某海边电厂煤场软土地基处理技术研究

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

摘 要：在阐述排水固结法基本原理的基础上，对印度尼西亚某海边火电厂煤场软土地基处理工程的特殊地质进行分析，从工期、成本、效果等方面综合考虑，优化施工工艺及施工要点，实现堆载预压排水固结法技术在该工程中技术可行而又经济合理的应用。

关键词：排水固结法；软土地基；煤场

印度尼西亚位于东南亚地，拥有丰富的海洋和矿产资源，随着电力的需求的增长，电力设施的建设高速发展。而该国大河流域比较匮乏，滨海燃煤电站建设必将占据印度尼西亚电力建设的重要地位。滨海地区独特的工程地质条件，成为燃煤电站建设的一大难题。因此，软土地基处理的典型研究对滨海工程的建设十分重要，具有巨大的现实参考意义。文章以某印度尼西亚海边电厂煤场软土地基处理工程为例，对堆载排水固结法实际运用进行合理优化，创造技术可行而又经济合理的典型。

1 工程地质条件概况

该电厂位于苏门答腊岛东北部，濒临马六甲海峡，建设场地表层回填粘土，回填土下层为淤泥层。堆煤区域面积38300m2，堆煤最大高度13.5m，根据地勘报告，煤场顶层24m厚为淤泥质土。该层平均标准贯入试验击数值小于5击，不排水抗剪强度17kPa，固结度23%，cv=2m2/年，ch=4m2/年，水平渗透系数kh=0.063m/年，竖向渗透系数kh=0.0315m/年，土孔隙率1.31～2.31。场地类别属于Soft Soil（SE）等级。

2 排水固结法原理及计算

2.1 排水固结法原理

淤泥质软土地基在荷载作用下，土壤中孔隙水逐渐被挤压排出，孔隙比会逐渐减小而使地基发生固结变形。在变形的同时，超静水压力会逐渐消散，从而随着土有效应力的增大，地基的强度逐步增大。

2.2 排水固结法计算理论

（1）瞬时加荷条件下固结度计算（见表1）。

为径向固结系数；

为每一个竖井有效范围的直径；为竖井直径。

（2）逐渐增加荷载时固结度的计算。理论公式都是假设荷载的加足是一次性且瞬间的。实际工程中，荷载总是分级逐渐施加的。因此，根据上述理论方法求得固结时间关系或沉降时间关系都必须加以修正。修正的方法有改进的太沙基法和改进的高木俊介法。针对该电厂的实际应用情况，将选用改进的高木俊介法。该法是根据巴伦理论，考虑变速加荷使竖井地基在辐射向和垂直向排水条件下推导出竖井地基平均固结度，其特点是不需求得瞬时加荷条件下地基固结度，而是可直接求得修正后的平均固结度。修正后的平均固结度为：

式中：为t时多级荷载等速加荷修正后的平均固结度（%）；为各级荷载的累计值（kPa）；为第n级荷载的平均加速度率（kPa/d）；、分别为各级等速加荷的起点和终点时间（从零点起算），当计算某一级等速加荷过程中时间t的固结度时，则改为t；为井径比，，竖井的影响圆直径，为竖井的直径。

在预压荷载作用下，随着排水固结的进程，地基土的抗剪强度就随着时间而增长；另一方面，剪应力随着荷载的增加而加大，而且剪应力在某种条件（剪切蠕动）下，还能导致强度的衰减。地基土中某点某时刻的抗剪强度可表示为：

表1 不同条件下平均固结度计算公式

序号条件平均固结度计算公式αβ备注1竖向排水固结Tezaghi解2内径向排水固结1 Barron解 3竖向和内径向排水固结 4竖井未贯穿受压土层的平均固结度5普遍表达式

表1中：为竖向固结系数；

式中：为天然地基加荷之前的某点抗剪强度；为固结产生的抗剪强度增量；为剪切蠕动产生的抗剪强度衰减量。

剪切蠕动产生的强度衰减部分目前没有合适而又有理据的计算方法，考虑通过折减系数来推算，故该式为：

式中：η是综合性的折减系数，其主要考虑对强度影响的因素，包括剪切蠕变及其它因素等。根据国内部分区域及相关工程情况实测结果，反推算得到的η值为0.8～0.85。如若推断，判定地基土不会出现强度衰减情况时，则η=1.0。

