某滨海电厂基础实测沉降分析

孟庆辉 ，贾 宁，刘 颖，湛 川

(北京国电华北电力工程有限公司，北京 100120)

变形观测工作是电厂工程建设和使用期间的一项重要工作。尤其是位于滨海软土地区电厂的沉降，更是工程实践中关心的问题。对实测沉降的分析整理，可以对原地基设计进行反分析，积累软土地基挤扩支盘桩的工程经验。

1 岩土工程条件

电厂厂区在地貌单元上属华北东部滨海平原地带。地势从西向东呈陆地向海域过度的缓坡状，地形平坦。电厂占地原为海域，场地进行了围海造陆工程，并对填土和原地基软土部分进行了真空预压处理。真空预压后场地地面标高5.5 m左右。

场地地层根据成因、物理力学性质，可分为四大层。各地基土层主要物理力学性质指标见表1。地层概化剖面见图1。

2 地基基础型式

从地层条件分析，本场地地层有“软硬相间”的特点。吹填土及①层土工程性质较差；②2层主要为粉砂，工程性质很好；③层土工程性质较差；④层以下土工程性质良好。因此，根据地基岩土力学性质及电厂建(构)筑物特性，主厂房(A列—锅炉)、烟囱等部位采用挤扩支盘桩。支盘设在②2层和④层层中，以充分利用这两层土的承载力。支盘位置见图1。

根据试桩结果，桩径Ф700 mm，桩长40.0 m，采用4个支盘的支盘桩。第②2层中设2个支盘，第④层2个支盘，盘径1500 mm。单桩竖向抗压极限承载力8000 kN，单桩水平极限承载力135 kN。

主厂房(A列—锅炉)及烟囱采用桩型与试验桩基本一致，桩径Φ700 m，桩端持力层为第④层粉土。桩身共设支盘4个，②层和④层各设两个盘，盘径1500 mm。A列桩长36.6 m，B、C和D列桩长37.8 m，汽轮机发电机桩长34.7 m，锅炉及锅炉房桩长37.6 m，烟囱桩长36.5 m。主厂房桩长基本一致。

表1 各地基土层主要物理力学性质指标

图1 地层概化剖面及支盘桩支盘位置 (单位：m)

3 沉降机理

对于软土地基中的挤扩支盘桩，从沉降发生的部位和荷载传递来分析，单桩受到荷载作用后，其沉降量由下述三个部分组成。①桩本身的弹性压缩量；②由桩侧摩阻力向下传递，引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降；③由于桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。

在饱和软土地基中，单桩在桩顶荷载作用下，桩顶荷载主要通过桩身以剪应力的形式传递到桩侧土体中。室内单桩模型试验和现场维持加载试验结果表明，均质土中单桩的瞬时沉降与总沉降之比至少大于85%，而且与桩的长径比无关。

试验研究表明，当荷载超过极限荷载的1/3时，沉降随时间增加。从已发表的观测资料看，桩在受载荷作用下，桩土界面产生的超静孔隙水压力很小，这时的沉降主要是由蠕变引起。一些室内模型试验研究了模型桩在粘土中的蠕变效应，研究认为桩顶沉降随时间增加主要是由于桩土界面剪切蠕变产生的。

因此，从沉降产生的机理上划分，软土地基中的桩基沉降可以认为由3部分组成。第一部分为瞬时沉降；

第二部分为固结沉降；

第三部分沉降是蠕变沉降。

关于蠕变沉降发生的起始时间，各学者有不同的看法。有的认为蠕变沉降与固结沉降同时发生，有的认为蠕变沉降在固结沉降结束后发生。本文认为，由土体蠕变产生的沉降与固结沉降同时发生，只是在固结沉降阶段，由于蠕变产生的沉降占总沉降的比例很小，随着固结沉降速率越越来越小，蠕变沉降所占比例越来越多。

4 沉降控制稳定标准

根据《建筑变形测量规范》(JGJ8-2007)规定建筑沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定。当最后100 d的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d时可认为已进入稳定阶段。具体取值宜根据各地区地基土的压缩性能确定。

该规范的条文说明指出，使用最后100 d的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d作为稳定指标，是基于北京、天津、济南、西安和上海等5个城市有关设计、勘测单位的调查(表2)提出的。实际应用中，稳定指标的具体取值应根据不同地区地基土的压缩性来综合考虑。

