电厂改扩建工程中基础设计问题的分析与探讨

侯 伟

(国能龙源电力技术工程有限责任公司，北京 100039)

近年来，电厂改扩建项目日渐增多，受场地限制，加上改扩建建筑要满足工艺流程的需要，通常会选择在一个较为狭小的空间内建成。然而，改扩建工程的结构设计最难驾驭的并不是上部结构，而是该结构的基础设计。因为改扩建建筑的基础既要满足支承上部结构的荷载，又要躲避原有厂房的基础，还要避免新建基础的开挖对原有厂房结构造成影响。因此，改扩建建筑的基础成为设计难点。

1 基础设计的重要性

基础设计不仅是建筑结构设计中的一项重要工作，同时也是建筑工程施工的基础和前提，其好坏直接影响整个建筑工程的安全性、适用性和耐久性。如果设计方法不对或选型不当，将严重影响建筑物的安全性。不恰当的基础设计，可能因承载力不足引起建筑物的不均匀沉降，导致建筑物开裂或倾斜，引起难以修复的工程质量问题。因此，正确选择合理的基础形式具有重大意义[1-4]。

改造、扩建工程由于受到原有建筑的诸多影响，特别是受到改造的要求限制，多是在旧建筑的基础上完成。新增结构应该尽量紧挨原有结构布置，以减少空间资源的浪费，避免新增结构带来的不便以及对原有结构造成影响，并尽量使新设计的结构基础与原有建筑的基础分开。因此，当与旧建筑物毗邻时，如何处理好新建工程的基础是改扩建工程中一个较为重要的问题。下面结合某电厂的改造，介绍了实际问题和具体实施办法，为工程建设提供一定参考。

2 某电厂改造实例

2.1 工程概况

本改造工程拟在电厂原有7号输煤栈桥(布置有7号甲、乙皮带机)和西煤场(汽车煤场)之间新增一路0号皮带机及栈桥，实现火车来煤向西煤场堆料的功能。

0号皮带机尾部位于原7号输煤栈桥中部拉紧和原4号转运站之间需新建的T1转运站内(二层框架结构)，头部位于西煤场堆煤区域， 0号皮带机栈桥为高位布置，跨越原3号输煤栈桥。在7号甲、乙皮带机上各设置1台双侧犁式卸料器向0号

皮带机卸料， 0号皮带机跨越原有3号栈桥将燃煤运至西煤场，直接卸料至煤场。

本工程中新建的T1转运站周边的施工、安装空间狭小。转运站的结构设计工作，特别是基础设计面临较多难题亟待解决。本文就新增T1转运站基础设计过程中遇到的问题展开分析和探讨。

2.2 现状调查

根据现场踏勘，厂区内可供0号皮带机改造工程新建T1转运站建设的场地面积有限，四周均为原有的建筑物。其中，北边紧挨着原有3号、4号转运站，南边紧邻原有7号输煤栈桥中部的拉紧装置，西面为原有3号皮带机通廊，东面为厂区内道路，上部为7号栈桥桥面。新建T1转运站位于狭窄的空间中，四面均受到不同程度的限制，整体高度也受到上部7号栈桥桥面的制约(见图1)。同时，为满足工艺要求，0号皮带机的尾部需位于新建T1转运站内，以满足7号栈桥甲、乙皮带机上各设置的1台双侧犁式卸料器可向0号皮带机卸料。

图1 新建T1转运站与原有建筑物位置关系

2.3 问题分析

由于空间局限，根据工艺布置，确定柱网后，新建T1转运站的横向跨度只有4.1 m，其北侧框架柱紧挨原有3号、4号转运站，轴网间距仅为0.8 m，南侧紧挨原有7号皮带机拉紧装置，与其轴间距为1.1 m。查阅周边原有建筑物基础图纸，发现原有3号、4号转运站南侧均为柱下独立基础(见图2)，而且基础尺寸已处于新建T1转运站范围内。如果新建T1转运站的基础也采用柱下独立基础，南北两侧与相邻2个建筑物的基础均会碰撞。因新建T1转运站西侧紧邻原有3号皮带机通廊，东面为厂区内道路，也无法将其往东或往西布置来躲避基础碰撞。因此，独立基础方案不可行。

