(中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

在濱海地帶建設(shè)大型火力發(fā)電廠有很多優(yōu)越條件，也有不利條件。軟土場(chǎng)地就是濱海電廠建設(shè)的不利條件之一，軟土中的巖土工程問題常常構(gòu)成工程建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)，需要妥善處理和應(yīng)對(duì)。本文以越南沿海電廠為例，深入分析在濱海軟土場(chǎng)地建設(shè)大型火力發(fā)電廠所經(jīng)常面臨的巖土工程問題，包括岸邊穩(wěn)定問題、場(chǎng)地穩(wěn)定問題、地基穩(wěn)定問題、基坑穩(wěn)定和涌水問題，并給出相應(yīng)的解決方案，為濱海軟土場(chǎng)地的電廠建設(shè)提供工程經(jīng)驗(yàn)。

1 岸邊穩(wěn)定問題

1.1 問題分析

濱海電廠軟土場(chǎng)地自然地面一般是平緩低洼，為避免場(chǎng)地被水淹沒，場(chǎng)地需要回填到一定高程。回填后的場(chǎng)地必然高出海平面，海岸岸邊存在高差，必然存在岸邊穩(wěn)定問題，如果不對(duì)岸邊加強(qiáng)保護(hù)，海水會(huì)侵蝕破壞場(chǎng)地，危害工程建設(shè)。

1.2 解決方案

岸邊穩(wěn)定的解決方案是修筑護(hù)岸。護(hù)岸的一個(gè)作用是擋土，保證回填場(chǎng)地岸邊斜坡穩(wěn)定，不出現(xiàn)滑塌或滑移；另一作用是保護(hù)岸邊不被海水沖刷侵蝕。

護(hù)岸的型式有直立擋墻、重力壩、斜坡護(hù)面等有多種類型。濱海電廠軟土場(chǎng)地護(hù)岸多采用重力堆石壩或直立的混凝土板樁。

重力堆石壩的優(yōu)點(diǎn)是施工方便、粗糙的壩面可以消浪、壩體結(jié)構(gòu)利于協(xié)調(diào)沉降等。重力堆石壩壩體的設(shè)計(jì)需要綜合考慮地基土層條件、風(fēng)浪條件、沖刷或淤積等各種條件設(shè)計(jì)。壩體底部需要進(jìn)行處理，防止過量下沉和沖刷。迎浪面要使用大塊石或預(yù)制混凝土防浪塊，其重量應(yīng)保證不被海浪帶走。

預(yù)制鋼筋混凝土板樁在國內(nèi)較少使用，但在軟土場(chǎng)地用其來修筑海邊護(hù)岸有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、剛度大、取材方便、簡(jiǎn)單易行、施工快捷，值得推廣應(yīng)用?；炷涟鍢妒且环N預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土板狀構(gòu)件，斷面可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)為平板狀或槽狀，板樁邊緣一般為槽榫結(jié)構(gòu)，可以便于接縫防水和安裝導(dǎo)向，板內(nèi)可以設(shè)置通水孔，便于沉樁時(shí)水力切割樁端土層。與重力堆石壩相比，采用鋼筋混凝土板樁修筑護(hù)岸材料用量少，需要?jiǎng)佑玫娜肆驮O(shè)備少，采用專用的施工設(shè)備可以很快在岸邊形成一條懸臂擋墻，內(nèi)側(cè)擋土，外側(cè)護(hù)岸。如果需要，還可以在頂部修筑混凝土防浪結(jié)構(gòu)。

