陈旭辉，陈海燕

(浙江省二建建设集团有限公司，浙江 宁波 315202)

1 工程概况

1.1 工程介绍

浙能新疆阿克苏南工业园2×350MW热电厂项目由浙江能源集团投资，浙江省二建建设集团有限公司承建，于2014年7月开工建设，2016年10月投产，项目占地362亩(1亩=666.67m2)，总投资31亿元。建成投产后将为地方招商引资提供电力能源保障，推进工业化进程，有力促进地方经济发展。

1.2 地质条件

该工程厂址地貌属河流冲洪积平原。除场地中部有一条西北向的沙梁子，其余地段地形较平坦。根据《岩土工程勘测报告》，在勘探深度50m范围内的岩土地层主要为第四系冲洪积物，主要地层由以下成分组成。

1)①细砂 该层在厂区内均有分布且连续。层顶高程1 118.800～1 121.700m， 层底高程1 100.800～1 110.340m，层底深度为10.00～18.50m，内含较多粉土、粉质黏土透镜体及薄层，局部地段含少量圆砾颗粒。局部夹10～20cm厚圆砾透镜体。

2)②细砂含砾 该层在厂区内均有分布且连续。由于较厚，仅有控制性孔揭穿该层，层顶高程1 100.800～1 110.340m，层顶深度为10.00～18.50m，揭露厚度为12.80～21.30m，杂色，饱和，密实，混有较多圆砾颗粒，成分以灰岩、花岗岩及暗色变质岩为主，圆砾颗粒含量一般为10%～20%，粒径0.2～5cm，呈亚圆形、圆形状，含少量粉土、粉质黏土透镜体及薄层。

3)③粉土 该层在厂区内均有分布且连续。由于埋深较深，仅在37个控制性孔揭露该层，层顶高程1 085.130～1 090.610m，层底高程1 083.430～1 088.410m，层顶深度为30.00～33.90m，层底深度为32.20～35.80m，揭露厚度为1.20～4.30m，灰黑色，饱和，密实，手搓砂质感较强，局部混少量圆砾颗粒。

4)④细砂 该层在厂区内均有分布且连续。由于埋深较深，仅在39个控制性孔揭露该层，且未揭穿该层，层顶高程1 083.430～1 089.650m，层顶深度为29.60～35.80m，可见厚度为5.00～17.20m，青灰色、灰白色，饱和，呈密实状态，局部混少量圆砾颗粒。

1.3 水文条件

勘探孔内均见地下水，初见水位7.300～10.300m，静止水位7.000～10.000m，属孔隙水类型潜水，赋存于第四系冲洪积层中，主要接受东北向地下水侧向径流补给，少量接受大气降水补给。地下水受周边地区农业灌溉抽取地下水、气候及季节影响，一般年变化幅度为1.0m左右。一年中地下水最高水位出现在1，2，12月，埋深最浅；地下水最低水位出现在 4，5，6月。

1.4 交通条件

厂址位于阿克苏南工业园东侧，距阿克苏市区15km，距阿克苏河上游采砂场15km，从河床可采挖级配良好的砂砾石。厂址周边分布有枣园、林地和部分工业厂房，厂区北侧3～5km有大片戈壁沙滩，可作为基坑开挖弃土场地。

1.5 地基承载力要求

电厂工程中有210m高烟囱、35m高灰库筒仓、71m高钢结构锅炉房、32m高主厂房和36m高空气冷却装置，全厂设备基础和地下管网星罗棋布，加上运行时的振动荷载，对地基承载力要求很高。该工程主要建(构)筑物地基承载力设计值为600kPa。本文重点介绍沙漠地质条件的地基处理方法。

2 工程难点分析

2.1 地质条件差

本工程地貌属冲洪积平原，处于典型沙漠地带，现场地已被沙化，呈沙土、沙壤状，地表承载力低，运输车辆、工程机械进场必须修筑临时道路，基坑边坡稳定性差，易产生塌方、坑陷等事故。

2.2 降水难度大

根据地质报告，结合夏季农田灌溉，地下水深度在8m左右，正处于开挖深度以上1m左右，由于砂质土渗透性非常好，降水难度很大。

2.3 承载力要求高

根据当地经验数据，地基一般采用较经济的砂砾石进行换填，设计承载力达450～550kPa，而本工程要求达到600kPa，缺乏经验数据，所以，处理方案选择和质量控制是难点。

