)基礎(chǔ)方案綜合比較。

3.2 堆煤區(qū)基礎(chǔ)

圓形煤場(chǎng)最大堆煤高度為33.9 m，堆煤區(qū)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(chǔ)?？梢圆捎玫幕A(chǔ)型式有樁筏基礎(chǔ)和托板樁。

3.2.1 樁筏基礎(chǔ)

樁筏基礎(chǔ)可以將煤場(chǎng)的荷載向場(chǎng)地下方基巖傳遞，減小表層地基的沉降和側(cè)向變形，有效地調(diào)節(jié)地基的不均勻沉降，滿足堆煤荷載要求。同時(shí)采用筏板與圓形煤場(chǎng)側(cè)壁環(huán)基扣接的方式，利用堆煤區(qū)的樁基水平承載力，分擔(dān)環(huán)基承受的水平荷載，可以優(yōu)化側(cè)壁擋煤墻環(huán)基的設(shè)計(jì)，減少環(huán)基下樁基數(shù)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(qū)采用直徑0.8 m的沖孔灌注樁基礎(chǔ)。根據(jù)堆煤荷載的分布情況和距離環(huán)基位置的遠(yuǎn)近采用變樁距方式布置。按堆煤荷載分布情況計(jì)算，堆煤區(qū)總樁數(shù)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(jì)算樁筏基礎(chǔ)最大沉降約10 mm。基礎(chǔ)沉降引起下部軟土壓縮產(chǎn)生的側(cè)向變形很小，圓形煤場(chǎng)環(huán)基可忽略側(cè)向變形的影響。樁筏基礎(chǔ)（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(huì)使托板間的土體產(chǎn)生向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，這種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)受到托板上方填土抗剪強(qiáng)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(jī)理稱為土拱效應(yīng)。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(cè)向變形。加筋墊層的作用類似于柔性筏板，對(duì)沉降的調(diào)節(jié)作用沒有剛性板明顯，但是該結(jié)構(gòu)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(chǔ)造價(jià)。由于沒有剛性板與側(cè)壁環(huán)基連接，不能分擔(dān)側(cè)壁承受的水平力，堆煤區(qū)樁基的水平承載力未發(fā)揮作用。

圖1 樁筏基礎(chǔ)和托板樁基礎(chǔ)斷面圖

堆煤區(qū)采用直徑0.8 m的沖孔灌注樁。根據(jù)堆煤荷載的分布情況和距離環(huán)基位置的遠(yuǎn)近采用變樁距方式布置。按堆煤荷載分布情況計(jì)算，總樁數(shù)636根。樁頂設(shè)置厚0.8 m的鋼筋混凝土方形托板，最靠近環(huán)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(shè)3層土工格柵，間距25 cm，土工格柵之間填筑級(jí)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(cè)壁擋煤墻結(jié)構(gòu)型式

目前直徑120 m圓形煤場(chǎng)常用的側(cè)壁主要有兩種結(jié)構(gòu)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(cāng)和水桶的設(shè)計(jì)理念，將擋煤墻設(shè)計(jì)成連續(xù)墻體，依靠混凝土內(nèi)配置的鋼筋抵抗穹頂網(wǎng)架荷載和煤堆推力。擋煤墻為一整體圓筒壁結(jié)構(gòu)，下端固支于環(huán)形基礎(chǔ)上，上端設(shè)置加勁環(huán)梁。為優(yōu)化壁板厚度，沿圓周均勻設(shè)置36根肋柱，同時(shí)肋柱高出頂部環(huán)梁2 m，作為穹頂網(wǎng)架的支座。環(huán)基與側(cè)壁為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，不設(shè)溫度伸縮縫，為滿足施工要求，設(shè)置八道施工后澆帶。設(shè)計(jì)時(shí)需計(jì)算溫度作用產(chǎn)生的應(yīng)力并配置鋼筋，導(dǎo)致?lián)趺簤ε浣盥试龃?。整體式擋煤墻結(jié)構(gòu)型式見圖2。

圖2 整體式擋煤墻結(jié)構(gòu)型式

4.2 分離式擋煤墻

分離式擋煤墻結(jié)構(gòu)主要包括擋煤墻、扶壁柱和環(huán)形基礎(chǔ)。擋煤墻在每個(gè)扶壁柱處設(shè)縫斷開，兩側(cè)簡(jiǎn)支于扶壁柱上，下端固支于環(huán)形基礎(chǔ)上。扶壁柱為懸臂結(jié)構(gòu)，下端固支與環(huán)形基礎(chǔ)上，上端支承穹頂網(wǎng)架。扶壁柱沿圓周均勻布置，共36根。環(huán)形基礎(chǔ)為整體結(jié)構(gòu)，不設(shè)伸縮縫，為滿足施工要求，設(shè)置八道施工后澆帶。由于擋煤墻每段長(zhǎng)度約10.6 m，不用考慮溫度作用產(chǎn)生的應(yīng)力，可以減少擋煤墻配筋率。分離式擋煤墻結(jié)構(gòu)型式見圖3。

圖3 分離式擋煤墻結(jié)構(gòu)型式

5 基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比

圓形煤場(chǎng)側(cè)壁擋煤墻可以采用整體式或分離式，堆煤區(qū)基礎(chǔ)可以樁筏基礎(chǔ)或托板樁。圓形煤場(chǎng)是一個(gè)整體建筑，為了得到符合本工程場(chǎng)地條件的最優(yōu)方案，將擋煤墻結(jié)構(gòu)型式和堆煤區(qū)基礎(chǔ)方案分別組合，進(jìn)行四個(gè)方案的對(duì)比，詳見表1。方案對(duì)比的工程量為初步計(jì)算結(jié)果，實(shí)際以施工圖為準(zhǔn)。對(duì)比單價(jià)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(shí)際單價(jià)以施工合同為準(zhǔn)。

表1 圓形煤場(chǎng)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

6 結(jié)語(yǔ)

由上述對(duì)比可知：

（1）場(chǎng)地軟土深厚， 土質(zhì)差， 填土層和淤泥層天然地基承載力不能滿足要求.應(yīng)進(jìn)行人工地基處理。場(chǎng)地表層填土層混有多量碎石和塊石，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁無(wú)法施工，推薦基礎(chǔ)采用沖孔灌注樁方案。

（2）經(jīng)過4個(gè)方案詳細(xì)對(duì)比，方案1（側(cè)壁整體式擋煤墻+堆煤區(qū)樁筏基礎(chǔ)）受力合理，整體性能好，結(jié)構(gòu)安全，整體造價(jià)最低，圓形煤場(chǎng)推薦采用該方案設(shè)計(jì)。

（3）煤堆自燃是無(wú)法避免的問題，自燃產(chǎn)生的高溫會(huì)損壞圓形煤場(chǎng)側(cè)壁結(jié)構(gòu)，造成混凝土開裂，鋼筋外露腐蝕等問題。建成投產(chǎn)后應(yīng)加強(qiáng)日常巡查，及時(shí)處理自燃的煤堆，避免側(cè)壁受損，影響圓形煤場(chǎng)結(jié)構(gòu)安全。

中圖分類號(hào)：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-9913（2016）01-0049-05

* 收稿日期：2015-11-04

作者簡(jiǎn)介：黃勝（1977- ），廣東廣州人，工程師，主要從事電力工程土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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.