1.3 工程案例

越南沿海電廠位于熱帶海洋季風(fēng)氣候帶，分雨季和旱季兩個(gè)季節(jié)。雨季海上風(fēng)浪較小，岸邊潮漲潮落的沖蝕破壞能力較??；而旱季雨少風(fēng)大，海面上波濤洶涌，巨浪對(duì)海岸有很大的沖蝕破壞。業(yè)主負(fù)責(zé)修筑的重力堆石壩護(hù)岸在將要完成時(shí)被海浪沖垮，造成了巨大的損失。由于越方設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)不足，選用筑壩塊石重量過小，壩面采用鋼絲石籠保護(hù)。固定石塊的鋼絲強(qiáng)度不足，且接觸海水后很快銹蝕腐爛，巨浪沖擊護(hù)岸將裝滿石塊的鐵絲籠位移、變形，部分石塊被海浪逐步掏走，最終導(dǎo)致整個(gè)鐵絲籠撕裂破壞，無法對(duì)壩體起到保護(hù)作用，巨浪很快將已修筑好的重力堆石壩破壞、沖垮、夷平。沉痛的教訓(xùn)換來了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，更換施工單位后又再次修筑護(hù)岸。重新修建過程中，吸取了慘重的教訓(xùn)，加大了筑壩石塊重量，施工前對(duì)壩基進(jìn)行了清淤處理，采用土工布隔斷了壩體和土層，壩體迎浪面采用了重量大于500 kg的巨大塊石護(hù)面，避免了海浪對(duì)壩體掏蝕破壞，保證了壩體的穩(wěn)定性，護(hù)岸才筑壩成功。護(hù)岸兩次修筑，工期拖延兩年之久，給電廠建設(shè)帶來了嚴(yán)重的影響，經(jīng)濟(jì)損失巨大。

2 場(chǎng)地穩(wěn)定問題

2.1 問題分析

由于淤泥強(qiáng)度低，地面承載能力弱，場(chǎng)地上行走機(jī)械或堆放貨物會(huì)導(dǎo)致地面土層發(fā)生破壞變形。同時(shí)，淤泥含水量高，孔隙比大，在自重或附加荷載作用下，土層會(huì)產(chǎn)生排水和固結(jié)，地面易產(chǎn)生沉降變形。無論是場(chǎng)地的沉降變形還是破壞變形，都屬于場(chǎng)地穩(wěn)定問題。

2.2 解決方案

解決場(chǎng)地穩(wěn)定問題，需要對(duì)軟土場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)處理，強(qiáng)制其排水固結(jié)，提前消除沉降，減小孔隙比，提高承載力。常用的軟土場(chǎng)地預(yù)處理方法是“塑料排水板+預(yù)壓排水固結(jié)”，預(yù)處理后地面一般會(huì)有較大下沉，沉降量一般可以達(dá)到淤泥層厚度的 5%～10%。

在軟土場(chǎng)地進(jìn)行排水固結(jié)法處理地基時(shí)需要把握的一些關(guān)鍵性技術(shù)要點(diǎn)：

(1)塑料排水板的插板深度不能穿透軟土層，尤其是排水板頭不能終止于砂層中。

(2)采用真空預(yù)壓方法時(shí)，要高度關(guān)注粘土密封墻、膜下集水濾管、土工布和膜的鋪設(shè)、抽真空設(shè)備安裝等施工環(huán)節(jié)。

(3)采用堆載預(yù)壓方法時(shí)，要高度關(guān)注水平沙墊層、集水盲溝、集水排水井、堆載速率、地表排水系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。

2.3 工程案例

越南沿海電廠淤泥厚度25～28 m，夾有粉細(xì)砂透鏡體或薄層。根據(jù)不同區(qū)域的荷載要求、施工工期和堆載用砂的平衡周轉(zhuǎn)，分別采用了“排水板+真空聯(lián)合堆載預(yù)壓” 和“排水板+堆載預(yù)壓”等排水固結(jié)方法，均達(dá)到了預(yù)定的處理效果。

主廠區(qū)采用“排水板+真空聯(lián)合堆載預(yù)壓”處理方法。施工過程包括打塑料排水板、施工粘土密封墻、布設(shè)水平集水管道、鋪設(shè)土工布和密封膜、安裝真空泵、試抽真空、堆沙加載等環(huán)節(jié)。