3 方案设计

3.1 方案选择

根据场地条件和当地工程建设资料显示，常用地基处理方法有桩基础、换填法和振冲挤实法，该工程地质持力层在50m以上，选用灌注桩造价偏高，且砂土地质易造成塌孔等质量问题，不宜选择。对比砂砾石换填和振冲挤实桩的投资成本、质量控制和工期优缺点如下：①砂砾石换填 造价需4 100 万元，施工方法简单、直观，质量易控制；可通过多投入机械加快进度，工期可控；造价低，质量可控，但土方开挖量大，换填砂砾石需求大。②振冲挤实 造价需5 100万元，较难成孔和控制桩长与振冲密实度，质量控制较难；振冲机械作业互相影响，无法同时施工，工期较长；造价相对较低，弃土量较少，但用水量大，较难记录填料量，大功率振冲机对周边地质有影响。

3.1.1砂砾石碾压换填说明

采用天然砂砾石作为换填材料，通过机械分层碾压，对基础下方的软弱地基进行局部或全部置换的处理方式，砂砾石换填地基可提供较高的地基承载力,有效控制建筑物变形，具有抗剪强度高、透水性强、整体刚度大等特性。施工质量主要控制材料选择、最大干密度、单层虚铺厚度及碾压遍数，且阿克苏河上游有充足的天然级配砂砾石，能满足需要。

3.1.2振动碎石桩说明

碎石桩施工中，要使桩体有效挤入软土内，形成坚实的柱状桩体，振冲器必须有足够的振动力振捣桩体，振冲器要振动至密实电流以上，且停留在该电流上一定时间，使桩体具有足够密实度。目前，振动碎石桩施工质量的控制停留在较初级水平，仅靠1台电机启动柜控制振冲器的启动，并通过电流表体现密实电流，而无法检测制桩长度、填料量、留振时间。当地非常缺乏碎石，需到100km外的山矿订购，价格高昂。

根据以上分析比较，砂砾石换填造价低、进度快、施工方法简单直观、质量易控制，所以选择砂砾石换填为本工程地基处理方案。

3.2 换填厚度确定

为验证换填处理的承载力，工程前期进行现场承载力试验。按照换填厚度2，2.5，3，4m分别做3组堆载试验，每组试验点平面开挖尺寸15m×45m，开挖深度同换填厚度，严格选料后，分层虚铺厚度控制在400mm，每层使用22t压路机振动碾压6遍进行压实。主要试验检测和质量控制过程如下。

1)天然级配砂砾石最大粒径≤200mm，粗颗粒(粒径>5mm)含量控制在81%～90%，需对颗粒不均的砂砾石进行人工掺合。

2)砂砾石含水率控制在5%～8%，当含水率不足时进行洒水补充，每层碾压完成后均需进行取样试验，基准最大干密度ρd取2.34g/cm3,压实密实度控制在0.97以上。

3)分层换填夯实至预定厚度后，压路机平碾1遍保持表面平整，进行地基承载力测试。试验委托有资质的专业检测单位，采用慢速维持荷载法，由主梁、次梁、荷载物构成加载反力系统。在承压板底面下铺垫经过处理的50～100mm厚粗砂，采用2 000kN油压千斤顶、并联加载，通过手动油泵驱动加载，千斤顶合力通过承压板中心。加载分级≥8级，最大加载量不应小于设计要求的2倍，加载间隔时间为10～15min，通过仪表读数换算可得地基承载力和变形模量。最终荷载试验数据如表1所示。

表1 荷载试验数据

通过试验得出以下结论：在严格控制施工质量情况下，换填厚度为3m时承载力基本能达到600kPa，但沉降量>6mm，主厂房内几个大型设备基础埋深超过厂房基础1m左右，即在换填完成后还要下挖，则换填厚度<3m，承载力<600kPa。若换填厚度为4m，则造价增加600万元左右，但相应增加承载力富余量，也减少沉降，满足所有基础承载力。最终确定换填厚度为4m。

3.3 开挖方案设计

3.3.1边坡设计

确定换填厚度为4m，基础埋深5m，所以基坑开挖深度为9m。根据地质条件确定开挖放坡分2级：第1级放坡1∶1，边坡采用5cm厚M10砂浆喷浆支护，保护边坡土层稳定；第2级放坡1∶1.25，由于开挖后马上回填，边坡放置时间较短，所以不考虑喷浆支护。2级边坡间，即-5.000m处设置2m宽马道，同时在边坡10m范围内不得堆放重物，也不得有震动性强的机械作业，确保边坡土体不受干扰。放坡系数安全性验算如下。

