電廠改擴建工程中基礎設計問題的分析與探討

侯 偉

(國能龍源電力技術工程有限責任公司，北京 100039)

近年來，電廠改擴建項目日漸增多，受場地限制，加上改擴建建筑要滿足工藝流程的需要，通常會選擇在一個較為狹小的空間內建成。然而，改擴建工程的結構設計最難駕馭的并不是上部結構，而是該結構的基礎設計。因為改擴建建筑的基礎既要滿足支承上部結構的荷載，又要躲避原有廠房的基礎，還要避免新建基礎的開挖對原有廠房結構造成影響。因此，改擴建建筑的基礎成為設計難點。

1 基礎設計的重要性

基礎設計不僅是建筑結構設計中的一項重要工作，同時也是建筑工程施工的基礎和前提，其好壞直接影響整個建筑工程的安全性、適用性和耐久性。如果設計方法不對或選型不當，將嚴重影響建筑物的安全性。不恰當的基礎設計，可能因承載力不足引起建筑物的不均勻沉降，導致建筑物開裂或傾斜，引起難以修復的工程質量問題。因此，正確選擇合理的基礎形式具有重大意義[1-4]。

改造、擴建工程由于受到原有建筑的諸多影響，特別是受到改造的要求限制，多是在舊建筑的基礎上完成。新增結構應該盡量緊挨原有結構布置，以減少空間資源的浪費，避免新增結構帶來的不便以及對原有結構造成影響，并盡量使新設計的結構基礎與原有建筑的基礎分開。因此，當與舊建筑物毗鄰時，如何處理好新建工程的基礎是改擴建工程中一個較為重要的問題。下面結合某電廠的改造，介紹了實際問題和具體實施辦法，為工程建設提供一定參考。

2 某電廠改造實例

2.1 工程概況

本改造工程擬在電廠原有7號輸煤棧橋(布置有7號甲、乙皮帶機)和西煤場(汽車煤場)之間新增一路0號皮帶機及棧橋，實現火車來煤向西煤場堆料的功能。

0號皮帶機尾部位于原7號輸煤棧橋中部拉緊和原4號轉運站之間需新建的T1轉運站內(二層框架結構)，頭部位于西煤場堆煤區域， 0號皮帶機棧橋為高位布置，跨越原3號輸煤棧橋。在7號甲、乙皮帶機上各設置1臺雙側犁式卸料器向0號

皮帶機卸料， 0號皮帶機跨越原有3號棧橋將燃煤運至西煤場，直接卸料至煤場。

本工程中新建的T1轉運站周邊的施工、安裝空間狹小。轉運站的結構設計工作，特別是基礎設計面臨較多難題亟待解決。本文就新增T1轉運站基礎設計過程中遇到的問題展開分析和探討。

2.2 現狀調查

根據現場踏勘，廠區內可供0號皮帶機改造工程新建T1轉運站建設的場地面積有限，四周均為原有的建筑物。其中，北邊緊挨著原有3號、4號轉運站，南邊緊鄰原有7號輸煤棧橋中部的拉緊裝置，西面為原有3號皮帶機通廊，東面為廠區內道路，上部為7號棧橋橋面。新建T1轉運站位于狹窄的空間中，四面均受到不同程度的限制，整體高度也受到上部7號棧橋橋面的制約(見圖1)。同時，為滿足工藝要求，0號皮帶機的尾部需位于新建T1轉運站內，以滿足7號棧橋甲、乙皮帶機上各設置的1臺雙側犁式卸料器可向0號皮帶機卸料。

圖1 新建T1轉運站與原有建筑物位置關系

2.3 問題分析

由于空間局限，根據工藝布置，確定柱網后，新建T1轉運站的橫向跨度只有4.1 m，其北側框架柱緊挨原有3號、4號轉運站，軸網間距僅為0.8 m，南側緊挨原有7號皮帶機拉緊裝置，與其軸間距為1.1 m。查閱周邊原有建筑物基礎圖紙，發現原有3號、4號轉運站南側均為柱下獨立基礎(見圖2)，而且基礎尺寸已處于新建T1轉運站范圍內。如果新建T1轉運站的基礎也采用柱下獨立基礎，南北兩側與相鄰2個建筑物的基礎均會碰撞。因新建T1轉運站西側緊鄰原有3號皮帶機通廊，東面為廠區內道路，也無法將其往東或往西布置來躲避基礎碰撞。因此，獨立基礎方案不可行。