塑料排水板網(wǎng)格狀布置，縱橫間距1 m×1 m，長度26 m左右。真空預(yù)壓區(qū)分為若干小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積20000～30000 m2。各小區(qū)周邊施工粘土密封墻，切斷回填砂層和淺部粉細(xì)砂層與周邊地通氣，保證抽真空時(shí)的密封效果。粘土密封墻是以粘土為材料，制備成一定稠度的泥漿，采用水泥攪拌樁設(shè)備，相互搭接攪拌，最終形成連續(xù)的泥漿與砂土攪拌而成的地下墻體，寬度1.2 m，深度13～16 m，根據(jù)地層條件以穿過回填砂的貫穿性的粉細(xì)砂夾層為原則。在場(chǎng)地回填砂層中鋪設(shè)集水濾管，將預(yù)留的排水板頭纏繞到濾管，再將濾管連接到主管上，構(gòu)成了水平集水系統(tǒng)。水平集水系統(tǒng)通過主管和吸水管與真空泵相連，抽真空達(dá)到預(yù)壓效果。濾管采用直徑50mm的開孔硬質(zhì)UPVC硬質(zhì)塑料管外裹一層土工織物，間隔2 m平行布置,主管與濾管垂直，用三通接頭與濾管連接。鋪設(shè)土工布和密封膜。為保護(hù)密封膜不被破壞，密封膜上下各鋪設(shè)一層土工布。土工布應(yīng)達(dá)到一定的斷裂強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度和撕破強(qiáng)度。密封膜采用不少于兩層的聚氯乙烯薄膜，滿足一定的抗拉強(qiáng)度、直角剪斷強(qiáng)度和伸展率。應(yīng)采用人工鋪設(shè)，避免過程中破壞，一布兩膜鋪設(shè)完成后，采用人工踩壓方法將土工布和密封膜周遍壓入壓膜溝中，與密封墻連接，試抽真空檢查無漏氣后再鋪設(shè)第二層土工布。真空泵的安裝應(yīng)嚴(yán)格按照電機(jī)、水泵、水箱、閘閥、止回閥、出膜口的順序安裝。各項(xiàng)安裝就緒，開始抽真空，膜下真空度達(dá)到50 MPa左右后，檢查有無泄露點(diǎn)。如果有破損點(diǎn)，附近會(huì)發(fā)出很大響聲，應(yīng)立即停泵修補(bǔ)。如果無漏點(diǎn)，提升真空度達(dá)到80 MPa后，鋪設(shè)上層土工布、布設(shè)沉降標(biāo)，開始計(jì)時(shí)。“堆載”采用分層堆砂加載。為保護(hù)膜布，首層400～500mm砂料采用人工推車堆填，后面采用機(jī)械分層堆載碾壓至設(shè)計(jì)厚度。

軟土的排水固結(jié)過程分為兩個(gè)階段。第一階段從施打塑料排水板開始，到抽真空設(shè)備投用。施工排水板后，雖然沒有額外加載，也可觀測(cè)到場(chǎng)地地面沉降達(dá)0.5 m左右，局部達(dá)到0.75 m。說明排水板插入后就有明顯的排水效果，在自重應(yīng)力和場(chǎng)地回填土的附加應(yīng)力作用下，很快可將軟土中的孔隙水排出，水壓力降低，實(shí)現(xiàn)部分排水固結(jié)。第二階段是抽真空以后，到固結(jié)沉降穩(wěn)定。固結(jié)沉降過程前期降速快，后期降速慢，為漸緩下降的曲線，主要固結(jié)沉降一般在抽真空后100 d左右完成，沉降量在1.5 m左右，其后沉降非常緩慢。根據(jù)地基處理過程的沉降觀測(cè)分析，越南沿海電廠主廠房區(qū)域軟基處理采用“排水板+真空聯(lián)合堆載預(yù)壓”法，真空度為80 MPa，堆砂高度2.5 m，預(yù)壓100 d左右，總沉降量2 m左右。通過效果檢測(cè)，處理后的軟土地基承載力超過100 kPa，達(dá)到了預(yù)期效果。

“排水板+堆載預(yù)壓”法處理應(yīng)用于施工場(chǎng)地區(qū)。區(qū)別在于減少了真空預(yù)壓過程，用透水盲溝和集水井代替了集水管道、土工布和真空膜，在堆載荷重的作用下，孔隙水通過排水板、透水盲溝流入集水井中，用水泵抽走。雖然沉降固結(jié)時(shí)間較長，也可以達(dá)到相應(yīng)的處理效果。

