砂土地基核電廠址沉降分析研究

李宇琛 李月 劉颯

1.華龍國際核電技術有限公司 北京 100036

2.中國核電工程有限公司 北京 100840

3.中國核電發展中心 北京 100824

1 研究思路

根據目前已有的地質勘察結果，判斷廠址區域為非基巖地基，動參數和承載力相對較低。廠區非核島區域的地基問題可以根據上部廠房的特征判斷是否需要對地基進行處理，屬于常規的設計。核島區域的地基問題涉及到核島的安全性，需要進行地基的適宜性研究，本文的研究范圍為核島廠房下的地基沉降分析問題。在歷史沉降數據和巖土勘察結果的基礎上，計算分析砂土地基廠址的沉降量及其沉降特點，判斷此沉降對結構專業和其它相關專業（工藝、電儀和設備等）的影響。

在華龍一號標準設計中，反應堆廠房、燃料廠房、電氣廠房、安全廠房共用一個鋼筋混凝土大底板——平板式變厚度筏形基礎；核輔助廠房、人員通行廠房和核島消防泵房（共用）均采用各自獨立的平板式筏形基礎，基礎彼此間以及與大底板間均設縫分開。這種大底板設計對地基沉降的影響在于：（1）大底板上的各廠房均勻沉降，廠房之間無沉降差，并確保了貫穿幾個廠房的重要工藝管道的安全性；（2）大底板整體剛度大，抵抗彎曲變形和調整不均勻沉降的能力強；（3）確保了同時開挖同時施工，減小了施工時間差對核島各個廠房地基沉降的影響。根據《壓水堆核電廠核安全有關廠房地基基礎設計規范》（NB/T 20308-2014），核安全有關廠房的地基變形計算值，不應大于下表所示的地基變形允許值[1]。

表1 核安全有關廠房的地基變形允許值

2 計算方法

關于地基沉降量的計算方法很多，最早的砂土地基沉降計算公式為Terzaghi和Peck提出，后Gibbs、Meyerhof 及Peck等都在早期計算公式上進行系數修正。隨著對土力學的認識和土工試驗手段的豐富和發展，后來慢慢發展了一些根據室內試驗或現場試驗參數進行沉降計算的方法。目前應用比較廣泛的公式有分層總和法、應力路徑法以及基于現場原位試驗的計算方法等[2]。根據《壓水堆核電廠核安全有關廠房地基基礎設計規范》（NB/T 20308-2014）第6.3.5條：土質地基的變形計算應按GB50007-2011 第5.3.5～5.3.11 條的規定執行。

計算地基變形時，荷載效應應采用NB/T 20105-2012中規定的正常運行工況下的荷載效應組合D+L+T0+R0，僅考慮正常荷載作用，且其分項系數均取1，即不計入風荷載和地震作用；相應的限值應為地基變形允許值。

砂土地基的沉降計算是一個難題，一般計算出的結果都偏于保守，國內部分學者的研究表明規范法的沉降計算結果常常是實測值的數倍，因此一定要結合工程和具體的地質條件進行判斷，這里采用沉降計算經驗系數ψs對結果進行了修正。

核輔助廠房以及人員通行廠房和核島消防泵房廠房的沉降量計算方法同大底板核島廠房相同，所有廠房沉降值均小于規范規定的地基變形允許值。除大底板上核島廠房的沉降量比較大以外，其余核島廠房的沉降量均比較小，而且小于同一廠址已建廠房歷史數據的沉降值。此沉降量對結構本身是可以接受的。對于廠房之間的沉降差，可以采用廠房之間分時施工的方法減小過大的沉降差。

由于基坑開挖深度約為15m，因此地基沉降變形計算需同時考慮地基土的回彈變形問題。考慮到場地地層巖性特征，根據經驗判斷，基坑開挖后基坑底部可能存在3-5cm的回彈變形。

3 歷史數據分析

通過同一廠址已建廠房的沉降觀測歷史數據和相關資料的分析，可以看出施工期間對于地基的不利擾動是有限的和短暫的，施工完畢后，預計在廠房荷載作用下，地基的水文地質條件將趨于穩定；核島廠房為砂土地基，砂土的透水性好，其變形經歷的時間較短，可以認為在外荷載施加完畢（如廠房竣工）時，其變形已經穩定。

4 結語

建筑地基基礎設計規范（GB50007-2011）條文說明第5.3.3條指出，一般多層建筑物在施工期間完成的沉降量，對于碎石或砂土可認為其最終沉降量已完成80%以上[3]。結合對同一廠址已建廠房沉降觀測結果的分析，可以得出對于這種密實、中-低壓縮性、穩定的砂土廠址，沉降基本發生在建造期間，在核電廠運行之后，沉降基本趨于穩定，后期沉降量很小。

對于核電站，必須確立重在設防的設計思路，并結合以往工程實踐的設計經驗，從總平面合理布局入手，在滿足核安全和使用的前提下來控制沉降變形。針對砂土地基廠址，結合華龍一號堆型的特點，控制地基沉降變形將采取以下措施：（1）采用適宜的基礎形式，核島采用大型筏板基礎，對于控制不均勻沉降非常有利；（2)在建筑設計、結構設計方案中采取必要措施，如設置沉降縫，增強結構的整體剛度和強度，調整建筑物各部分的荷載分布，減輕建筑物的自重等，以利于調整地基變形；（3）進行工程建設時，應根據砂土地基的特點和建筑物特征以及周邊環境，合理安排施工順序，注意施工方法，以減小基坑開挖后的回彈變形和部分不均勻沉降；（4）對于廠房之間的沉降差，可以采用分時施工的方法減少沉降差；（5）在后續的設計階段，應復核相鄰廠房的沉降差對管道的影響，重新設計管道以適應沉降差的影響。