湿陷性黄土地区火力发电厂的水工设计.pdf

第 2 9卷 第 3期 2 0 0 7年 3月 水利 电力机 械 W ATER C 0NS ERVANC Y EL EC TRI C P 0W ER MACHI NERY Vo I ． 2 9 No． 3 Ma r ． 2 0 0 7 湿 陷性 黄 土 地 区火 力发 电厂 的水 工设 计 Th e h y d ml i c d e s i g n o f p o we r p l a n t i n we t a n d c o l l a p s i b l e a r e a 李磊 河南省电力勘测设计院， 河南 郑州4 5 0 0 0 7 摘要 通过对 湿陷性黄 土的结构分析 ， 从产生湿 陷的内 因和 外因两方 面提 出避 免湿 陷的措 施 ， 对 火电厂水 工设计的技 术要 点进行 了总结 一 关键词 湿陷性黄土 ； 水工； 管道 ； 回填 ； 压 实 中图分类号 T L 4 4 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 66 4 4 6 2 0 0 7 0 3 一O O O 90 4 0 引言 火 电厂建设于湿陷性黄土场地的情况在豫西地 区较为普遍 ， 曾发生过一些 因漏水造成的事故 ， 究其 原因， 主要是学习和重视程度不够 即将实施的 D L ／ T 5 3 3 9 2 o o 6 火力发 电厂水工设 计技术规范 ， 对湿 陷性黄土场地的水工设计无任何捉及； 专业 设计人 员经常使用的专业 规范 的编写存在盲点 ； 专业人员 对湿陷性黄土地 区建筑规范 的学 习较少。因此， 对 火电厂建设于湿陷性黄土场地的水工设计进 行系统 地总结是十分必要的。 1 湿陷性黄土的定义 湿陷性黄土系指在一 定压力下受 水浸湿 ， 土质 结构迅速破坏 ， 并发生显著附加下沉的黄土。由定 义可知 ， 湿陷性黄土产生湿 陷可 以归纳为 2方面 因 素的作用 其一 为土质 的结构因素 包括颗粒组成 、 矿物质及化学成分 ； 其二为水和压力 的作用。因湿 陷导致不均匀沉降从而导致设备或建构筑物损坏的 情况较多 ， 给工程建设造成的损失是巨大的 ， 教训是 深刻的。设计人员必须 了解湿陷性 黄土的结构， 研 究并找出避免湿陷的措施 。 2 基于湿 陷性黄土 内因提 出的措施 显微镜下观察湿陷性黄土发现， 湿 陷性黄 土是 以点接触构成架空空隙和支架空隙的结构。黄土湿 陷主要 由于颗粒级配不均匀 ， 与水接触后破坏了黄 土 自身的结构 ， 形成塌陷； 或者土质 中的一些易溶盐 类受水浸湿后溶解 ， 降低了土体的胶结力， 破坏 了黄 土 自身的结构， 形成塌陷。因此 ， 改变黄土的微观结 构可以减弱或者消除湿陷。改变黄土结构的常用方 法有以下 6种 1 强夯法。强夯法即用重锤夯击要处理 区域 ， 经过夯击后 ， 区域 内黄土的空隙结构遭到破坏 ， 改变 了黄土的空隙率 ， 增大 了黄土的干密度 ， 从而消除 了 湿陷性。强夯处理法 的实施需要对施工工艺 、 强夯 能级 、 夯点间距 、 夯击 次数 、 锤形 及锤重等进行论证 和试验检验 ， 施工投入较大。此方法经常用于重要 建构筑物的地基处理 。 华润首阳山电厂、 大唐三门峡电厂均采用 了强 夯法对 主厂 房等 主要 建筑 物 地基进 行 处理 ， 效 果 良好 。 2 注浆法。