陜西渭河電廠三期工程擴(kuò)建降水對(duì)二期地基土的影響

董雙田

中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院

本文以“陜西渭河電廠三期擴(kuò)建降水對(duì)二期地基土的影響問題研究”為例，通過分析地質(zhì)勘測(cè)資料，現(xiàn)場(chǎng)取樣，進(jìn)行地基土的室內(nèi)模擬試驗(yàn)、沉降計(jì)算等方法，論述渭河電廠三期擴(kuò)建施工降水后，使二期地基土產(chǎn)生附加變形。此變形值是否在允許值范圍內(nèi)，是本專題要解決的主要問題。

地質(zhì)概況

廠區(qū)位于渭河Ⅰ級(jí)階地，地形開闊平坦，地面標(biāo)高374.42m～375.77m。該區(qū)第四系沉積厚度大于400m，主要為河湖相。地下水埋深較淺，埋深5.70 左右。

地層從上而下分布為黃土狀粉質(zhì)黏土，層厚3.03m，2 細(xì)砂、層厚2.44 米，為可液化砂層，3 中砂、層厚4.60m中～密實(shí)，為主廠房基礎(chǔ)之天然地基持力層，粉質(zhì)黏土，層厚0.73m，7 中砂混園礫，層厚8.45m，為較好的下臥層，8 粉質(zhì)黏土，層厚4.4m，10 黏土層厚2.75m，11 中砂園礫夾中粗紗薄層，層厚10.27m，12 粉質(zhì)黏土，層厚9.5m，15 細(xì)砂，層厚7.43m，16 粉質(zhì)黏土，層厚7.12m。

各層土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

為二期施工圖勘測(cè)資料。見表1，表2

地基土的模擬試驗(yàn)

為計(jì)算因降水、引起的地基土的附加沉降量。對(duì)二期場(chǎng)地土在模擬實(shí)際應(yīng)力變化的條件下進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，以確定各不同應(yīng)力條件下的模量值，為計(jì)算地基沉降量計(jì)算參數(shù)。

地基土模擬試驗(yàn)的邊界條件

二期施工降水、水位標(biāo)高由371.00m 降到367.00m，降深4.0m，該部分土失去浮力，相當(dāng)于土的自重增大，即普遍施加40 kpa 荷載，而引起降水沉降。

基坑開挖至368.50m，減去基坑上覆自重壓力，引起回彈變形。

由建筑上部設(shè)計(jì)荷載逐步施加引起地基沉降。

建筑完成后停止降水，由地下水位恢復(fù)到原水位，該部分土的浮力恢復(fù)，發(fā)生卸荷，減去40 kpa，而引起回彈變形。

表1 黏性土常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表2 砂土常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表3 地基土模擬試驗(yàn)加卸荷值過程表

表4 固結(jié)試驗(yàn)成果匯總表

三期施工降水，再次引起二期主廠房等地段水位下降，地基產(chǎn)生沉降。此沉降值及相應(yīng)沉降差，應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范的容許變形值。

為了模擬地基土的應(yīng)力史，現(xiàn)場(chǎng)取樣，對(duì)砂樣按現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫63.5 擊數(shù)，根據(jù)N63.5 與相對(duì)密度Dr 的關(guān)系，查出相應(yīng)的Dr 對(duì)天然持力層第3 層中砂標(biāo)貫63.5 擊數(shù)取值按30～38 擊，相對(duì)密度Dr 取值為0.8～0.85，重度rd（KN/M3）取值16.4～16.8；第7 層中砂混園礫標(biāo)貫63.5 擊數(shù)取值按60 擊，Dr 的取值按0.9。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)值繪制成壓縮～回彈曲線，并分別求出與各階段相應(yīng)的Es，Ee 值。

試驗(yàn)成果

見表4，固結(jié)試驗(yàn)成果匯總表。

地基土的沉降計(jì)算

一）計(jì)算模型的建立

計(jì)算模型主要考慮地基土的應(yīng)力史

二期施工降水，由于降水先于基坑開挖，故降水相當(dāng)于一個(gè)預(yù)壓荷載，其作用只使地基土中應(yīng)力增大，產(chǎn)生的變形使各土層壓密，地基土的強(qiáng)度提高。

