东南亚某国电厂软弱地基的工程特性研究

王芳蓉

(四川省电力设计院,成都 610072)

东南亚某国电厂软弱地基的工程特性研究

王芳蓉

(四川省电力设计院,成都 610072)

在对该电厂软弱地基测试、试验数据的数理统计分析基础上,通过进一步的理论分析及计算,系统地阐明了地基的变形及强度特性、剪切波速、振动周期、剪切模量及刚度系数等工程特性。笔者认为,在东南亚沿海地区的电力工程承包项目中,受地基条件复杂性和当地勘察技术局限性的制约,地基测试、试验数据存在系统性及收敛性等方面的问题。有效的工作方法应是,首先通过相应的数理统计分析,谨慎考察地基测试及试验数据可靠度的置信水平。据此进一步分析地基的工程特性,为工程建设项目的设计与施工提供可靠、完善的科学依据。

软弱地基;概率分析;压缩模量;承载力;剪切波速;刚度系数

1 工程概况

东南亚某国电厂位于海滩平原地带。场地内地基持力层主要为由上部松散砂层、淤泥质粘土和下部可塑-硬塑状粘土组成的滨海相沉积建造。其中,浅表层松散砂层和软塑状淤泥质粘土相对低劣的工程地质性质,对电厂地基与基础设计有较大的影响。

2 地基土层的工程地质性质

地基土层分为5个沉积层,各层的埋深、厚度及工程地质性质的基本特征见表1。

表1 地基土层的基本工程地质性质Table 1 Foundation soil layer elementary engineering geology characters

其中第②层软塑状淤泥质粘土,是静水或缓慢流水环境中沉积、经生物化学作用并含有机质的饱和软粘土(图1)。其较低劣的工程地质性质表现为高压缩性、抗剪强度较低。尤其是较低的渗透性(渗透系数K≤10-6cm/s),使得受载后超孔隙水压力的消散与有效应力的增加历时较长,这导致该层土具有沉降变形量大且持续时间较长的不良性质。

图1 第②层软塑状淤泥质粘土Fig.1 Soft plastic clay w ith silt②layer

3 地基土层物理力学性质试验及测试参数统计分析

为合理评估地基土层的变形参数及承载力指标,按下列方法对土工试验及测试数据进行数理统计分析,求出①层及②层地基土各项指标的标准值(表2、3、4)。

表2 地基土层物理力学指标实测值统计分析成果Table2 Thestatisticalanalysisresultoffoundationsoillayerphysicalmechanicsindicatorymeasuredvalues

表3 第②层软塑状淤泥质粘土单轴压缩试验指标统计分析成果Table3 Thestatisticalanalysisresultofuniaxialcompressiontestindicatoryofsoftplasticclaywithsilt(②layer)

表4 SPT-N实测值统计分析成果Table4 ThestatisticalanalysisresultofSPT-Nmeasured values

平均值:μ0=

变异系数:δ=σ/μ0

4 地基土层的压缩性及承载力指标

4.1 压缩性指标

为了能够反映地基土层在基础荷载作用下的变形特性,根据粘性土压缩系数a1-2与孔隙比e的工程经验关系(a1-2=βe2.7)、压缩模量Es与SPT-N值的工程统计关系以及同类地基的工程经验,获得表5所示的地基土压缩系数a1-2、压缩指数Cc及压缩模量Es等指标。

表5 地基土层的压缩性参数Table5 Foundationsoillayers'compressibilityparameter

4.2 承载力指标

在未进行现场载荷试验的情况下,根据土层物理力学性质试验及测试参数,通过理论计算并参考已有的海相淤泥质土工程经验,确定各地基土层的承载力指标。

理论计算方面,在基础形式尚未最终确定的情况下,根据土层的埋深d、抗剪指标(ck、φk)、重度及有效重度(γ、γm)或承载力系数(Md、Mc),按临塑压力确定承载力特征值fcr[1],即

研究成果(表6)显示,埋深1～17.0m、平均厚度13.99m的第②层淤泥质粘土,承载力指标较低。

表6 地基土承载力指标(kPa)Table 6 The bearing capacity indicatory of foundation soils

5 场地与地基的工程特性

5.1 天然地基的均匀性

拟建场地处于同一地貌环境内的同一工程地质单元,通过计算各钻孔控制深度范围内的当量模量,按当量模量最大值与最小值的比值及其与地基不均匀系数临界值K的关系[2],判定地基均匀性。

表7 天然地基均匀性计算表Table 7 The computational table of subsoil uniformity

5.2 地基土层的等效剪切波速

根据海相软土地基剪切波速vs(m/s)与SPT-N值的下列工程经验,估算场地及地基土层的剪切波速。计算成果(表8)显示,拟建场地为中软土地基[3]。

淤泥质土vs=αN0.239;粘土vs=βN0.55;砂土vs=γN0.324;动力基础vs=α′(118.59+0.46N+ 2.17Z)。式中,α、β、γ及α′均为与工程经验有关的系数。

表8 地基土剪切波速(vs)计算成果Table 8 The calculated value of shear wave velocity(vs)of foundation soil layers