注浆法系利用液压 、 气压或 电化学 原理 ， 用浆液充填 、 渗透 、 挤 密等方式赶走黄土颗粒 内的水分和空气 ， 并 占据其 位置 ， 经过一 定的时 间 后 ， 浆液将原来松散的土料胶结成整体 ， 形成新结构 的土 ， 提高 了土体 的承载力 ， 减弱 了黄土的湿陷性 。 浆液可采用氢氧化钠或硅酸钠等。注浆法广泛应用 于建筑物纠偏 、 加 固等。 3 级配改变法。 改 变黄土 的级配可 以改变其 收稿 日期 2 0 0 6一 O 7一I 8 作者简介 李磊 1 9 7 0一 ， 男 ， 山东莱州 人， 河南省 电力勘测 设计院高级工程师 ， 从事电厂水工工艺设 i i - 方 面的工作 维普资讯 l 0 水利 电力机 械 2 0 0 7年 3月 组成结构 ， 再通过压实增大其干密度 ， 最终达到消除 湿陷性的 目的。 在条件许可的情况下 ， 通过掺合粘性土等材料 调整黄土的级配 ， 以改变黄土 的湿 陷性。掺合料的 选用可根据实际情况就近取材 ， 通过试验取得合理 的掺合 比例后 ， 进行施工 。太长高速公路部分段有 粘性土 ， 部分段有湿陷性黄土， 路基施工时通过取就 近路段 的废弃粘性弃土 ， 与湿陷性黄土段 的黄土进 行合理的级配掺合 ， 改变 了黄土的湿 陷性 ， 取得了较 好的效果。 此方法施工工艺简单 ， 在沟槽回填 、 道路路基施 工等工程 中经常使用。 4 挤密法。采用等边三角形布孔 ， 成孔后加土 或灰土分层夯实 ， 通过对孔 内回填土的夯实 ， 挤压周 围的湿陷性黄土使其结构破坏 ， 增大承载力。 挤密法对含水量要求较高 ， 施工顺序要求较严 ， 需要的试验多 ， 在 已经 掌握某地质条件的挤密法施 工经验时采用。 5 预浸水法。湿陷性黄土地 基通过一定时间 的预先浸水湿润 ， 黄土结构被破坏 ， 使黄土的湿陷变 形变得稳定称为预浸水法。此方法经常应用于建筑 物湿法纠倾上。 3 基 于湿 陷性 黄土外因提出的措施 在工程设计 中采取避免水与湿陷性黄土接触的 方法也可以解决基础湿陷的问题 。这种方法与布置 及工艺设计有关 ， 不同工程条件对应有不同的措施。 基于内因消除湿陷 的措施一般 是 比较彻底的 ， 但有 时是难以实施或者是昂贵的； 设计者特别是水工设 计者在设计方案时采取合理 的措施 ， 从外 因人手避 免水进入湿陷性黄土地基 ， 从而避免湿陷的发生， 往 往可以达到设计可靠 、 经济合理的 目的。 4 火电厂水工设计在湿陷性黄土中的技术要点 4 ． 1 合理进行建构筑物的布局 给水排水 管道尽量布置在防护范 围以外， 必须 布置在防护范围以内的应尽量缩短其布置。各类水 池构筑物和有湿润工艺 的厂房 ， 尽可能布置在地下 水流向的下游或地势较 低处 。譬如补充水泵房 、 循 环水泵房 、 各类废水处理及冷却塔等。 防护距离是防止构筑物地基受管道或其他构筑 物渗水影响的最小安全距离。防护距离的大小应根 据建筑物的类型和地基湿陷性的等级确定 。防护距 离的边界线以内区域即为防护范围。表 1 给出了各 类建筑物的防护距离。 表 1 埋地管道排水沟、 雨水明沟和水池等与建筑物之 间的防护距离 m 5 4 8～9 l 】～ 】 2 8～9 】 0～】 2 6。7 8 。 9 6 7 4 ． 2 正确设计泵房 、 水池、 阀门井及沟道等穿管 此类穿管极易出现水通过穿管部位渗入周围的 土中形成不均匀沉降的状况 ， 进而导致管道损坏引 发大面积漏水而产生更为严重的破坏。