3 地基穩(wěn)定問題

3.1 問題分析

軟土地基承載力低，無法承受建構(gòu)筑物荷載，即使經(jīng)過排水固結(jié)處理后的軟土地基也只能承受輕型荷載，一般的建構(gòu)筑物在軟土地基上修建，都容易產(chǎn)生地基失穩(wěn)問題。

3.2 解決方案

解決地基穩(wěn)定問題主要方法是采用樁基礎(chǔ)，特殊條件也可以采用樁土共同承載的復(fù)合地基。

由于軟土場(chǎng)地很難找到樁端持力層，多為摩擦樁。根據(jù)樁身材料不同，常用的有灌注樁和管樁。軟土層對(duì)樁周摩擦力很小，有時(shí)還會(huì)有負(fù)摩擦力，軟土層部分的樁長一般是無效樁長，為提高樁基效率，通常采用大直徑超長灌注樁或大直徑超長管樁。

在軟土地區(qū)施工大直徑超長型灌注樁和管樁都存在一定的技術(shù)難度。

在軟土地層中施工灌注樁時(shí)，由于軟土容易變形，成孔后容易產(chǎn)生樁孔縮徑或塌孔，引起灌注樁的質(zhì)量問題。為了避免這些問題的發(fā)生，可以提高護(hù)孔泥漿的濃度，但泥漿濃度過高，又容易引起樁身周圍泥皮過厚，降低樁側(cè)摩擦力。為解決這個(gè)矛盾，軟土場(chǎng)地施工大直徑混凝土灌注樁應(yīng)首選旋挖，其次鉆孔，不宜沖孔。因?yàn)闆_孔灌注樁成孔速度較慢，必須采用濃泥漿護(hù)壁，且沖孔過程有振動(dòng)，會(huì)促使塌孔和縮徑變形；而旋挖樁成孔時(shí)間短，降低泥漿濃度的情況下也不易產(chǎn)生塌孔和縮徑，樁周泥皮厚度小，可以提高摩擦樁的承載力。

PHC管樁由于樁身強(qiáng)度高、現(xiàn)場(chǎng)施工快、打入樁體可以排土擠壓周圍土體提高樁周摩擦力等特點(diǎn)，非常適合軟土場(chǎng)地摩擦樁。大直徑超長型PHC管樁采用的是大重量貫入錘，單擊能量高，打樁過程容易發(fā)生樁頭破損，應(yīng)給以高度重視。為避免或降低樁頭破損的發(fā)生，管樁生產(chǎn)和打樁過程均應(yīng)采取相應(yīng)控制措施。管樁生產(chǎn)過程質(zhì)量控制主要包括：樁管壁厚、鋼棒質(zhì)量和數(shù)量、預(yù)應(yīng)力大小、端板質(zhì)量、箍筋段長度和質(zhì)量、混凝土配比和養(yǎng)護(hù)時(shí)間等，打樁過程的質(zhì)量控制主要包括：樁錘重量、落錘高度、垂直度、接樁質(zhì)量、裝頭墊板材質(zhì)和厚度、貫入總擊數(shù)等。

3.3 工程案例

越南沿海電廠灌注樁是大直徑超長型灌注樁，全部采用旋挖法施工。灌注樁樁徑分別為Φ1.2 m和Φ1.0 m。Φ1.2 m灌注樁樁凈長約為60 m，主要用于主廠房、鍋爐、煙囪和干煤棚等荷載大的建筑物。Φ1.0 m灌注樁樁凈長約為55 m，主要用于大型池體的抗浮和豎向承載。所有灌注樁均為摩擦樁，樁體持力層為－25 m以下的粉細(xì)砂層、粘土層和細(xì)砂層，－25 m以上的淤泥層對(duì)樁周摩擦力無貢獻(xiàn)，且有負(fù)摩擦作用。樁身混凝土采用C30抗?jié)B混凝土，鋼筋采用HRB335普通鋼筋。施工設(shè)備采用旋挖鉆樁機(jī)，施工時(shí)孔口埋設(shè)護(hù)桶，挖樁過程泥漿護(hù)壁。成孔過程中采取各種措施，防止了斜孔、塌孔、縮徑等問題的發(fā)生。