计算成果(表9)显示,地基土层的等效剪切波速较低(vse=64.31 m/s)。在覆盖层厚度大于80 m的地质条件下,应属Ⅳ类场地[3]。

表9 地基土层的等效剪切波速vse(m/s)Table 9 The calculated value of equivalent shear wave velocity(vse)of foundation soil layers

5.3 地基卓越周期

卓越周期是场地条件的一种固有特性。工程设计时,应使建筑物的结构自振周期避开地基卓越周期,防止因二者相近而产生的共振效应[4]。

根据地基土层的剪切波速,按表10计算场地的卓越周期T。计算成果显示,该场地具有相对较长的卓越周期(T=1.208 s),符合软土地基的基本特性。

表10 地基卓越周期T(s)计算值Table 10 The calculated value of foundation p redominant period(s)

5.4 场地土层的平均剪切模量

按照火力发电厂抗震设计的场地评价技术要求,根据土层的剪切波速vsi、天然密度ρi及厚度di参数,按下式计算场地土层的平均剪切模量G,计算成果见表11。

表11 场地土层平均剪切模量计算成果Table 11 The result of site soil layers'average shear modulus

5.5 地基刚度系数

发电机组的动力特性要求分析地基单位弹性反映,即地基刚度问题。在缺乏现场动测试验[5]资料的情况下,首先根据天然地基承载力的特征值fak和已有工程经验,确定抗压刚度系数Cz。然后按相应的关系式,确定抗剪刚度系数CX=αCZ、抗弯刚度系数Cφ=βCZ及抗扭刚度系数CΨ=ξCZ(式中α、β及ξ为工程经验系数)等地基刚度系数(表12)。

表12 地基刚度系数计算成果(kN/m3)Table 12 The result of foundation rigidity facto r(kN/m3)

6 结论

(1)研究表明,第①层松散细砂和第②层软塑淤泥质粘土的工程特性较差,强度及变形性指标均难以满足建筑荷载要求。第③层硬可塑粉质粘土,分布稳定,工程地质性状良好,且其下卧层第④层及第⑤层粘土的工程地质性质较好,因而具有较好的工程适宜性。

(2)在这种特殊的地基工程特性条件下,基础类型及地基持力层的选择,应视上部结构荷载情况的不同,按以下两种情况分别考虑:

(a)对于主厂房、锅炉房、烟囱等重荷载建(构)筑物,桩基础的适宜性较好,应以工程地质性状良好的第③层粉质粘土作为桩端持力层,桩基类型可考虑采用端承摩擦桩。

(b)其他一般性轻型建(构)筑物,应考虑对第②层淤泥质粘土进行地基加固处理[6],然后按结构荷载要求采用筏式基础或其他类型的连续基础。

(3)东南亚沿海地区的电力工程项目,受软弱地基条件和当地技术条件局限性的制约,工程勘察方面提供的地基测试及试验数据不够完整,数据的收敛性亦较差。有效的工作方法应是,首先通过相应的数理统计分析,谨慎考察地基测试及试验数据可靠度的置信水平。据此进一步分析地基的工程特性,为设计与施工提供可靠的技术依据。

[1]中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)[S].

[2]中华人民共和国行业标准.高层建筑岩土工程勘察规范(JGJ72-2004)[S]:28-29.

[3]中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-2001)[S]:15-17.

[4]曾心传,秦小军.土层对地震的随机反应分析[J].地震工程与工程地震,1998,18(3):27-39.

[5]林宗元.岩土工程试验监测[M].辽宁科学出版社,1994.

[6]康巨人,曾立邦.110 kV铁塔基础纠偏技术[J].地质灾害与环境保护,2009,20(1):117-119.

A STUDY ON ENGINEERING CHARACTERISTIC OFWEAK SUBSO IL IN POWER STATIONOF A COUNTRY IN SOUTHEAST ASIA

WANG Fang-rong
(Sichuan Electric Power Design Institute,Chengdu 610072,China)

This paper has illuminated the engineering characteristics of foundation deformation,its strength characteristics, shear wave velocity,vibration period,shear,modulus and rigidity facto r,w hich basis on the heat power station weak subsoil test and the test data statistics and theoretical analysis and analysis.The author thinks that in the electric power engineering p rojects of Southeast Asia coastal area,subsoil test and test dates,w hich are limited by foundation condition complexity and local reconnaissance specification limitation,have p roblem son system and astringency.And the effective wo rk methods should be taken:first of all,review ing foundation tests and test dates fiduciary level confidence,then acco rding to the result analyses foundation engineering characteristicsw hich are in order to supp ly reliable,perfect science bases for the construction p roject engineering and construction.

poo r subsoil;p robability analysis;comp ression modulus;bearing capacity;shear wave velocity;rigidity facto r

P642

:A

1006-4362(2010)02-0028-04

王芳蓉(1958- ),女,硕士,高级工程师,1982年毕业于成都地质学院(成都理工大学)工程地质专业,长期从事电力工程勘察设计及研究工作。

2010-03-22改回日期:2010-04-21