[摘要]沿海电厂的建设场地大都是填海造陆和开挖山体形成的,由于场地的条件不同,开山填海过程会根据不同的岩土工程问题采用不同的施工方法。文章主要探讨开山填海施工方法的分类、围堤的修筑以及提出加快沿海电厂建设的方法。
[关键词]岩土工程;填海造陆;综合试桩;沿海电厂
[作者简介]周伟,广东科诺电力岩土工程有限公司,广东广州,510000
[中图分类号] TU271.1[文献标识码] A[文章编号] 1007-7723(2010)07-0115-0002
一、引言
岩土工程是工程与地质学科相结合而产生的新兴学科,它的理论基础包括岩石力学、地质学、地基基础工程学、土力学等,主要应用于处理和解决在工程中涉及到的所有与岩体相关的问题。随着沿海地区电厂的兴建,岩土工程的研究对于建设电厂起着越来越重要的作用。沿海的地质条件非常复杂,根据不同的地质条件需要采用不同的填海造陆方法。考虑到工程的进展和资金的投入,在保证质量的基础上,采用综合试桩的方法可以加快电厂的建设。
二、填海造陆方法选择
受地质因素和自然条件,尤其是海流和波浪因素的影响,填海造陆工程的施工量大、难度大且难以控制施工的质量。施工前,必须分析和论证施工的方案,从而选择合适的方法。
由于岩土性质、水深、地形地貌、潮流、波浪、码头布置以及取排水方案的不同,不同厂址填海造陆的方案也不尽相同。可将填海方法归纳为三种:一是吹填法;二是干湿结合法;三是干填法。
(一)吹填法施工
吹填法施工是利用吹砂船、输泥管和挖泥船等相关设备将水和泥砂抽吹到回填的位置,然后分离泥砂沉淀和泥水,从而形成陆地。吹填法施工与航道或是港池的疏浚结合起来,可以起到一举两得的效果。
1.吹填法的优点
(1)不需要大型设备如爆破、开挖、运输等设备,施工的成本低。
(2)为取得综合利用的效果,可以同时考虑利用港池或是航道疏浚的泥砂。
(3)不用在陆地挖土石料,是用附近海域的泥源和砂源来充当回填料。
2.吹填法的缺点
(1)吹填法所建成的陆地必须先对地基进行处理,然后才能用作建设场地,但处理地基的费用较高。
(2)为避免泥砂的流失,必须在吹填之前修建护堤或是围堤。
(二)干填法施工
干填法施工利用运输、开挖等设备配以整平、碾压的机械,将开挖的附近山体岩土回填至要填埋的海域,是由陆地开挖,再到海域填埋的推进式的回填施工方法。是否事先修建围堤对干填法施工而言都是可以的,但回填完毕,则需在回填区外缘修筑相应的护岸。
干填法施工的优点包括:
(1)由于采用通过分层碾压处理回填后的场地的方式,处理地基的费用降低。
(2)作业面宽,回填与开挖可以同时进行,因此施工的速度快。
干填法施工的缺点主要是对自然地质、地理条件有一定要求。
(三)干湿结合法施工
干湿结合法施工根据工程实际的需要、自然条件特点,综合利用吹填法和干填法施工,先进行的回填利用吹填法,然后处理软、弱地基,再利用干填法回填,最终达到设计标高。
干湿结合法施工有以下几个优点:
(1)疏浚航道以及港池得到的泥砂以及开挖山体获得的岩土都可以回填至厂区,这样资源的配置更加合理,优化了回填方案。
(2)由于自然资源得到充分的利用,所以工程造价相对较低。
三、修筑护岸或围堤
修筑围堤是干湿结合法以及吹填法施工的必要前提。而对于干填法施工而言,围堤的修筑与否要视情况而定,要考虑回填材料性质、涌浪和海流的大小等。修筑围堤就是在水中修筑一基本的封闭或半封闭堤坝,目的是把回填区与周围海域分开,从而保证海水不会带走回填物质。
围堤按使用时间可以分为永久性围堤和临时性围堤。永久性围堤也称护岸,永久性的护岸是组成岸墙的一部分,一般为回填之后的陆域边界。修筑时要考虑其稳定性,要能持续很长时间。假若有很厚的淤泥层出现在永久性围堤的岸墙部位,则须采取必要的清淤措施。清淤方法较灵活,常用的方法有重力挤淤、挖除淤泥、爆破淤泥等。
当修筑临时性的围堤时,既要考虑修筑围堤的材料对工程建筑基础的施工影响,也要考虑在施工过程中的稳定性。临时围堤位置处假若采用桩基础,则应该尽量不要选用大块石修筑。
根据涌浪及海流条件、工程需要及材料来源,修筑围堤的材料选用要因地制宜,主要的材料有粘土、开山土石料、袋状砂、块石、袋状土等。根据潮位、回填的标高来确定围堤的高度,围堤的断面应能达到稳定性的要求。封闭式的围堤应预留泄水用口。
