广东某火力发电厂圆形煤场基础及结构方案论证选型

广东某火力发电厂圆形煤场基础及结构

方案论证选型

中国能源建设集团广东火电工程有限公司广东广州 510000

摘要：广东某火力发电厂计划建设2个120m直径的圆型贮煤场，以保证雨季燃烧干煤的需要。结合常规圆形贮煤场结构形式以及施工经验，对基础及上部结构形式进行方案论证，以达到受力合理、整体性能好、结构安全，同时满足整体造价最低的效果。本文详细论证了堆煤区和挡煤墙的基础形式、挡煤墙上部结构形式以及各种方案组合的造价。

关键词：圆型煤场堆煤区基础挡煤墙结构方案选型

1引言

广东某火力发电厂总装机容量5000MW，为保证雨季可利用足够的干煤燃料，拟新建两座直径120m、挡煤场高度20m的封闭式圆形贮煤场和配套的输煤栈桥及转运站。

封闭式圆形贮煤场具有环保效果好、占地面积小、运行方式简单、系统调度灵活等优点，兼有贮存、缓冲和混煤等多种功能，是大型火力发电厂常用的贮煤方式。在环保要求不断提高和提倡节能减排的今天，其应用越来越广泛。

封闭式圆形贮煤场土建部分主要包括钢网壳屋盖、钢筋混凝土挡煤墙、进仓输煤栈桥、出仓地下廊道和圆形贮煤场组成，典型断面如图1.1所示。其中钢网壳屋盖、进仓栈桥和出仓廊道技术成熟，本次不进行详细论述。钢筋混凝土挡煤墙和贮煤场基础约占土建总造价的70%，不同的结构型式和基础方案对整个工程影响较大，以下针对该项目的场地条件进行基础和结构型式的技术分析和经济比较。

图1.1封闭式圆形贮煤场典型断面图

2工程地质条件

根据该项目的地质详勘报告，圆形煤场区域的场地岩土层分布规律主要为：

表层为人工填土层，上部为海积的淤泥、含淤泥粉细砂、淤泥质土组成的软土层，中部为海积的粘土、粉质粘土、粗砂层，下部为花岗岩风化层。其中人工填土层

混有多量碎石和少量块石，层厚3.3～14.3m，平均厚度约8.1m。含淤泥粉细砂

和淤泥质土平均厚度约8m。主要岩土层物理力学性质指标见表2.1，详细情况见

岩土工程勘察报告。

表2.1岩土层主要物理力学参数及桩基参数推荐值表

注：泥浆护壁钻(冲)孔桩桩长L按15≤L＜30m考虑。

3地基与基础选型

拟建场地在电厂前期场平工程时已进行真空预压处理，消除了软弱土层的大部分沉降量，满足场地的一般使用要求，地基承载力特征值为120～150kPa。但圆形煤场荷载较大，处理后的地基仍无法满足基础承载力要求，应进行人工地基处理。常用的软土地基处理方法有堆载排水固结法、碎石桩法、水泥搅拌桩法、高压旋喷桩法、刚性桩法。

该项目场地已经回填了平均厚度约8.1 m的砂土并夹杂块石，无法打设新的塑料排水板，且达到堆煤区的承载力要求堆载预压处理需要3～4年，也会影响周边已有建构筑物基础，不能满足工程进度要求，所以堆载排水固结法不适用。

碎石桩方法较适合于粉土及粉砂地基，通过挤密作用加固地基并承受上部荷载。在淤泥质土中，土体对桩的侧向约束小，桩受荷载作用时碎石材料挤入到桩周的淤泥质土中造成桩体破坏，因此碎石桩法也不适用。

水泥搅拌法和高压旋喷法是通过水泥土加固地基。本场地回填土厚度大，且

其中含有较大粒径的块石。采用水泥搅拌法或者高压旋喷法都需要引孔。根据以

往工程经验，这两种方法处理后的地基承载力在150～200kPa之间，仍然不能满

足堆煤荷载要求。

刚性桩适合该项目实际情况，常用桩型为高强预应力管桩和冲孔灌注桩。因

为场地表层填土层混有多量碎石和块石，高强预应力管桩难以打入，结合电厂周

边建筑基础的施工情况，冲孔灌注桩是比较适合的桩型。根据电厂工程的试桩报告，直径0.8m的冲孔灌注桩竖向承载力特征值为3000kN，水平承载力特征值为180kN；直径1.0m的冲孔灌注桩竖向承载力特征值为5000kN，水平承载力特征值