河南某 3 0 0 M W 机组 的冷却塔进水管阀门井就曾经出现过这个 问题 。阀门井内的积水没有及时排放且穿越阀门井 的套管漏水 ， 造成 阀门井周围局部沉降 ， 使循环水管 道拉裂 ， 损失严重。设计时对穿管应该足够重视 ， 对 湿陷性黄土场地与普通地基 的情 况应该严格区分 ， 采取不同的措施。 针对这类穿管在水工设计时的常见做法是 水 池采用预埋短管后与外侧管道焊接 ； 阀门井 、 泵房穿 管一般采用套管。湿陷性黄土场地的此类穿管应该 按照下面的原则设计 1 穿管顶标高与预留套管顶标高之 间的净距 离应该满足 消除全部 湿陷的建筑物 不宜小于 2 0 0 m m； 部分消除湿陷性 或未处理 的建筑物 ， 不宜小于 3 0 0 ra i n 。预留套管的缝隙应该采用不透水的柔性材 料填塞。 2 预埋短管的穿管方式 在池外管道靠近井壁 附近加装适应一定转角的接头防止不均匀沉降破坏 管道。接头可选用单球或多球橡胶可挠曲接头 、 卡 箍式柔性管接头及波纹管接头等。 4 ． 3 大口径循环水管道敷设 1 选材 、 防腐及焊接要求 。压力水管道宜采用 球墨铸铁管 、 给水铸铁管、 给水塑料管 、 钢管 、 预应力 钢筒混凝土管及预应力钢筋混凝土管等。 球墨铸铁管具有柔韧性好 、 管径适应幅度大 、 防 腐 内衬 和便于安装等优点 ， 在湿 陷性黄土地 区应 为首选管材 。预应力钢筒混凝土管 P C C P管 管 内 设置了钢筒夹层 ， 符合滴水不漏的原则， 工程应用已 经接近 1 0 0 0 k i n ， 与球墨铸铁管一样采 用柔性接 口， 施工快 ， 适应变形的能力大 ， 在湿陷性黄土区域也是 推荐管材。塑料管 的应用 已经极为广泛 ， 其防腐性 能好 、 柔韧性好 ， 适合在湿陷性黄土区域使用 ， 但塑 维普资讯 第 2 9卷第 3期 李磊 湿陷性黄土地 区火力发 电厂的水工设计 料管的质量 、 材质等参差不齐 ， 采 购时应该选择大型 企业的优质产 品。 球墨铸铁管、 给水铸铁管、 给水塑料管 、 预应力钢 筒混凝土管及预应力钢筋混凝土管等材质的管道设 计均采用柔性接 口， 设计 时应该注意转角镇墩 的设 计 ， 防止管道因内压产生变形拉脱管道的事故发生。 因湿陷性黄土对金属具有一定 的腐蚀作用 ， 埋 地管道防腐措施应该加强。对埋地铸铁管应做防腐 处理 ， 埋地钢 管及钢配件宜加强 防腐层。近年来 ， I P N 8 7 1 0系列互 穿网络防腐涂料应用效果较好 ， 在 普通地区采用 2底 2面， 湿陷性黄土场地再加一层 玻璃丝布加强即可。 金属管道接 口焊缝不得低于标准 I I I 级。 2 回填土 、 压实度及断面要求 。管道沟槽回填 土典型断面如图 1 所示管道沟槽断面回填土的不 同部位对回填土 、 压实度要求不尽相同， 根据工程经 验和给排水管道工程施工验收规范及湿陷性黄土地 区建筑规范的要求 ， 总结如下 回 填 材 料 ． ． J 回 填 厚 度 回填区域 图 1 管道沟槽 回填 土典 型断面 A～ 区 的压 实度 均为 9 5 ％， F区 的压实度 为 9 0 ％ 湿陷性黄土地区建筑规范对管道 回填土没有作 特别的要求 ， 因此 ， B， C， F区可以采用原土回填。 关于压实系数的取值 试验证明 ， 使用轻型压实 设备与重型压实设备在达到同样压实度情况下， 土 的干密度相差近 9 ％。