2.3 该电厂煤场固结时间计算

该电厂煤场地基处理考虑一级或多级等速加载，对应固结时间为t时，总荷载条件下的地基平均固结度计算采用改进的高木俊介法。

首先获得井径比，当砂井正方形排列时：当砂井正三角形排列时：塑料排水板的当量换算直径可按下式计算：

式中：为塑料排水带当量换算直径；b为塑料排水带宽度；σ为塑料排水带厚度。

竖向排水体采用塑料排水板，塑料排水板的断面尺寸可选用100mm×4mm，则换算直径为0.066m。这里考虑一级加载估算固结时间t，式（3）可简化为：

已知土的竖向排水固结系数=2m2/年，土的径向排水固结系数=4m2/年，排水板采用正方形排列，间距l=1m，当固结度达到90%时，代入式（9），计算得到堆载预压固结时间为：t=104天。

2.4 堆煤场地基沉降有限元分析

根据地勘报告中钻孔勘测数据，对地基进行分层，得到各层数据的力学指标，建立堆煤场淤泥软土地基的有限元模型（见图1）。

图1 堆煤场的有限元模型

根据堆煤的自重，施加到模型上的荷载的大小为135kPa，通过计算得到淤泥质土的最终等效应力和变形云图（见图2、图3）。

图2 沉降的等效应力云图

图3 沉降的位移云图

通过有限元计算，得到最大位移为2.682m，最大等效应力为98.44kPa。

3 堆载预压排水固结法方案设计

3.1 堆载预压排水固结法

堆载预压排水固结法是在地基土中设置塑料排水板等竖向排水体，然后加载预压，使土体孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。加载可采用碎石、土加载预压，也可采用堆煤自重等方式进行加载。

3.2 堆载方案的选择

堆载预压方案施工操作方便、工艺简单，费用相对较低，但须分级堆载，工期较长，堆料工程量巨大。在综合考虑堆料来源、倒运费用、余土处理利用，固结时间及工期等因素，制定多个方案对比表，以便选定最终技术上可行而又经济合理的方案。

本工程堆煤高度13.5m，地面增加荷载121.5kPa（堆煤容重9kN/m3），按堆土考虑，堆土高度h=121.5/18=6.75m。因此堆土高度分别按为7m，6m，5m，塑料排水板间距分别为1×1m，1.2×1.2m，1.5×1.5m的方案。当固结度为90%时所需加载时间分别为105天（7m，1×1m），105天（7m，1.2×1.2m），174天（7m，1.5×1.5m）；106天（6m，1×1m），129天（6m，1.2×1.2m），178天（6m，1.2×1.2m）；111天（5m，1×1m），137天（5m，1.2×1.2m），193天（5m，1.5×1.5m）。

堆土高度分别为7m时，塑料排水板间距分别为1×1m，1.2×1.2m，1.5×1.5m，对应105天的固结度分别为90.1%，81.3%，67.7%；堆土高度分别为6m时，塑料排水板间距分别为1×1m，1.2×1.2m，1.5×1.5m，对应105天的固结度分别为89.6%，80.7%，66.9%；堆土高度分别为5m时，塑料排水板间距分别为1×1m，1.2×1.2m，1.5×1.5m，对应105天的固结度分别为87.6%，77.9%，63.9%。

由于本工程煤场在非关键线路，对总工期影响不大。综合比较上述方案，选定排水板间距1.2m，深度24m，堆载土高度6m，设置盲沟与排水沟的方案。浅部地基土承载力特征值只有50kPa，不能一次加载，需按3级加载。第一级加载2m，休止期1个月；第二级加载2m，休止期1个月；第三级加载2m，休止至固结度达到固结度90%时，预估地基承载力130Kpa，固结所需时间约为129天，所需工期约8.5个月。

排水板打设完成后，地面铺设与排水板相连的砂垫层，砂垫层厚度300mm。砂料采用中粗砂，黏粒含量不大于3%，渗透系数应大于1×10-2cm/s。垫层顶部铺设一层二布一膜的防渗土工膜，施工过程中应防止破坏土工膜，以防止地表降水渗入。

预压区边缘设置排水沟，沟宽1m，预压区内设置与砂垫层相连的排水盲沟，排水盲沟间距20m。

3.3 卸载标准

做好现场监测及资料记录，通过分析监测资料，按理论公式推算该电厂煤场的固结度、孔隙水压力消散量和最终沉降量。当根据实测资料推算出固结度达到90%，且连续10天的平均沉降速率小于1.5mm/d时，可开始卸载堆土。

参考文献：

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[3]陈昌富,秦海军.考虑强度参数时间和深度效应边坡稳定性分析[J].湖南大学学报（自科版）.2009,36(10):1-6.

[4]杨博竣.公路桥梁施工中软土地基施工技术探讨[J].工程技术研究,2017,(5):94-95.

中图分类号：TU471.8

文献标志码：A

文章编号：2096-2789（2017）06-0087-02

作者简介：江健（1986-），男，助理工程师，研究方向：火电厂设计、施工管理。