越南沿海電廠管樁為Φ600mm和Φ800mm的PHC管樁。Φ800mm的PHC管樁屬于大直徑管樁，用于陸域工程的案例較少。根據(jù)原設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)樁長為55～60 m，通過現(xiàn)場(chǎng)試打，無法貫穿標(biāo)高－43 m左右的密實(shí)砂層，最終修改設(shè)計(jì)樁長為47 m，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)單樁承載力載荷試驗(yàn)，能夠滿足設(shè)計(jì)荷載要求。使用PHC管樁解決地基穩(wěn)定問題，除樁徑、樁長和樁數(shù)布置等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)外，還要密切關(guān)注PHC管樁的工廠制造、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)。樁靴的形狀和質(zhì)量對(duì)于PHC管樁穿透砂層的難易程度有較大影響。運(yùn)輸和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中需要按標(biāo)示的吊點(diǎn)支撐和起吊。吊打施工過程需要關(guān)注樁錘重量、起錘高度、貫入度變化、錘擊數(shù)、收錘標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)據(jù)，對(duì)于需要穿透密實(shí)砂層的場(chǎng)地，更要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整上述數(shù)據(jù)，既要避免樁身破壞，又要保證單樁承載力。沿海項(xiàng)目PHC管樁施工前期，樁頭破損比較嚴(yán)重，破損率超過10%。經(jīng)停工整改，加強(qiáng)了工廠制造、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)施工各環(huán)節(jié)的質(zhì)量管控，樁頭破損率才得到了控制，最終保證了項(xiàng)目PHC管樁的成功使用。

4 基坑穩(wěn)定和涌水問題

4.1 問題分析

在軟土場(chǎng)地由于基坑穩(wěn)定問題處理不當(dāng)，造成基坑垮塌或失穩(wěn)，給工程造成巨大損失的案例很多。濱海電廠工程基坑深度超過5 m的深基坑有很多，例如汽輪機(jī)基礎(chǔ)、虹吸井、循環(huán)水泵房基礎(chǔ)、曝氣池基礎(chǔ)等，在軟土地區(qū)開挖深基坑必須采用一定的支護(hù)措施和專門的技術(shù)方案。部分深度小于5 m的一般基坑，也存在一定的安全隱患，要采取一定的支護(hù)措施。淤泥層中還連續(xù)分布有粉細(xì)砂層，構(gòu)成了透水層，如果基坑開挖過程不采取措施，會(huì)產(chǎn)生滲透、涌水問題。

4.2 解決方案

濱海電廠根據(jù)基坑特點(diǎn)不同可分別采用自然放坡、鋼板樁支護(hù)、CDM樁等多種支護(hù)形式。

深度小于5 m的基坑一般是采用自然放坡，坡腳處堆沙包護(hù)腳，坡頂處設(shè)排水溝和集水井，坡面上覆蓋土工布和防水膜，基坑中設(shè)降水井。對(duì)于無法放坡的淺基坑，或易出現(xiàn)基坑涌水的淺基坑也可以采用鋼板樁支護(hù)，鋼板樁長度一般小于12 m。

深度大于5 m的基坑，支護(hù)方式主要有鋼板樁支護(hù)和CDM樁支護(hù)兩種。鋼板樁支護(hù)主要在汽機(jī)基座、虹吸井、曝氣池區(qū)采用；CDM樁支護(hù)主要在循環(huán)水泵房、取水明渠，取水口頭部、排水箱涵、排水閘門井等部位采用。