以77孔土层分布及地质报告提供的参数为计算依据(见表2)，采用理正软件进行计算。边坡如图1所示。整体稳定性验算如图2所示。

表2 土层参数

图1 边坡示意

图2 整体稳定性验算

天然放坡计算条件如下：稳定性验算采用瑞典条分法，应力状态为总应力法，基坑底面以下的截止计算深度为0，基坑底面以下滑裂面搜索步长为 5.00m，土条宽度为 0.40m。天然放坡计算结果如表3所示。

表3 天然放坡计算结果

通过计算得知，该放坡的7个道号整体稳定安全系数都>1.0，说明安全。

3.3.2开挖边线设计

考虑锅炉房、侧煤仓、主厂房和空冷岛区域基础排布较紧密，且换填厚度基本一致，为便于控制施工和质量，采用整体大开挖法。烟囱区域相对独立，考虑单独开挖。基坑底开挖边线原则为按最外侧基础外边线再外扩3m，确保所有基础在有效换填层持力范围内，其余边线按放坡系数相应外扩即可。经过计算，开挖平面如图3所示。

图3 开挖平面

3.3.3降水方案设计

根据相关资料，基底土质为细砂，拟采用深井降水方法降低地下水。管井采用内径500mm预制钢筋水泥管，滤水孔径为15mm，间距150mm×150mm，外侧采用塑料滤网进行包裹。

根据土方开挖要求，降水设计需保持基坑开挖时，土体内水位在基坑底标高0.5m以下，且换填过程中基坑内不得出现积水，所以根据地下水位和各土层渗透系数可计算每天涌水量，再根据涌水量匹配相应的抽排水设备。

通过计算，基坑深井降水共需34口深25m、内径500mm水泥管，基坑四周24口、坑内10口，降水井应便于排水，且避开厂房基础和通道。在1，2号机主厂房区域四周的排水井通过φ300承插式波纹管连接，在转角处砌筑1.5m×1.5m集水井，起排水沉淀作用。出厂排水管采用φ400承插式波纹管连接，再通过市政排水箱涵将水引入就近排水渠内。

4 工艺流程

开挖流程为：测量控制点→开挖地表土→定位放线→修筑临时道路→开挖第1层→修筑边坡、马道→修筑第2层临时道路→开挖第2层→边坡修筑、人工修底→基坑验槽→交付换填。

换填流程为：修筑下基坑运输通道→第1层虚铺400mm厚砂砾石→洒水碾压紧实→第2层虚铺400mm厚砂砾石→洒水碾压6遍→密实度试验→…→最后1层碾压6遍→密实度试验→动探试验、静载试验。

锅炉房、侧煤仓、主厂房和空冷岛为整体大开挖，开挖、换填顺序为锅炉房→侧煤仓→主厂房→空冷岛。

5 施工方法

5.1 土方开挖

5.1.1准备工作

1)测量放线 测绘基坑第1级放坡边线并放线，在基坑外周适当位置做好测量控制点。

2) 修筑临时道路 基坑内道路宽5m，使用600mm厚戈壁料铺平、浇水并压实，道路间距10m，满足挖掘机工作半径及装车需要。

3)厂区道路采用永临结合 即按规划道路位置做好水泥稳定层和混凝土中间层，满足建设期运输通行需要，建设后期施工沥青混凝土面层，形成永久性道路，路宽6～10m。

4)资源准备 组织10个泥工、20个机械操作工、40个汽车驾驶员、5个架子工、30个普通工人。联系砂砾石供货商，确保每天5 000m3供应量，准备40辆20t自卸汽车、4台PC200挖掘机、7台PC360挖掘机、4辆ZL50L轮式装载机、6辆22t振动式压路机、2台120型推土机、1台C400平铺机、1套PJS100喷浆设备。

5.1.2开挖施工

1)采用7台PC360大型挖掘机从锅炉端同步开挖，使用2台PC200中型挖掘机修边坡及挖土，第1层开挖深度5m，即挖至中间马道高度，从锅炉区域向空冷支架区域推进。

2) 开挖第1层土方时，第1层临时道路被挖掉，所以开挖第2层土方时，基坑内还要再修1遍临时道路。

3) 开挖第2层土方前先进行基坑降水，34个深水井提前5d开始抽水，将地下水位降至-12.000m以下，确保基坑底部不被浸泡。抽水由专人负责24h值班，防止水泵空转，持续到基坑换填至-7.000m以上时，可以停止。