为210kN。按岩土工程勘察报告计算，冲孔灌注桩平均长度约32m，持力层为中

风化（或微风化）花岗岩，相应桩端进入岩层深度为1倍（或0.5倍）桩径。

3.1侧壁挡煤墙基础

圆形煤场侧壁挡煤墙承受上部网架的荷载、煤堆的压力和水平推力，拟采用

直径 1.0m的冲孔灌注桩基础。通过整体计算得知，侧壁桩基数量由水平力控制，由于冲孔灌注桩不能施工斜桩，只能按桩基水平承载力计算桩数。不同的挡煤墙

型式和堆煤区基础方案对桩数影响很大，后面结合上部侧壁型式和堆煤区基础方

案综合比较。

3.2堆煤区基础

圆形煤场最大堆煤高度为33.9m，堆煤区地面最大荷载约340kPa，天然地基

承载力为120～150kPa不能满足要求，拟采用冲孔灌注桩基础。相应的可以采用

的基础型式有桩筏基础和托板桩。

3.2.1 桩筏基础

桩筏基础可以将煤场的荷载向场地下方基岩传递，减小表层地基的沉降和侧

向变形，有效地调节地基的不均匀沉降，满足堆煤荷载要求。同时采用筏板与

圆形煤场侧壁环基扣接的方式，利用堆煤区的桩基水平承载力，分担环基承受的

水平荷载，可以优化侧壁挡煤墙环基的设计，减少环基下桩基数量。剖面详见

“图3.2 桩筏基础剖面示意图与托板桩剖面示意图”。

为了减少筏板厚度和钢筋用量，桩中心距不宜太大，堆煤区采用直径0.8m

的冲孔灌注桩基础。根据堆煤荷载的分布情况和距离环基位置的远近采用变桩距

方式布置。按堆煤荷载分布情况计算，堆煤区总桩数为560根。筏板在桩位处加

厚为0.8m，其他位置厚0.6m。初步计算桩筏基础最大沉降约10mm。基础沉降引

起下部软土压缩产生的侧向变形很小，圆形煤场环基可忽略侧向变形的影响。桩

筏基础安全可靠，承载力满足堆煤荷载的要求。

3.2.2 托板桩

托板桩是指用刚性桩（包括桩托板）和土工加筋体加固地基的一种处理方法。桩托板、地基土体、填土和加筋体之间按以下原理工作：由于地基软土的存在，

堆载和填土自重会使托板间的土体产生向下运动的趋势，这种运动趋势受到托板

上方填土抗剪强度的限制，减小了作用在土工合成材料上的压力，但增大了托板

上的荷载，这种荷载传递机理称为土拱效应。通过托板和桩体将大部分荷载往基

岩传递，小部分荷载由地基土层承受，可以大大减小地基的沉降和侧向变形。加

筋垫层的作用类似于柔性筏板，对沉降的调节作用没有刚性板明显，但是该结构

使桩体受力比较均匀，并可以利用填土层的承载力和减少筏板基础造价。由于没

有刚性板与侧壁环基连接，不能分担侧壁承受的水平力，堆煤区桩基的水平承载

力未发挥作用。剖面详见“图3.2 桩筏基础剖面示意图与托板桩剖面示意图”。

堆煤区采用直径0.8m的冲孔灌注桩。根据堆煤荷载的分布情况和距离环基

位置的远近采用变桩距方式布置。按堆煤荷载分布情况计算，总桩数636根。桩

顶设置厚0.8m的钢筋混凝土方形托板，最靠近环基5排桩的托板宽2m，其他托

板宽1.6m。在托板顶面以上分层铺设3层土工格栅，间距25cm，土工格栅之间

填筑级配碎石。垫层施工后再在其上施工回填土层并按堆煤要求做斜坡，回填土

层最薄处1.0m。