表2 几个城市采用的稳定指标

从以上叙述看出，根据《建筑变形测量规范》(JGJ8-2007)，建筑沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定。如果沉降随时间的变化曲线趋于水平，或较长时间(50 d～半年)内曲线的斜率变化较小且较长时间内沉降量较小，则可以认为沉降已经进入稳定阶段。

结合地区地基土体的工程特性及工程本身的重要性，本工程沉降稳定标准取0.01 mm/d。

5 沉降观测成果分析

5.1 主厂房

主厂房A、B、C和D列共布置测点20个，于2004年12月18日从施工过程中的二层高度开始第一次沉降观测，至2008年12月31日共进行了第28次观测。汽机布置测点25个，至2008年12月31日共进行了第44次观测。锅炉共布置测点33个,至2008年12月31日共进行了第47次观测。

1#主厂房B、C和D各列测点沉降平均值随时间的变化曲线见图2。其它测点沉降曲线略。

图2 1#主厂房B、C和D列平均沉降随时间变化曲线

从图2看出，由于测量开始时，主体高度已达到36.2 m。所以沉降观测所得的构筑物沉降小于构筑物的实际沉降。而在设备安装时，由于设备荷重的增加，沉降也降之产生。在运行阶段，沉降发展变得缓慢，曲线变得平缓。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日主厂房基础沉降等值线见图3。从基础沉降等值线看出，基础最大沉降发生在锅炉和D列附近，最大沉降接近40 mm；A列及基础边缘沉降较小。沉降等值线顺滑，建(构)筑物沉降控制效果较好。

图3 主厂房基础沉降等值线 (单位：mm)

沉降面大致呈中间大，边缘小的碟形分布。在桩长相近的情况下，桩基础沉降与天然地基沉降曲面相似。

截至最近一次测量(2008年12月31日)，主厂房各构筑物实测沉降与沉降速率见表3。

表3 主厂房实测沉降

从表3中看出，在经过3～4年后，除2#主厂房A列平均沉降为0.015 mm/d以外，主厂房沉降速率均小于0.01 mm/d，沉降已经基本进行稳定阶段。

5.2 烟囱

烟囱四周匀布4个测点。共测量35次。各测点2008年12月31日实测沉降及各测点平均沉降随时间变化曲线见图4。烟囱施工期长约500 d，测量时长1494 d。

图4 烟囱各测点实测沉降及平均沉降随时间变化曲线

从图4，烟囱的平均沉降为54.32 mm，不同测点沉降差为1.88 mm。计算得到烟囱在目前的倾斜为0.0001，远小于《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)要求的0.002。烟囱的沉降主要发生于施工阶段，在运行阶段开始后，各沉降点沉降逐渐趋于稳定。烟囱最近一周期沉降速率为0.007 mm/d，小于沉降稳定控制指标0.01 mm/d，从整体分析，烟囱已经进入沉降稳定阶段。

绘制烟囱运行后沉降随时间的对数的变曲线，见图5。烟囱运行约100天后，沉降随时间对数的变化接近一条直线，沉降增加与时间对数成正比。根据挤扩支盘桩沉降机理，烟囱已经由固结沉降为主转入以蠕变沉降为主的沉降阶段。

根据进入蠕变沉降后，沉降随时间对数的变化为一条直线，拟合直线计算得到50年后的预估沉降为70.7 mm。尚未完成的沉降为16.4 mm，已完成的沉降占预估总沉降的76%。

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中关于建筑物的地基变形允许值，对于高度在200～250 m的高耸结构基础沉降量要求小于200 mm。烟囱预估总沉降量70.7 mm，小于允许沉降量200 mm。

图5 烟囱运行50年后沉降预估

6 结论

通过对电厂构筑物基础沉降进行分析，得出如下结论：

⑴ 沉降观测开始的时间稍晚于构筑物开始施工的时间，沉降观测所得的构筑物沉降小于构筑物的实际沉降。

⑵ 在桩长相近的情况下，主厂房基础沉降面大致呈中间大，边缘小的碟形分布，与天然地基沉降曲面相似。

⑶ 当沉降机理由固结沉降为主转入蠕变沉降为主后，可以采用沉降与时间的半对数坐标来预估最终沉降。

⑷ 从构筑物沉降控制效果分析，在软硬相间的地层条件下，电厂主要构筑物采用挤扩支盘桩是适宜的。

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