因此， 在设计 中要注 明压实 度为采用轻型击实设备所达到的数值。 ‘4区采用可用土来 回填夯实的主要 目的是防止 地面水渗入。 某工程在设计循环水管道敷设时采用 了复杂的 处理设施。其管道下的土均采用了强夯处理 ， 垫层 采用 2 8灰土， 厚度 2 0 0 0 iT l l2 q ； 管道底部至管顶均敷 设 了防渗膜。设计标准远高于规范要求 ， 浪费 比较 严重。 3 区域分割的问题 。在某普通地质条件下 的 火电厂 ， 因循环水管道破裂 ， 水贯穿了整个管道敷设 区域 ， 还进入了汽机房， 幸 因地质条件较好 ， 未造成 大的损失。在湿陷性黄土地区出现此类状况的危害 性是巨大的， 必须从设计上避免这种情况的出现 。 通过管道回填断面分析， 可以发现， 设计中为使 管道 的受力状态更好 ， 管道底部均设计 有 2 0 0～3 0 0 iT l l q 厚的粗 砂垫层 ， 但 由于砂 垫层具 有透 水性 ， 因 此 ， 会出现水贯通全区域 的情况。笔者认为 ， 在管道 回填断面其他区域压实 良好 的情况下 ， 处理好砂垫 层的分割可以解决这个问题 。具体做法是 每隔 l 0 ～ 2 0 m或在汽机房 、 循环水泵房处 以局部用 透水性 差的可用土代替砂垫层 ， 替代宽度 0 ． 5～1 m。这样 整个循环水管道 区域就被分割成若干段 ， 某段漏水 不会影响其他区域的管道 。 4 关于管道试压。压力水管道应分段试压 ， 分 段长度不大于 4 0 0 m， 空旷地区不大于 1 0 0 0 m 。 非 自重湿陷场地所有压力管道及 自重湿陷场地 的金属管道应进行 1 次强度和严密性试验 。自重湿 陷场地的非金属管道应进 行 2次强度和严密性试验 填土前 、 后各 1 次 。 5 防护范 围内的管道敷设 。在管道敷设必须 经过建筑物防护范 围的情 况下， 在防护范 围内的管 道需要加防渗膜 。 4 ． 4 普通给排水管道的敷设 普通给排水管道包括生活水 、 补充水 、 工业水 、 雨水 、 消防水及各类废水管道 。 对小 口径压力水管道的一般要求可参照循环水 管道的敷设要求。 排水管道的接 口应采用 柔性接 口， 柔性橡胶圈 接口可以适应一定 的偏转角度 、 承受少量 的不均匀 变形 ， 推荐采用此接 口形式 ； 石棉水泥柔性接 口， 亦 允许有一定的偏转角度但仅能承受微量的不均匀变 形 ， 因此其性能要差一些 ； 水泥砂浆接 口刚度大 、 强 度不高 ， 漏水事故发生的概率大 ， 在湿陷性黄土场地 不应 采用 。 阀门井等管道附属构筑物及管道地基设计 应按 以下原则进行 设 1 5 0～ 3 0 0 iT l l2 q 厚的土 或灰土 垫层。 重要管道或大型压力水管道及其附属构筑物 ， 尚应在 土垫层 上设3 0 0 ra m厚 的灰 土垫层 。 某6 0 0 M W机组 维普资讯 1 2 水 利 电力机械 2 0 0 7年 3月 循环水泵房 内冲洗水 管道 敷设 在泵房 内回填土层 上 ， 因回填土夯实不好 ， 且管道地基上没有敷设土垫 层 ， 在管道通水后 ， 由于阀门与管道 的连接处漏水 ， 使管道基础下沉 ， 管道被 拉坏 ， 对施 工工期影 响较 大 分析原因 一为安装质量问题 ， 二为管道 阀门等 的基础没有按照上述原则设计 非金属 自流管道除符合上述地基处理要求外， 还应设置混凝土条形基础 。无压管道在安装完成后 要进行闭水试验 。不宜采用以阀门套筒代替阀门井 的方式 4 ． 