圖2 新建T1轉運站與原3號、4號轉運站基礎位置關系

2.4 地質條件

本項目所在的場地抗震設防烈度為6度，基本地震動峰值加速度為0.05 g，設計地震分組為第3組，場地類別為Ⅲ類。

根據本項目巖土工程勘測報告，各巖土層的主要物理力學指標見表1。

表1 各土層的主要物理力學性質指標推薦值

2.5 基礎選型

根據上述新建T1轉運站周邊情況，本次設計中，新建T1轉運站的基礎選型尤為重要。經過分析認為采用筏板基礎更能滿足要求。考慮到原3號、4號轉運站的基礎已進入到此次待建區域，如果采用規則筏板基礎的型式，除了會引起基礎碰撞，還會將新建T1轉運站的上部荷載部分傳遞到3號、4號轉運站的基礎上。因此，在滿足柱網布置和承載力要求情況下，為安全起見，且為避免原有建筑物的沉降，考慮將本筏板基礎設計為不規則形狀，如凸字形(見圖3)。主筏板基礎長約10 m，寬約3.4 m，北側局部凸出基礎部分長為4 m，寬為1.6 m。在主筏板北側的左、右兩端各懸挑1根長為1.6 m的短梁，用于支撐上部結構北側的2根框架柱(見圖4)，從而保證新、舊建筑物的基礎能夠自由沉降，互不影響。因此，上述2根懸挑短梁的受力等成為本次基礎設計需考慮的重點問題。

圖3 新建轉運站基礎布置圖

圖4 新建轉運站基礎剖面圖

2.6 基礎計算分析

本次計算利用中國建筑科學研究院開發的結構計算軟件PKPM(版本V52)JCCAD進行有限元建模分析[5-6]。軟件分析計算結果，見圖5—圖9。

圖5 基礎有限元網格劃分

圖6 基礎西北角節點位移圖(mm)

圖7 基礎西北角反力圖(kN)

圖8 基礎西北角彎矩圖(kN·m)

圖9 基礎承載力圖(kN)

本項目將 ② 層粉質粘土層作為新建T1轉運站的基礎底持力層，本層地基承載力特征值為180 kPa。由于整個轉運站西側的2根框架柱作為新增0號皮帶棧橋的低端支撐，筏板基礎西側受力較大，特別是西北角懸臂梁根部附近。本次設計通過加大筏板西側懸挑板長度，更有利于均衡荷載分布，同時通過加大懸臂梁固接于主筏板處的截面，將筏板基礎上的懸挑梁均設計為變截面梁，保證懸臂梁的根部具有足夠的剛度，從而保證了基礎安全。由圖9可見，最大基底壓力位于基礎西北角，Pkmax=159 kPa<1.2fa(其中fa為修正后的地基承載力特征值，fa=230 kPa)，滿足要求。

本次整個基礎設計，既保證了結構重心位置與基礎形心盡量靠近，又巧妙避開了原有3號、4號轉運站獨立基礎南側臺階部分，避免了基礎碰撞。

2.7 措施

如圖10所示，設計中考慮到筏板基礎中的懸挑梁位于原3號、4號轉運站獨立基礎的臺階上部，為避免上部的荷載傳遞后影響到原有3號、4號轉運站的獨立基礎，造成基礎的不均勻沉降等，在兩者基礎之間的空隙處，即基礎的臺階上部，填充松散砂石(見圖10中圓圈處)進行處理[5-7]。

圖10 基礎之間的處理措施

3 結論

綜上所述，改造、擴建工程中的基礎設計應注意以下幾點。

a.充分收集周邊原有建筑的相關資料，綜合分析考慮后制定合理的結構體系。本次基礎設計采用的異形筏板基礎不但提高了建筑物的整體性，對于安全性的提高也非常有效。

b.根據實際情況制定可行的基礎方案，以采取預防與保護措施為原則，能避讓的盡量避讓，在不能避讓的情況下輔以加固措施，盡量減少對相鄰建筑的影響，讓相鄰的新舊建筑物均能夠處于安全使用狀態。