大面積開挖后，由于地基卸荷，基坑底部發(fā)生隆起現(xiàn)象，即產(chǎn)生回彈變形。它大部分是由于地基土的不排水畸變引起的，對(duì)于密實(shí)的中砂來說，其回彈變形應(yīng)該很小。

根據(jù)基礎(chǔ)荷載圖，把各單獨(dú)基礎(chǔ)荷平均后近似的得出各建筑的荷重。用角點(diǎn)法計(jì)算上部荷載所產(chǎn)生的附加應(yīng)力，考慮相鄰基礎(chǔ)的影響，用分層總和法計(jì)算其沉降量。

由于地下水位的恢復(fù)而引起的回彈變形。

三期施工降水時(shí)，假設(shè)水位降深為2m，3m，4m 三種情況，分別計(jì)算三種情況對(duì)地基土產(chǎn)生的變形，預(yù)估二期兩端的沉降差。

表5 二期主廠房沉降計(jì)算點(diǎn)沉降值

二）計(jì)算成果及其評(píng)價(jià)

二期施工降水、由原水位標(biāo)高371.00m 降至標(biāo)高367.00m，故計(jì)算時(shí)按40KPa 的大面積均布荷載考慮。

降水引起的沉降按《巖土工程勘察規(guī)范》附錄七（7—1）（7—2）公式：

黏性土及粉土層按（7—1）計(jì)算

砂層按式（7—2）計(jì)算

式中：Sa—土層、砂層最終沉降量（MM）

Sj—第j 層沉降量（MM）

aj—壓縮系數(shù)（KPa_1）

e —原始孔隙比

△P—水位變化施加于土、砂層上的平均荷載（KPa）

Hj—第j 層厚度（MM）

Esj—第j 層壓縮模量（KPa）計(jì)算深度若按降水引起附加應(yīng)力等于土的自重應(yīng)力20%考慮，其壓縮層的深度是很小的，為6.6m，但為了與上部荷載引起的地基變形的壓縮層深度取得一致，計(jì)算深度按勘探最大深度60.72m，即標(biāo)高為314.00m。

按上式計(jì)算結(jié)果：降水引起的標(biāo)高367.00m 處的沉降為85.3mm。該變形對(duì)地基土的影響較小。

大面積基坑開挖，基坑底部產(chǎn)生回彈變形。根據(jù)《基礎(chǔ)工程手冊(cè)》中（4—5）公式計(jì)算回彈變形。

計(jì)算結(jié)果：基坑開挖的回彈變形量為23mm，對(duì)地基土沉降變形的消減作用不明顯。

上部荷載引起的地基沉降，計(jì)算根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ7—89）公式（5.2.5）。

計(jì)算結(jié)果見表5。

從上表可以看出，煤倉間中部的沉降量最大，為141.40mm，但低于《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定的變形允許值。

從模擬試驗(yàn)的結(jié)果分析，三期降水時(shí)，在40KPa 的壓力下，地基土的壓縮模量與二期施工降水時(shí)相比提高了5 倍以上，地基土的剛度已大大提高。假設(shè)按水位降深4m，3m，2m 三種情況分別計(jì)算地基土沉降量。計(jì)算公式為《巖土工程勘察規(guī)范》附錄七（7—1）（7—2）公式，計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 三期降水（不同降深）引起二期地基土沉降量計(jì)算結(jié)果

按不利水位差考慮，設(shè)二期西端（擴(kuò)建端）水位降深4m，東端水位降深2m，僅由三期降水引起二期東西兩端的沉降差為3.93mm。

由三期降水引起的沉降與上部荷載引起的沉降迭加后，二期各建筑地段東西兩端的沉降差見表7。

表7 三期降水與二期上部荷載迭加引起二期各建筑地段東西兩端沉降差

從表7 中可以看出：二期主廠房各建筑段，東西兩端的沉降差均很小，均在《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》表4 中，所允許的范圍值內(nèi)。

結(jié)語

通過對(duì)三期降水產(chǎn)生的附加應(yīng)力和附加沉降計(jì)算結(jié)果的分析，三期降水對(duì)二期地基土影響很小，其沉降量及沉降差均滿足《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》所允許的范圍值內(nèi)。