某濱海電廠基礎實測沉降分析

孟慶輝 ，賈 寧，劉 穎，湛 川

(北京國電華北電力工程有限公司，北京 100120)

變形觀測工作是電廠工程建設和使用期間的一項重要工作。尤其是位于濱海軟土地區電廠的沉降，更是工程實踐中關心的問題。對實測沉降的分析整理，可以對原地基設計進行反分析，積累軟土地基擠擴支盤樁的工程經驗。

1 巖土工程條件

電廠廠區在地貌單元上屬華北東部濱海平原地帶。地勢從西向東呈陸地向海域過度的緩坡狀，地形平坦。電廠占地原為海域，場地進行了圍海造陸工程，并對填土和原地基軟土部分進行了真空預壓處理。真空預壓后場地地面標高5.5 m左右。

場地地層根據成因、物理力學性質，可分為四大層。各地基土層主要物理力學性質指標見表1。地層概化剖面見圖1。

2 地基基礎型式

從地層條件分析，本場地地層有“軟硬相間”的特點。吹填土及①層土工程性質較差；②2層主要為粉砂，工程性質很好；③層土工程性質較差；④層以下土工程性質良好。因此，根據地基巖土力學性質及電廠建(構)筑物特性，主廠房(A列—鍋爐)、煙囪等部位采用擠擴支盤樁。支盤設在②2層和④層層中，以充分利用這兩層土的承載力。支盤位置見圖1。

根據試樁結果，樁徑Ф700 mm，樁長40.0 m，采用4個支盤的支盤樁。第②2層中設2個支盤，第④層2個支盤，盤徑1500 mm。單樁豎向抗壓極限承載力8000 kN，單樁水平極限承載力135 kN。

主廠房(A列—鍋爐)及煙囪采用樁型與試驗樁基本一致，樁徑Φ700 m，樁端持力層為第④層粉土。樁身共設支盤4個，②層和④層各設兩個盤，盤徑1500 mm。A列樁長36.6 m，B、C和D列樁長37.8 m，汽輪機發電機樁長34.7 m，鍋爐及鍋爐房樁長37.6 m，煙囪樁長36.5 m。主廠房樁長基本一致。

表1 各地基土層主要物理力學性質指標

圖1 地層概化剖面及支盤樁支盤位置 (單位：m)

3 沉降機理

對于軟土地基中的擠擴支盤樁，從沉降發生的部位和荷載傳遞來分析，單樁受到荷載作用后，其沉降量由下述三個部分組成。①樁本身的彈性壓縮量；②由樁側摩阻力向下傳遞，引起樁端下土體壓縮所產生的樁端沉降；③由于樁端荷載引起樁端下土體壓縮所產生的樁端沉降。

在飽和軟土地基中，單樁在樁頂荷載作用下，樁頂荷載主要通過樁身以剪應力的形式傳遞到樁側土體中。室內單樁模型試驗和現場維持加載試驗結果表明，均質土中單樁的瞬時沉降與總沉降之比至少大于85%，而且與樁的長徑比無關。

試驗研究表明，當荷載超過極限荷載的1/3時，沉降隨時間增加。從已發表的觀測資料看，樁在受載荷作用下，樁土界面產生的超靜孔隙水壓力很小，這時的沉降主要是由蠕變引起。一些室內模型試驗研究了模型樁在粘土中的蠕變效應，研究認為樁頂沉降隨時間增加主要是由于樁土界面剪切蠕變產生的。

因此，從沉降產生的機理上劃分，軟土地基中的樁基沉降可以認為由3部分組成。第一部分為瞬時沉降；

第二部分為固結沉降；

第三部分沉降是蠕變沉降。

關于蠕變沉降發生的起始時間，各學者有不同的看法。有的認為蠕變沉降與固結沉降同時發生，有的認為蠕變沉降在固結沉降結束后發生。本文認為，由土體蠕變產生的沉降與固結沉降同時發生，只是在固結沉降階段，由于蠕變產生的沉降占總沉降的比例很小，隨著固結沉降速率越越來越小，蠕變沉降所占比例越來越多。

4 沉降控制穩定標準

根據《建筑變形測量規范》(JGJ8-2007)規定建筑沉降是否進入穩定階段，應由沉降量與時間關系曲線判定。當最后100 d的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d時可認為已進入穩定階段。具體取值宜根據各地區地基土的壓縮性能確定。

該規范的條文說明指出，使用最后100 d的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d作為穩定指標，是基于北京、天津、濟南、西安和上海等5個城市有關設計、勘測單位的調查(表2)提出的。實際應用中，穩定指標的具體取值應根據不同地區地基土的壓縮性來綜合考慮。

表2 幾個城市采用的穩定指標

從以上敘述看出，根據《建筑變形測量規范》(JGJ8-2007)，建筑沉降是否進入穩定階段，應由沉降量與時間關系曲線判定。如果沉降隨時間的變化曲線趨于水平，或較長時間(50 d～半年)內曲線的斜率變化較小且較長時間內沉降量較小，則可以認為沉降已經進入穩定階段。