4) 第2层机械开挖深度3.5m，留0.5m采用人工修土，减少基底土扰动。其中人工修土紧跟挖掘机开挖进度，以便挖掘机及时挖走人工修土部分。

5) 边坡修筑采用PC200挖掘机结合人工辅助，要求基坑边线顺畅、边坡角度一致、平面高度一致。边坡修筑成型后尽快进行喷浆护坡处理，确保边坡稳定。

5.1.3边坡喷浆支护

1)基坑开挖边坡修筑成型后即开始边坡喷浆支护，先进行第1遍喷浆，再安装钢丝网，钢丝网规格为φ4@200，铺到斜坡后，按1 000mm间距插入直径20mm、长500mm钢筋，钢筋外露5～10cm，钢丝网与钢筋绑扎牢固，然后进行第2遍喷浆。

2)喷浆范围为第1级斜坡面延伸至原始地面1m宽度。

3)喷浆砂浆强度等级为M10，坍落度不宜过大，以设备能喷出为标准，以便加速砂浆凝固而不流淌。喷浆面在12h后洒水养护3d，洒水量不宜过大，以保持混凝土面湿润为宜。

4)由结果可知，基坑边坡安全稳定，未出现下沉、滑坡、开裂等现象，取得较好效果。

5.2 换填施工

1)换填料采用阿克苏河附近级配良好的天然砂砾石，最大粒径≤200mm，石料纯净、粗颗粒(粒径>5mm)含量为81%～90%，含泥量<3%，铺筑过程中，需人工掺合搅匀分布不均匀的粗细颗粒。换填料含水量控制在5%～8%，以碾压时挤出水分、不产生积水为宜。

2)换填范围为基坑内-9.000～-5.000m，按每层虚铺400mm进行控制，大面积区使用平铺机铺装，局部人工修整，表面应平整顺畅，厚度偏差<50mm。

垫层碾压顺序如下：底部原状土压路机平碾1遍(不振动)，每层虚铺平整后先平碾1遍，然后振动碾压密实，每层碾压6～8遍，压路机行驶速度控制在2km/h左右，垫层最后1层施工后需平碾1遍，使垫层达到一定平整度。每层碾压结束后，对碾压质量进行取样检测，压实系数≥0.97，每层每200m2取1组试验。每层每个区块必须在取样试验合格后才能施工上一层。对检测不达标的部位进行返工处理，并重新进行检测，直至达标。砂砾石碾压垫层承载力特征值≥600kPa，变形模量≥85MPa。回填至设计标高后委托第三方有资质的检测机构进行地基承载力试验和动探试验，并出具检测报告。

3)回填作业必须在基坑干燥状态下进行。

4)挖出1∶6斜坡，由厂区道路坡向锅炉房基坑底回填800mm厚戈壁料，并洒水碾压密实，通道宽6m，两侧斜坡放坡1∶1，表面做喷浆支护。待完成主厂房和空冷支架区域挖土后，在适当位置增加1～2处下基坑车辆通道，做法相同，以减小运距，提高回填效率。

5)分层分段回填夯实时，需注意填坡搭接，做好接槎，修筑1∶2阶梯形边坡，每级台阶高0.5m、宽1m，夯迹重叠0.5～1.0m，上、下层错缝距离≥1m。接槎缝部位不得留在基础、墙角、柱墩等重要部位。

6 成效分析

1)速度快 由于组织管理高效，工序衔接紧凑，设备投入充足，从开挖到完成验收并交付垫层施工共77d，比预期提前13d。开挖量共27万m3，换填12万m3。

2)造价低 以当地丰富且廉价的天然级配砂砾石做回填料，95%以上工作均为机械作业，工期短，管理成本低，比其他方案节约投资1 000万元以上。

3)后续施工连贯 换填完成后无养护间歇停顿，也无二次开挖或桩基处理，而是直接施工基础结构，且换填后场地平整开阔，为后续施工提供方便。

4)地基稳定可靠 该项目投产已4年多，基础可靠，运行稳定，未发现因沉降造成的墙面或地面裂缝，也未发现管沟开裂或池体渗漏，累计最大沉降量<60mm，远小于规范允许的200mm，沉降数据偏差小且均匀，达到预期效果。

7 结语

本工程实践证明，只要施工质量控制到位，砂砾石换填承载力可达到600kPa，且施工方法简单、造价较低，为类似工程施工提供借鉴和经验。