趙海飛，呼和滿都拉，趙志勇

（1.內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；2.鄂爾多斯市和效電力設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

黃土高原的東北部地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的煤炭資源，隨著國(guó)家煤從空中走能源戰(zhàn)略的實(shí)施，此地區(qū)規(guī)劃或者在建了許多大型的火力發(fā)電廠。電廠建設(shè)由于工程等級(jí)高，對(duì)地基土的要求也相對(duì)較高，且一般都由二至三期完工，施工周期較長(zhǎng)，后期建筑物地基處理往往會(huì)影響已經(jīng)建成的建筑物，同一個(gè)場(chǎng)地內(nèi)其地基處理方法經(jīng)常需采用兩種或兩種以上。而黃土高原地貌，溝壑縱橫發(fā)育，形態(tài)復(fù)雜，發(fā)展速度快，地形切割嚴(yán)重，地形高差大，場(chǎng)地平整后地基土性質(zhì)差別大，特殊的地形地貌加上黃土特有的濕陷性，導(dǎo)致地基處理也非常復(fù)雜。因此對(duì)于黃土溝壑地區(qū)的大型電廠而言，在工程建設(shè)過程中，面臨諸多巖土工程問題。

本文通過對(duì)內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)某電廠建設(shè)時(shí)期巖土工程勘測(cè)及地基處理過程的分析研究，結(jié)合衛(wèi)星影像圖對(duì)原始地貌進(jìn)行還原，仔細(xì)分析了電廠建成后出現(xiàn)的各類巖土工程問題，對(duì)各種地基處理方案進(jìn)行了對(duì)比，優(yōu)化選擇，總結(jié)出該類地區(qū)大型電廠建設(shè)存在的主要巖土工程問題，并提出了合理的地基處理方案。

1 工程概況及巖土工程勘測(cè)成果

擬建電廠位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)。地貌單元處于準(zhǔn)格爾高原腹地黃土峁上，廠址地勢(shì)相對(duì)較高。原始地貌以黃土地貌為主，溝壑縱橫。本工程一期2×150MW 機(jī)組工程于2006年8月完工，二期2×330MW機(jī)組工程于2010年5月完工。電廠一二期主廠房、空冷島和鍋爐房的大部分地段位于黃土峁的頂部,煤場(chǎng)、升壓站及廠外輸煤系統(tǒng)位于斜坡和深溝。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，場(chǎng)地內(nèi)黃土狀粉土垂直節(jié)理發(fā)育，含水量不高，呈中密—密實(shí)狀態(tài)，壓縮性較好；回填土厚度不均，壓實(shí)不均勻，場(chǎng)地內(nèi)地下20m范圍內(nèi)無地下水，且場(chǎng)地土為黃土狀粉土，不需考慮地基土的液化問題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣及室內(nèi)土工試驗(yàn)，巖土體物理力學(xué)指標(biāo)推薦值見表1。

表1 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)推薦值表

2 場(chǎng)地原始地貌及各期建筑物分布

通過收集場(chǎng)地原始衛(wèi)星影像圖片并進(jìn)行數(shù)字化處理，還原出電廠各建筑物在原始地貌單元中的位置，從而歸納總結(jié)各建構(gòu)筑物地段地基處理的針對(duì)性特點(diǎn)及方法。

通過影像圖分析，場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)最大高差約60m，一期工程主要建筑物及大部分附屬建構(gòu)筑物均位于黃土卯的頂部,二期工程主要建筑物位于黃土卯的頂部,其他大部分附屬建構(gòu)筑物均位于斜坡及溝底部位。

3 工程建設(shè)遇到的巖土工程問題

3.1 不良地質(zhì)條件發(fā)育

因主廠房建筑物承載力要求高，基底持力層承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。一期工程占用整個(gè)場(chǎng)地較高的位置,主要建筑物地基處理采用了強(qiáng)夯法，將高處大量土方回填于二期場(chǎng)地的溝谷及斜坡地帶，并未采取嚴(yán)格的碾壓措施，因此造成二期工程建設(shè)時(shí)存在高回填土、濕陷性黃土、高邊坡、深溝等多種不良地質(zhì)條件。

3.2 地基處理復(fù)雜，需采用多種地基處理方案

本工程地基處理方案復(fù)雜多樣，主要是由于一期電廠建設(shè)時(shí)未考慮二期而導(dǎo)致，若初期時(shí)將整個(gè)建設(shè)場(chǎng)地統(tǒng)一處理，將很大程度上降低地基處理難度。如場(chǎng)地統(tǒng)一采用強(qiáng)夯法處理，地基處理費(fèi)用將降低50%以上，且可以大大縮短地基處理施工周期。