图2 新建T1转运站与原3号、4号转运站基础位置关系

2.4 地质条件

本项目所在的场地抗震设防烈度为6度，基本地震动峰值加速度为0.05 g，设计地震分组为第3组，场地类别为Ⅲ类。

根据本项目岩土工程勘测报告，各岩土层的主要物理力学指标见表1。

表1 各土层的主要物理力学性质指标推荐值

2.5 基础选型

根据上述新建T1转运站周边情况，本次设计中，新建T1转运站的基础选型尤为重要。经过分析认为采用筏板基础更能满足要求。考虑到原3号、4号转运站的基础已进入到此次待建区域，如果采用规则筏板基础的型式，除了会引起基础碰撞，还会将新建T1转运站的上部荷载部分传递到3号、4号转运站的基础上。因此，在满足柱网布置和承载力要求情况下，为安全起见，且为避免原有建筑物的沉降，考虑将本筏板基础设计为不规则形状，如凸字形(见图3)。主筏板基础长约10 m，宽约3.4 m，北侧局部凸出基础部分长为4 m，宽为1.6 m。在主筏板北侧的左、右两端各悬挑1根长为1.6 m的短梁，用于支撑上部结构北侧的2根框架柱(见图4)，从而保证新、旧建筑物的基础能够自由沉降，互不影响。因此，上述2根悬挑短梁的受力等成为本次基础设计需考虑的重点问题。

图3 新建转运站基础布置图

图4 新建转运站基础剖面图

2.6 基础计算分析

本次计算利用中国建筑科学研究院开发的结构计算软件PKPM(版本V52)JCCAD进行有限元建模分析[5-6]。软件分析计算结果，见图5—图9。

图5 基础有限元网格划分

图6 基础西北角节点位移图(mm)

图7 基础西北角反力图(kN)

图8 基础西北角弯矩图(kN·m)

图9 基础承载力图(kN)

本项目将 ② 层粉质粘土层作为新建T1转运站的基础底持力层，本层地基承载力特征值为180 kPa。由于整个转运站西侧的2根框架柱作为新增0号皮带栈桥的低端支撑，筏板基础西侧受力较大，特别是西北角悬臂梁根部附近。本次设计通过加大筏板西侧悬挑板长度，更有利于均衡荷载分布，同时通过加大悬臂梁固接于主筏板处的截面，将筏板基础上的悬挑梁均设计为变截面梁，保证悬臂梁的根部具有足够的刚度，从而保证了基础安全。由图9可见，最大基底压力位于基础西北角，Pkmax=159 kPa<1.2fa(其中fa为修正后的地基承载力特征值，fa=230 kPa)，满足要求。

本次整个基础设计，既保证了结构重心位置与基础形心尽量靠近，又巧妙避开了原有3号、4号转运站独立基础南侧台阶部分，避免了基础碰撞。

2.7 措施

如图10所示，设计中考虑到筏板基础中的悬挑梁位于原3号、4号转运站独立基础的台阶上部，为避免上部的荷载传递后影响到原有3号、4号转运站的独立基础，造成基础的不均匀沉降等，在两者基础之间的空隙处，即基础的台阶上部，填充松散砂石(见图10中圆圈处)进行处理[5-7]。

图10 基础之间的处理措施

3 结论

综上所述，改造、扩建工程中的基础设计应注意以下几点。

a.充分收集周边原有建筑的相关资料，综合分析考虑后制定合理的结构体系。本次基础设计采用的异形筏板基础不但提高了建筑物的整体性，对于安全性的提高也非常有效。

b.根据实际情况制定可行的基础方案，以采取预防与保护措施为原则，能避让的尽量避让，在不能避让的情况下辅以加固措施，尽量减少对相邻建筑的影响，让相邻的新旧建筑物均能够处于安全使用状态。