孟慶輝 ，賈 寧，劉 穎，湛 川

(北京國(guó)電華北電力工程有限公司，北京 100120)

變形觀(guān)測(cè)工作是電廠(chǎng)工程建設(shè)和使用期間的一項(xiàng)重要工作。尤其是位于濱海軟土地區(qū)電廠(chǎng)的沉降，更是工程實(shí)踐中關(guān)心的問(wèn)題。對(duì)實(shí)測(cè)沉降的分析整理，可以對(duì)原地基設(shè)計(jì)進(jìn)行反分析，積累軟土地基擠擴(kuò)支盤(pán)樁的工程經(jīng)驗(yàn)。

1 巖土工程條件

電廠(chǎng)廠(chǎng)區(qū)在地貌單元上屬華北東部濱海平原地帶。地勢(shì)從西向東呈陸地向海域過(guò)度的緩坡?tīng)?，地形平坦。電廠(chǎng)占地原為海域，場(chǎng)地進(jìn)行了圍海造陸工程，并對(duì)填土和原地基軟土部分進(jìn)行了真空預(yù)壓處理。真空預(yù)壓后場(chǎng)地地面標(biāo)高5.5 m左右。

場(chǎng)地地層根據(jù)成因、物理力學(xué)性質(zhì)，可分為四大層。各地基土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。地層概化剖面見(jiàn)圖1。

2 地基基礎(chǔ)型式

從地層條件分析，本場(chǎng)地地層有“軟硬相間”的特點(diǎn)。吹填土及①層土工程性質(zhì)較差；②2層主要為粉砂，工程性質(zhì)很好；③層土工程性質(zhì)較差；④層以下土工程性質(zhì)良好。因此，根據(jù)地基巖土力學(xué)性質(zhì)及電廠(chǎng)建(構(gòu))筑物特性，主廠(chǎng)房(A列—鍋爐)、煙囪等部位采用擠擴(kuò)支盤(pán)樁。支盤(pán)設(shè)在②2層和④層層中，以充分利用這兩層土的承載力。支盤(pán)位置見(jiàn)圖1。

根據(jù)試樁結(jié)果，樁徑Ф700 mm，樁長(zhǎng)40.0 m，采用4個(gè)支盤(pán)的支盤(pán)樁。第②2層中設(shè)2個(gè)支盤(pán)，第④層2個(gè)支盤(pán)，盤(pán)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(chǎng)房(A列—鍋爐)及煙囪采用樁型與試驗(yàn)樁基本一致，樁徑Φ700 m，樁端持力層為第④層粉土。樁身共設(shè)支盤(pán)4個(gè)，②層和④層各設(shè)兩個(gè)盤(pán)，盤(pán)徑1500 mm。A列樁長(zhǎng)36.6 m，B、C和D列樁長(zhǎng)37.8 m，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)樁長(zhǎng)34.7 m，鍋爐及鍋爐房樁長(zhǎng)37.6 m，煙囪樁長(zhǎng)36.5 m。主廠(chǎng)房樁長(zhǎng)基本一致。

表1 各地基土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

圖1 地層概化剖面及支盤(pán)樁支盤(pán)位置 (單位：m)

3 沉降機(jī)理

對(duì)于軟土地基中的擠擴(kuò)支盤(pán)樁，從沉降發(fā)生的部位和荷載傳遞來(lái)分析，單樁受到荷載作用后，其沉降量由下述三個(gè)部分組成。①樁本身的彈性壓縮量；②由樁側(cè)摩阻力向下傳遞，引起樁端下土體壓縮所產(chǎn)生的樁端沉降；③由于樁端荷載引起樁端下土體壓縮所產(chǎn)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(guò)樁身以剪應(yīng)力的形式傳遞到樁側(cè)土體中。室內(nèi)單樁模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)維持加載試驗(yàn)結(jié)果表明，均質(zhì)土中單樁的瞬時(shí)沉降與總沉降之比至少大于85%，而且與樁的長(zhǎng)徑比無(wú)關(guān)。