四、综合试桩
填海造陆所有的施工完成后要进行电厂的建设。综合试桩技术不仅能适应加快工程建设的进度要求,最大限度地缩短电厂的建设周期,而且还可保证桩基设计具有很好的经济性,经济效益好。
(一)综合试桩的特点
1.须研究对环境的影响,如打桩引起的加速度大小、沉降变形和挤土效应等,以及对相邻基础和建筑的影响。
2.实施动静力综合试桩,如用埋设电阻元件的方法来测得桩身的应力分布,用以分辨桩端阻力和桩身摩阻力,掌握载荷的传递一般规律,应力应变的关系可用多种测试方法测得,实测桩的承载能力和打桩应力,利用多种不同的原位实验测得地基工程性质在打桩前后的变化。
3.优化桩基方案来确定试桩的纲要。在优化基础上推荐试桩的持力层和桩型可以最大程度地发挥技术、经济效益。
4.研究分析打桩和地基土工程的特殊性质的关系,例如粉土和砂土的震陷问题、由于软土下沉产生的桩基负摩擦问题、地震液化问题等。
5.在初步设计前就开展试桩工作,可以使打桩工程提前开工。
(二)综合试桩的目的
1.由多种原位试验来确定桩基设计参数随地层条件的变化,并对原位试验参数建立相应的相关关系。
2.确定烟囱及主厂房等大型建筑桩基持力层。
3.获得桩身的应力分布一般规律。
4.确定附属建筑物采用短桩(PC桩)和中长桩的使用情况。
5.研究厂址使用超长桩的经验和方法,选择合理的桩身结构、规格壁厚等材料。
6.确定单桩的容许承载力以及极限承载能力,区分桩尖阻力和桩侧摩阻力。
7.探究沉桩的可能状况,合理选用打桩的机具设备,以保证施工能够顺利进行。
8.确定桩顶在自由状态下,单桩水平承载力以及有关参数。
9.获取打桩时完整准确的打桩记录。
10.在静力试桩结束之后,通过采用静探和标贯掌握桩间土密度变换的情况,确定浅层砂质粉土的抵抗地震液化的性能以及加密的情况。
11.制定打桩施工停锤的标准,指出测算施工周期的数据。
(三)综合试桩分类
综合试桩分为动力测桩和静力测桩。
静力测桩采用
等方法求得极限载荷。
动力测桩应用小应变和大应变两种不同的方法。动力测桩可给出以下资料:(1)沿桩身分布的土阻力在桩侧和桩端处的值,最大拉应力以及最大压应力,从而为选择持力层以及桩型提供相关依据。(2)预评价沉桩的可能性,从而确定打锤的标准。(3)对桩身的质量进行监控,取得打桩时桩的完整性。(4)确定恢复系数为设计给出单桩的承载力。(5)提供打桩机锤击效率以及传到桩身最大能量,从而可以选择合理的桩锤。
动、静测桩对比的结果可以使试桩的可靠性更加完善,从而为工程桩检测提供可靠的依据,还可以在科学检测基础上建立桩基设计。
(四)经济效益
采用综合试桩后,获得的经济效益非常显著,例如,外高桥电厂选择持力层的问题,可行性研究阶段确定的入土80m的建议修正之后,将桩基置于粘性土层和14#粉砂之上。每根桩缩短将近10m,并且根据各种建筑物实际的条件选取不同的桩长和模型,在桩基上节省了很多费用。再如南通的醋酸纤维电厂通过PDA监测和试桩,使桩基费用节约预算费用的50%以上。
(五)工程实例
外高桥电厂是浦东开发区一个重点的项目,该厂所在地区的地质条件非常复杂,第四纪松软土层的厚度大约为70m,借鉴上海地区的已建大型电厂经验,烟囱旁的主体建筑物和主厂房应当选用超长桩。为节约项目的费用,应尽量用成本低,并且技术经济条件良好的桩型,桩基持力层的选择合适;此次试桩的要求要达到施工图设计(一期工程)的要求,在之后的设计阶段,应尽量不再增加试桩的工作。
五、结语
通过对滨海电厂的填海造陆方法的选择、围堤修筑以及综合试桩的探讨,为沿海电厂的建设提供了工程的安全性和造价的合理性建议。对于岩土工程的地质勘察中出现的各种岩土工程问题,可以更经济、合理、可靠、科学地处理,既保证工程建设的安全性又节约了工程的建设投资。作为一门新的学科,岩土工程还在不断的发展之中,在大机组和大容量建设中显示发展岩土工程强大的生命力。
[参考文献]
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