5 关于综合管架和综合隧道 2 0 0 0 年示范 电厂 的一项 重要 内容就是 管线优 化 ， 将管道上架或人隧道。 目的是解决湿 陷性黄土 场地管道的敷设 问题 ， 减少或消除因管道漏水造成 的湿陷并压缩 管线走廊宽度 ， 减少 占地 。蒲城电厂 23 3 0 MW 在主厂房 固定端外设计 了一条 2 m x 2 m综合隧道 ， 压缩管线走廊宽度 5～8 m， 隧道 内敷设 了生活水管 、 冲洗水管 、 采暖供水 回水管 、 供气管、 采 暖凝结水管 、 伴热蒸汽管 、 综合楼生活用汽管及化学 软化水管等 9 根压力管。宝鸡第二发 电厂采用 4 m 宽的隧道使管线走廊可压缩 l 0～1 4 m。在厂区管道 集中的区域采用综合管架或隧道的方式解决湿陷性 问题是比较彻底的。 4 ． 6 关于水池、 沟道等的设计原则 防护范围 内的雨 水明沟 ， 不 得 出现漏水情 况。 在 自重湿陷性黄土场地宜采用混凝 土雨水 明沟 ； 防 护范围外的雨水明沟 ， 宜做防水处理 ， 沟底均应采用 灰土或土垫层 。 水池散水坡外缘应超出水池基底外缘 0 ． 2 m以 上 ， 宽度 1 ～3 m。冷却塔 、 喷水池等的回水坡宽度宜 为 3 ～5 IT I 。 4 ． 7 部分强制性规定 建筑场地 的防洪工程应提前施工 ， 并应在汛期 前完成 ； 不得利用检查井 、 消火栓井 、 阀门井 、 洒水井 兼作捡漏井 ； 水池穿管必须预先埋设 ， 不得打洞。 5 结论 1 湿陷性 黄土地区火电厂水工设计的特殊性 应引起水工专业设计人员 的高度重视 ， 应与总交专 业密切配合 ， 从布置上尽量适应该地质条件的需要 。 2 水工专业需要在细节设计上严格按照湿陷 性黄土地区建筑规范执行 。 3 优先考虑管道上架和入隧洞 的管道敷设方 式 。 建议 D L ／ T 5 3 3 9 2 0 0 6 火力发 电厂水工设计技 术规范 在修订时增加特殊地质条件下的设计规定， 至少对特殊地质条件下应该遵守或者参考的国家标 准或行业标准加以说 明。 参考文献 [ 1 ]G B 5 0 0 2 5 2 0 0 4 ， 湿陷性黄土地区建筑设计规范[ s ] ． [ 2 ]G B 5 0 2 6 8 9 7 ， 给排水管道工程施工及验收规范[ S ] ． [ 3 ]张芳文 ． 黄土地区管线设计优化[ J ] ． 电力建设， 2 0 0 0 ， 4 4 54 7 ． 编辑 白银 雷 c 、．‘’‘●C、●c ” 、。● 、． ●’c ●’●。C ●‘ 0 ●c c、●c’C ●，●，●C C 、 _ 、●’●’●C ’ ．‘ 。0● ●、 _ 、‘、 、 -、●‘、’ 上接 第 8页 受油器经过疏堵结合处理后 ， 调速器压力油泵 起动间隔时间由原来的 4 ra in 延长至约 1 h ； 检修周 期由原来的半年增至一年半 ， 效果 良好。 参考文献 1 ]大连工学院工程画教研室 、 机械制图[ M] ． 北京 高等教 育 出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 2 ]上海五金机械公司． 实用五金手册[ M] ． 上海 上海科学 技术出版社 ， 1 9 9 0 、 [ 3 ]徐灏 、 机械设计手册[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 1 ． 编辑 王书平 维普资讯