試驗(yàn)研究表明，當(dāng)荷載超過(guò)極限荷載的1/3時(shí)，沉降隨時(shí)間增加。從已發(fā)表的觀(guān)測(cè)資料看，樁在受載荷作用下，樁土界面產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力很小，這時(shí)的沉降主要是由蠕變引起。一些室內(nèi)模型試驗(yàn)研究了模型樁在粘土中的蠕變效應(yīng)，研究認(rèn)為樁頂沉降隨時(shí)間增加主要是由于樁土界面剪切蠕變產(chǎn)生的。

因此，從沉降產(chǎn)生的機(jī)理上劃分，軟土地基中的樁基沉降可以認(rèn)為由3部分組成。第一部分為瞬時(shí)沉降；

第二部分為固結(jié)沉降；

第三部分沉降是蠕變沉降。

關(guān)于蠕變沉降發(fā)生的起始時(shí)間，各學(xué)者有不同的看法。有的認(rèn)為蠕變沉降與固結(jié)沉降同時(shí)發(fā)生，有的認(rèn)為蠕變沉降在固結(jié)沉降結(jié)束后發(fā)生。本文認(rèn)為，由土體蠕變產(chǎn)生的沉降與固結(jié)沉降同時(shí)發(fā)生，只是在固結(jié)沉降階段，由于蠕變產(chǎn)生的沉降占總沉降的比例很小，隨著固結(jié)沉降速率越越來(lái)越小，蠕變沉降所占比例越來(lái)越多。

4 沉降控制穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2007)規(guī)定建筑沉降是否進(jìn)入穩(wěn)定階段，應(yīng)由沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)判定。當(dāng)最后100 d的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d時(shí)可認(rèn)為已進(jìn)入穩(wěn)定階段。具體取值宜根據(jù)各地區(qū)地基土的壓縮性能確定。

該規(guī)范的條文說(shuō)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(wěn)定指標(biāo)，是基于北京、天津、濟(jì)南、西安和上海等5個(gè)城市有關(guān)設(shè)計(jì)、勘測(cè)單位的調(diào)查(表2)提出的。實(shí)際應(yīng)用中，穩(wěn)定指標(biāo)的具體取值應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)地基土的壓縮性來(lái)綜合考慮。

表2 幾個(gè)城市采用的穩(wěn)定指標(biāo)

從以上敘述看出，根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2007)，建筑沉降是否進(jìn)入穩(wěn)定階段，應(yīng)由沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)判定。如果沉降隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)趨于水平，或較長(zhǎng)時(shí)間(50 d～半年)內(nèi)曲線(xiàn)的斜率變化較小且較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沉降量較小，則可以認(rèn)為沉降已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段。

結(jié)合地區(qū)地基土體的工程特性及工程本身的重要性，本工程沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)取0.01 mm/d。

5 沉降觀(guān)測(cè)成果分析

5.1 主廠(chǎng)房

主廠(chǎng)房A、B、C和D列共布置測(cè)點(diǎn)20個(gè)，于2004年12月18日從施工過(guò)程中的二層高度開(kāi)始第一次沉降觀(guān)測(cè)，至2008年12月31日共進(jìn)行了第28次觀(guān)測(cè)。汽機(jī)布置測(cè)點(diǎn)25個(gè)，至2008年12月31日共進(jìn)行了第44次觀(guān)測(cè)。鍋爐共布置測(cè)點(diǎn)33個(gè),至2008年12月31日共進(jìn)行了第47次觀(guān)測(cè)。

1#主廠(chǎng)房B、C和D各列測(cè)點(diǎn)沉降平均值隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。其它測(cè)點(diǎn)沉降曲線(xiàn)略。

圖2 1#主廠(chǎng)房B、C和D列平均沉降隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

從圖2看出，由于測(cè)量開(kāi)始時(shí)，主體高度已達(dá)到36.2 m。所以沉降觀(guān)測(cè)所得的構(gòu)筑物沉降小于構(gòu)筑物的實(shí)際沉降。而在設(shè)備安裝時(shí)，由于設(shè)備荷重的增加，沉降也降之產(chǎn)生。在運(yùn)行階段，沉降發(fā)展變得緩慢，曲線(xiàn)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(chǎng)房基礎(chǔ)沉降等值線(xiàn)見(jiàn)圖3。從基礎(chǔ)沉降等值線(xiàn)看出，基礎(chǔ)最大沉降發(fā)生在鍋爐和D列附近，最大沉降接近40 mm；A列及基礎(chǔ)邊緣沉降較小。沉降等值線(xiàn)順滑，建(構(gòu))筑物沉降控制效果較好。