目前二期場(chǎng)地緊鄰一期工程，部分建筑物位于一期場(chǎng)地內(nèi)，因此地基處理施工需考慮對(duì)已有建筑物的不利影響，二期工程針對(duì)以上不良地質(zhì)條件，采用了換土墊層法、強(qiáng)夯回填處理法、灰土墊層法、臺(tái)階式設(shè)計(jì)結(jié)合分層回填碾壓等方法，同時(shí)加大基礎(chǔ)面積和上部結(jié)構(gòu)措施、結(jié)合樁基礎(chǔ)等多種地基聯(lián)合處理方案。

4 地基處理方案

4.1 主要建（構(gòu)）筑物地段

由于基底持力層承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)距離一期建筑物近，地層粘粒含量較高，含粉質(zhì)粘土夾層，不宜采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比對(duì)，樁基礎(chǔ)成本高，決定地基處理方法為換土墊層法。

4.2 水工附屬建筑地段

基礎(chǔ)下清除①層人工填土以②層、③層或④層黃土狀粉土及粉質(zhì)粘土作為基礎(chǔ)持力層或下臥層，但考慮到黃土狀粉土遇水后承載力會(huì)下降，故要求對(duì)承載力要求高或可能漏水的建（構(gòu)）筑物基底鋪設(shè)一定厚度的灰土墊層，以防漏水浸泡地基土。

4.3 煤場(chǎng)地段

針對(duì)本地段地勢(shì)相對(duì)較低，地面坡度較大及設(shè)計(jì)要求承載力相對(duì)較低等特點(diǎn)，采用臺(tái)階式設(shè)計(jì)，結(jié)合分層回填碾壓的聯(lián)合地基處理方案。充分利用了現(xiàn)有地形及場(chǎng)地平時(shí)開挖出的土方。降低了工程量，滿足了設(shè)計(jì)要求。

4.4 場(chǎng)外輸煤地段

①1層人工填土力學(xué)性質(zhì)較差，不可作為構(gòu)（建）筑物及道路的天然地基土使用，需采取地基處理措施。①2層人工填土經(jīng)過不均勻人工壓實(shí)，大部分力學(xué)性質(zhì)較好，存在少量未壓實(shí)的軟弱夾層。作為輸煤系統(tǒng)，該層地基土的強(qiáng)度滿足要求，但可能會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降問題。同時(shí)場(chǎng)地內(nèi)深溝回填時(shí)形成陡峭高邊坡，距離基礎(chǔ)較近，需要對(duì)邊坡進(jìn)行處理，以防邊坡失穩(wěn)，影響建筑物基礎(chǔ)穩(wěn)定性。

因此，如果基礎(chǔ)位于①2層或有限深埋后基礎(chǔ)可以位于①2層回填土上，則可以①2層為持力層采用天然基礎(chǔ)，并采取加大基礎(chǔ)面積和上部結(jié)構(gòu)措施來解決地基土的沉降或不均勻沉降問題；如果①1層厚度較大建議采用樁基礎(chǔ)進(jìn)行地基處理。

本次勘測(cè)在場(chǎng)地內(nèi)發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)老舊窯洞，窯洞上部力學(xué)性質(zhì)較差，該地段基礎(chǔ)需進(jìn)行地基處理。綜合考慮，地基處理采用樁基礎(chǔ)、碾壓換填或強(qiáng)夯。

5 強(qiáng)夯法分析

強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等，其作用可降低地基土的壓縮性和滲透性，提高承載力或穩(wěn)定性?，F(xiàn)場(chǎng)原體試驗(yàn)結(jié)果表明，用強(qiáng)夯加固地基后，其壓縮性可降200%～1000%，強(qiáng)度可提高到200%～500%，強(qiáng)夯加固的深度一般可達(dá)到8m 左右。黃土溝壑地區(qū)的電廠建設(shè)，地基處理需要同時(shí)兼顧黃土和溝壑兩個(gè)問題，溝壑回填處理一般采用回填碾壓和強(qiáng)夯，深大溝壑由于回填的厚度較大，因此采用強(qiáng)夯法更為經(jīng)濟(jì)。而人工填土強(qiáng)夯關(guān)鍵問題如下：