4.3 工程案例

主廠房汽機(jī)基座底板深度約11 m，分兩個(gè)深度開挖，首先與主廠房其他基礎(chǔ)一起采用大開挖的方法開挖至5.5 m深度，形成一個(gè)大基坑，然后在大基坑內(nèi)圍繞汽機(jī)基座再開挖至11 m，僅在該范圍施工鋼板樁支護(hù)。鋼板樁支護(hù)要編制專門的施工方案，通過計(jì)算確定鋼板樁的長度、內(nèi)部支撐的方式和位置，土體開挖的順序和開挖方式。特別是類似汽機(jī)基座這種面積較大的基坑，開挖設(shè)備無法在外完成基坑內(nèi)全部土方的開挖，機(jī)械設(shè)備和運(yùn)土車輛必須能夠進(jìn)入基坑內(nèi)部施工，如果在基坑內(nèi)部設(shè)置縱橫水平支撐梁，則開挖設(shè)備和車輛難以進(jìn)入，將會(huì)給基坑開挖工作造成很大的困難。解決方案是在拐角處設(shè)置水平角撐，在基坑一邊開口設(shè)置坡道，使開挖設(shè)備和車輛能夠進(jìn)入基坑開挖。對(duì)于類似虹吸井這種開挖面積較小的基坑，可以沿短邊方向設(shè)置單向水平支撐，采用長臂挖機(jī)從基坑頂部向下開挖。

CDM樁支護(hù)是相互搭接的CDM樁沿基坑邊緣格柵狀布置，形成墻狀的擋土結(jié)構(gòu)，或在軟土斜坡上形成樁土復(fù)合體斜坡。樁身分為空樁和實(shí)樁兩部分，基坑開挖部分為空樁、開挖面以下為實(shí)樁。排水箱涵、閘門井開挖深度7 m，采用的是三排搭接格柵樁墻，樁與樁的搭接寬度為200mm，樁長有14 m和26 m兩種。循環(huán)水泵房基坑深度11 m，整個(gè)基坑和放坡范圍內(nèi)全部格柵網(wǎng)格狀布置CDM樁，樁長25 m。取水明渠則是在整個(gè)明渠區(qū)域全部格柵狀布置CDM樁，空樁與實(shí)樁分界面即為明渠面，將空樁部分的土體開挖后，再覆蓋一層混凝土護(hù)面結(jié)構(gòu)就形成循環(huán)水取水明渠，安全可靠，施工方便。在解決基坑穩(wěn)定問題時(shí)，應(yīng)包括確定CDM樁身強(qiáng)度、樁和土復(fù)合體強(qiáng)度、穩(wěn)定性計(jì)算、施工質(zhì)量控制等多個(gè)方面的問題。根據(jù)需要的樁身強(qiáng)度決定水泥摻入量，根據(jù)基坑深度和穩(wěn)定性計(jì)算決定CDM樁長度和格柵排數(shù)。

采用CDM樁基坑支護(hù)可以解決的巖土工程問題除基坑穩(wěn)定問題外，還可解決基坑涌水問題。相互搭接的CDM樁形成一道密閉的擋水墻，切斷軟土層中連續(xù)分布的砂層透水層，起到止水作用，可避免產(chǎn)生基坑涌水或漏水。施工過程應(yīng)嚴(yán)格CDM樁體垂直度和樁身質(zhì)量，避免搭接樁體開叉透水，或在樁身強(qiáng)度比較薄弱處斷樁或樁身位移，沿裂縫透水。

5 總結(jié)與反思

濱海電廠軟土場(chǎng)地存在一些巖土工程問題，在工程建設(shè)前期需要通過巖土勘察和分析，制定出科學(xué)的應(yīng)對(duì)和解決方案。如果解決方案不當(dāng)，會(huì)給電廠建設(shè)帶來無法挽回的損失。正確的方案確定后，還要對(duì)方案實(shí)施過程的質(zhì)量嚴(yán)格把控，保證方案效果，并采用巖土工程檢測(cè)的手段檢驗(yàn)實(shí)施效果?？睖y(cè)、設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)各過程環(huán)環(huán)相扣，緊密相連，就構(gòu)成了軟土場(chǎng)地巖土工程問題的系統(tǒng)解決方法。越南沿海項(xiàng)目巖土工程問題的處理過程中，有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有失敗的教訓(xùn)，將其作為工程案例在此進(jìn)行分析，可供類似工程借鑒。