圖3 主廠(chǎng)房基礎(chǔ)沉降等值線(xiàn) (單位：mm)

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

截至最近一次測(cè)量(2008年12月31日)，主廠(chǎng)房各構(gòu)筑物實(shí)測(cè)沉降與沉降速率見(jiàn)表3。

表3 主廠(chǎng)房實(shí)測(cè)沉降

從表3中看出，在經(jīng)過(guò)3～4年后，除2#主廠(chǎng)房A列平均沉降為0.015 mm/d以外，主廠(chǎng)房沉降速率均小于0.01 mm/d，沉降已經(jīng)基本進(jìn)行穩(wěn)定階段。

5.2 煙囪

煙囪四周勻布4個(gè)測(cè)點(diǎn)。共測(cè)量35次。各測(cè)點(diǎn)2008年12月31日實(shí)測(cè)沉降及各測(cè)點(diǎn)平均沉降隨時(shí)間變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。煙囪施工期長(zhǎng)約500 d，測(cè)量時(shí)長(zhǎng)1494 d。

圖4 煙囪各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)沉降及平均沉降隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

從圖4，煙囪的平均沉降為54.32 mm，不同測(cè)點(diǎn)沉降差為1.88 mm。計(jì)算得到煙囪在目前的傾斜為0.0001，遠(yuǎn)小于《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)要求的0.002。煙囪的沉降主要發(fā)生于施工階段，在運(yùn)行階段開(kāi)始后，各沉降點(diǎn)沉降逐漸趨于穩(wěn)定。煙囪最近一周期沉降速率為0.007 mm/d，小于沉降穩(wěn)定控制指標(biāo)0.01 mm/d，從整體分析，煙囪已經(jīng)進(jìn)入沉降穩(wěn)定階段。

繪制煙囪運(yùn)行后沉降隨時(shí)間的對(duì)數(shù)的變曲線(xiàn)，見(jiàn)圖5。煙囪運(yùn)行約100天后，沉降隨時(shí)間對(duì)數(shù)的變化接近一條直線(xiàn)，沉降增加與時(shí)間對(duì)數(shù)成正比。根據(jù)擠擴(kuò)支盤(pán)樁沉降機(jī)理，煙囪已經(jīng)由固結(jié)沉降為主轉(zhuǎn)入以蠕變沉降為主的沉降階段。

根據(jù)進(jìn)入蠕變沉降后，沉降隨時(shí)間對(duì)數(shù)的變化為一條直線(xiàn)，擬合直線(xiàn)計(jì)算得到50年后的預(yù)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(yù)估總沉降的76%。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)中關(guān)于建筑物的地基變形允許值，對(duì)于高度在200～250 m的高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降量要求小于200 mm。煙囪預(yù)估總沉降量70.7 mm，小于允許沉降量200 mm。

圖5 煙囪運(yùn)行50年后沉降預(yù)估

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)電廠(chǎng)構(gòu)筑物基礎(chǔ)沉降進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

⑴ 沉降觀(guān)測(cè)開(kāi)始的時(shí)間稍晚于構(gòu)筑物開(kāi)始施工的時(shí)間，沉降觀(guān)測(cè)所得的構(gòu)筑物沉降小于構(gòu)筑物的實(shí)際沉降。

⑵ 在樁長(zhǎng)相近的情況下，主廠(chǎng)房基礎(chǔ)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(dāng)沉降機(jī)理由固結(jié)沉降為主轉(zhuǎn)入蠕變沉降為主后，可以采用沉降與時(shí)間的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)來(lái)預(yù)估最終沉降。

⑷ 從構(gòu)筑物沉降控制效果分析，在軟硬相間的地層條件下，電廠(chǎng)主要構(gòu)筑物采用擠擴(kuò)支盤(pán)樁是適宜的。

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