（1）含水量的控制上不必苛求。人工填土能否達(dá)到處理效果，通常人們自然關(guān)心土體的含水量配置。如灰土，實(shí)際操作上若含水量不控制在最優(yōu)含水量附近區(qū)間，很難達(dá)到壓實(shí)的干密度要求。對(duì)于強(qiáng)夯（通常單點(diǎn)指夯擊能在1000kN·m以上）的情況則不然，最優(yōu)含水量的概念并不敏感。含水量在5%～10%的范圍，實(shí)際上就是棄土的天然含水量。用最優(yōu)含水量衡量，顯然這個(gè)濕度偏低，現(xiàn)場(chǎng)操作中并沒有刻意摻水，但夯后的干密度、孔隙比、壓縮模量和標(biāo)貫擊數(shù)等指標(biāo)卻達(dá)到了很高的水平。對(duì)于人工填土，這一點(diǎn)意義很大。大土方量，回填前要摻水拌和，可以想見是一件十分麻煩的事情，工作量非常之大。強(qiáng)夯對(duì)人工填土體的含水量要求比較寬泛，含水量偏低一些也無關(guān)緊要，這正好適用棄土的濕度情況，顯示出強(qiáng)夯處理人工填土的優(yōu)越性。

（2）夯前分層填筑填土且輔以初壓是必要的。不能因?yàn)樽罱K要進(jìn)行強(qiáng)夯，就將土料雜亂無章地填起來，忽略了夯前處理。分層鋪設(shè)填土并進(jìn)行數(shù)遍碾壓，使得回填工作有序，本身增加了填土的均勻性，同時(shí)土體具有一定強(qiáng)度，便于重型機(jī)械設(shè)備場(chǎng)地作業(yè)。此外，這樣做無疑減輕了夯擊工作的負(fù)擔(dān)。此次夯擊過程表明，當(dāng)主夯點(diǎn)和間夯點(diǎn)達(dá)到停錘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，夯坑深度約在70cm 左右，夯坑很淺，沒有必要進(jìn)行夯點(diǎn)的加固夯。所謂加固夯就是通常夯坑超過1m時(shí)，場(chǎng)地整平夯坑回填后，對(duì)夯點(diǎn)復(fù)位進(jìn)行的補(bǔ)夯。顯然，土料雜亂無章地填起來不進(jìn)行初壓，同樣的夯擊能下夯坑會(huì)加深且易發(fā)生歪錘或提錘困難的現(xiàn)象，勢(shì)必要增加加固夯。要知道，有序鋪設(shè)填土并進(jìn)行數(shù)遍碾壓易于實(shí)現(xiàn)，而相比之下，增加加固夯卻要困難得多。這一點(diǎn)對(duì)于填筑土體厚度很大時(shí)尤為必要，可以明顯提高工作效率。

通過工程實(shí)例對(duì)比，強(qiáng)夯法比灌注樁基礎(chǔ)節(jié)省60%的費(fèi)用。同時(shí)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)的實(shí)踐與發(fā)展使得強(qiáng)夯的應(yīng)用更加廣泛。

因此筆者總結(jié)出黃土地區(qū)電廠建設(shè)地基處理方案的選擇一般遵循原則見圖1。

圖1 黃土地區(qū)電廠建設(shè)地基處理方案

6 結(jié)論

（1）黃土溝壑地區(qū)大型電廠建設(shè)，從安全角度考慮，盡量將主要建構(gòu)筑物放在黃土梁或峁的高處，避免未來基礎(chǔ)放在深厚回填土上。

（2）電廠主建筑物屬甲類建筑物，需全部消除濕陷性，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，一般采用強(qiáng)夯法來全部消除濕陷性并提高地基承載力；對(duì)于附屬建筑物，屬乙類建筑物，可以保留部分濕陷性黃土，進(jìn)行濕陷量計(jì)算，部分建筑物可以不進(jìn)行地基處理。但考慮到黃土的水穩(wěn)性較差，為了防水，同時(shí)提高地基土承載力，一般采用一定厚度的灰土墊層進(jìn)行地基處理。

（3）電廠建設(shè)周期長(zhǎng)，黃土溝壑地區(qū)進(jìn)行電廠建設(shè)，回填溝壑時(shí)盡量和地基處理結(jié)合起來考慮，統(tǒng)籌各期建設(shè)，考慮一次性進(jìn)行地基處理和溝壑回填。可以采用分層強(qiáng)夯或分層碾壓來統(tǒng)一處理，溝壑回填時(shí)應(yīng)做好施工質(zhì)量的檢測(cè)工作。

（4）如果各期建設(shè)場(chǎng)地或主要建筑物和附屬建筑物場(chǎng)地不能同時(shí)進(jìn)行地基處理，后期工程建設(shè)往往會(huì)同時(shí)存在深厚回填土、濕陷性黃土、高邊坡、深溝等多種不良地質(zhì)條件，結(jié)合場(chǎng)地條件采取合適的處理措施，可以考慮換填法、灰土擠密樁法或樁基礎(chǔ)。