結合地區地基土體的工程特性及工程本身的重要性，本工程沉降穩定標準取0.01 mm/d。

5 沉降觀測成果分析

5.1 主廠房

主廠房A、B、C和D列共布置測點20個，于2004年12月18日從施工過程中的二層高度開始第一次沉降觀測，至2008年12月31日共進行了第28次觀測。汽機布置測點25個，至2008年12月31日共進行了第44次觀測。鍋爐共布置測點33個,至2008年12月31日共進行了第47次觀測。

1#主廠房B、C和D各列測點沉降平均值隨時間的變化曲線見圖2。其它測點沉降曲線略。

圖2 1#主廠房B、C和D列平均沉降隨時間變化曲線

從圖2看出，由于測量開始時，主體高度已達到36.2 m。所以沉降觀測所得的構筑物沉降小于構筑物的實際沉降。而在設備安裝時，由于設備荷重的增加，沉降也降之產生。在運行階段，沉降發展變得緩慢，曲線變得平緩。由于荷重的不同，D列沉降最大，B列沉降稍小于C列沉降。

2008年12月31日主廠房基礎沉降等值線見圖3。從基礎沉降等值線看出，基礎最大沉降發生在鍋爐和D列附近，最大沉降接近40 mm；A列及基礎邊緣沉降較小。沉降等值線順滑，建(構)筑物沉降控制效果較好。

圖3 主廠房基礎沉降等值線 (單位：mm)

沉降面大致呈中間大，邊緣小的碟形分布。在樁長相近的情況下，樁基礎沉降與天然地基沉降曲面相似。

截至最近一次測量(2008年12月31日)，主廠房各構筑物實測沉降與沉降速率見表3。

表3 主廠房實測沉降

從表3中看出，在經過3～4年后，除2#主廠房A列平均沉降為0.015 mm/d以外，主廠房沉降速率均小于0.01 mm/d，沉降已經基本進行穩定階段。

5.2 煙囪

煙囪四周勻布4個測點。共測量35次。各測點2008年12月31日實測沉降及各測點平均沉降隨時間變化曲線見圖4。煙囪施工期長約500 d，測量時長1494 d。

圖4 煙囪各測點實測沉降及平均沉降隨時間變化曲線

從圖4，煙囪的平均沉降為54.32 mm，不同測點沉降差為1.88 mm。計算得到煙囪在目前的傾斜為0.0001，遠小于《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)要求的0.002。煙囪的沉降主要發生于施工階段，在運行階段開始后，各沉降點沉降逐漸趨于穩定。煙囪最近一周期沉降速率為0.007 mm/d，小于沉降穩定控制指標0.01 mm/d，從整體分析，煙囪已經進入沉降穩定階段。

繪制煙囪運行后沉降隨時間的對數的變曲線，見圖5。煙囪運行約100天后，沉降隨時間對數的變化接近一條直線，沉降增加與時間對數成正比。根據擠擴支盤樁沉降機理，煙囪已經由固結沉降為主轉入以蠕變沉降為主的沉降階段。

根據進入蠕變沉降后，沉降隨時間對數的變化為一條直線，擬合直線計算得到50年后的預估沉降為70.7 mm。尚未完成的沉降為16.4 mm，已完成的沉降占預估總沉降的76%。

根據《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)中關于建筑物的地基變形允許值，對于高度在200～250 m的高聳結構基礎沉降量要求小于200 mm。煙囪預估總沉降量70.7 mm，小于允許沉降量200 mm。

圖5 煙囪運行50年后沉降預估

6 結論

通過對電廠構筑物基礎沉降進行分析，得出如下結論：

⑴ 沉降觀測開始的時間稍晚于構筑物開始施工的時間，沉降觀測所得的構筑物沉降小于構筑物的實際沉降。

⑵ 在樁長相近的情況下，主廠房基礎沉降面大致呈中間大，邊緣小的碟形分布，與天然地基沉降曲面相似。

⑶ 當沉降機理由固結沉降為主轉入蠕變沉降為主后，可以采用沉降與時間的半對數坐標來預估最終沉降。

⑷ 從構筑物沉降控制效果分析，在軟硬相間的地層條件下，電廠主要構筑物采用擠擴支盤樁是適宜的。

[1]Mattes, N.S.& Poulos, H.G.Model test on piles in clay Proc.1st aust.New Zealand Conf.Geomechs,Melbourne,1971.

[2]Clark, J.L., and Meyerhof, G.G.The behavior of piles driven in clay, I.An investigation of soil strss and pore water pressure properties.Can.Geotech.J., 1972 9(4).

[3]O’eil, M.W., Hawking, R.A., and mahar, L.J.Load Transfer mechanisms in piles and pile groups.J.Geotech.Engrg., ASCE, 1982 108(GT12).

[4]Edil, T.B., & Mochtar B.Creep response of model pile in clay.J.Geotech.Engng.1988 114(11).