砂土地基核电厂址沉降分析研究

李宇琛 李月 刘飒

1.华龙国际核电技术有限公司 北京 100036

2.中国核电工程有限公司 北京 100840

3.中国核电发展中心 北京 100824

1 研究思路

根据目前已有的地质勘察结果，判断厂址区域为非基岩地基，动参数和承载力相对较低。厂区非核岛区域的地基问题可以根据上部厂房的特征判断是否需要对地基进行处理，属于常规的设计。核岛区域的地基问题涉及到核岛的安全性，需要进行地基的适宜性研究，本文的研究范围为核岛厂房下的地基沉降分析问题。在历史沉降数据和岩土勘察结果的基础上，计算分析砂土地基厂址的沉降量及其沉降特点，判断此沉降对结构专业和其它相关专业（工艺、电仪和设备等）的影响。

在华龙一号标准设计中，反应堆厂房、燃料厂房、电气厂房、安全厂房共用一个钢筋混凝土大底板——平板式变厚度筏形基础；核辅助厂房、人员通行厂房和核岛消防泵房（共用）均采用各自独立的平板式筏形基础，基础彼此间以及与大底板间均设缝分开。这种大底板设计对地基沉降的影响在于：（1）大底板上的各厂房均匀沉降，厂房之间无沉降差，并确保了贯穿几个厂房的重要工艺管道的安全性；（2）大底板整体刚度大，抵抗弯曲变形和调整不均匀沉降的能力强；（3）确保了同时开挖同时施工，减小了施工时间差对核岛各个厂房地基沉降的影响。根据《压水堆核电厂核安全有关厂房地基基础设计规范》（NB/T 20308-2014），核安全有关厂房的地基变形计算值，不应大于下表所示的地基变形允许值[1]。

表1 核安全有关厂房的地基变形允许值

2 计算方法

关于地基沉降量的计算方法很多，最早的砂土地基沉降计算公式为Terzaghi和Peck提出，后Gibbs、Meyerhof 及Peck等都在早期计算公式上进行系数修正。随着对土力学的认识和土工试验手段的丰富和发展，后来慢慢发展了一些根据室内试验或现场试验参数进行沉降计算的方法。目前应用比较广泛的公式有分层总和法、应力路径法以及基于现场原位试验的计算方法等[2]。根据《压水堆核电厂核安全有关厂房地基基础设计规范》（NB/T 20308-2014）第6.3.5条：土质地基的变形计算应按GB50007-2011 第5.3.5～5.3.11 条的规定执行。

计算地基变形时，荷载效应应采用NB/T 20105-2012中规定的正常运行工况下的荷载效应组合D+L+T0+R0，仅考虑正常荷载作用，且其分项系数均取1，即不计入风荷载和地震作用；相应的限值应为地基变形允许值。

砂土地基的沉降计算是一个难题，一般计算出的结果都偏于保守，国内部分学者的研究表明规范法的沉降计算结果常常是实测值的数倍，因此一定要结合工程和具体的地质条件进行判断，这里采用沉降计算经验系数ψs对结果进行了修正。

核辅助厂房以及人员通行厂房和核岛消防泵房厂房的沉降量计算方法同大底板核岛厂房相同，所有厂房沉降值均小于规范规定的地基变形允许值。除大底板上核岛厂房的沉降量比较大以外，其余核岛厂房的沉降量均比较小，而且小于同一厂址已建厂房历史数据的沉降值。此沉降量对结构本身是可以接受的。对于厂房之间的沉降差，可以采用厂房之间分时施工的方法减小过大的沉降差。

由于基坑开挖深度约为15m，因此地基沉降变形计算需同时考虑地基土的回弹变形问题。考虑到场地地层岩性特征，根据经验判断，基坑开挖后基坑底部可能存在3-5cm的回弹变形。

3 历史数据分析

通过同一厂址已建厂房的沉降观测历史数据和相关资料的分析，可以看出施工期间对于地基的不利扰动是有限的和短暂的，施工完毕后，预计在厂房荷载作用下，地基的水文地质条件将趋于稳定；核岛厂房为砂土地基，砂土的透水性好，其变形经历的时间较短，可以认为在外荷载施加完毕（如厂房竣工）时，其变形已经稳定。

4 结语

建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）条文说明第5.3.3条指出，一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量，对于碎石或砂土可认为其最终沉降量已完成80%以上[3]。结合对同一厂址已建厂房沉降观测结果的分析，可以得出对于这种密实、中-低压缩性、稳定的砂土厂址，沉降基本发生在建造期间，在核电厂运行之后，沉降基本趋于稳定，后期沉降量很小。

对于核电站，必须确立重在设防的设计思路，并结合以往工程实践的设计经验，从总平面合理布局入手，在满足核安全和使用的前提下来控制沉降变形。针对砂土地基厂址，结合华龙一号堆型的特点，控制地基沉降变形将采取以下措施：（1）采用适宜的基础形式，核岛采用大型筏板基础，对于控制不均匀沉降非常有利；（2)在建筑设计、结构设计方案中采取必要措施，如设置沉降缝，增强结构的整体刚度和强度，调整建筑物各部分的荷载分布，减轻建筑物的自重等，以利于调整地基变形；（3）进行工程建设时，应根据砂土地基的特点和建筑物特征以及周边环境，合理安排施工顺序，注意施工方法，以减小基坑开挖后的回弹变形和部分不均匀沉降；（4）对于厂房之间的沉降差，可以采用分时施工的方法减少沉降差；（5）在后续的设计阶段，应复核相邻厂房的沉降差对管道的影响，重新设计管道以适应沉降差的影响。