填土場(chǎng)地變電站基礎(chǔ)差異沉降分析與處理

朱進(jìn)軍 魏 來(lái)

(1.連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 連云港 222006;2.南京電力設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210013)

0 引言

高電壓等級(jí)變電站由于使用功能上的要求，一般均設(shè)有一些輔助的結(jié)構(gòu)設(shè)施，如吊裝平臺(tái)等。然而，這類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用頻率小、結(jié)構(gòu)荷載小，設(shè)計(jì)人員往往對(duì)其不夠重視;尤其在其基礎(chǔ)選型問(wèn)題上，常常從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮而盡量采用淺基礎(chǔ)，甚至一些工程主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)而吊裝平臺(tái)采用淺基礎(chǔ)。

同時(shí)，隨著近年來(lái)城市規(guī)模的擴(kuò)大，建設(shè)用地日趨緊張，大量河塘、漫灘被回填用作建筑場(chǎng)地，江蘇地區(qū)就有許多變電站建造在這類場(chǎng)地上。新近填土地基工程性質(zhì)較差，具有不均勻、欠固結(jié)等特點(diǎn)，地基承載力低，后期沉降大，尤其容易產(chǎn)生不均勻沉降，影響工程的正常運(yùn)行。本文結(jié)合某變電站地基沉降事故，從工程場(chǎng)地條件、基礎(chǔ)選型等方面分析了事故的原因，并介紹了事故處理方案，供類似工程參考。

1 工程概況

1.1 概述

某110 kV變電站位于新近填土場(chǎng)地，框架結(jié)構(gòu)體系，平面尺寸38.25 m×19 m，建筑總高度15 m。主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)，室外樓梯及吊裝平臺(tái)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，由于使用功能要求局部帶有地下室，建筑平面布置如圖1所示，獨(dú)立基礎(chǔ)如圖2所示。

圖1 建筑平面圖

圖2 獨(dú)立基礎(chǔ)示意圖

1.2 場(chǎng)地條件

場(chǎng)地表層覆有較厚新近填土，呈含水量高、孔隙率大、承載力差等特點(diǎn)。土層自上而下可分為6個(gè)亞層，各土層物理力學(xué)指標(biāo)及土層特征見(jiàn)表1。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)

2 地基沉降狀況及其原因分析

2.1 地基沉降事故描述

在竣工投運(yùn)2年后，發(fā)現(xiàn)該建筑地面及吊裝平臺(tái)基礎(chǔ)出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，后經(jīng)觀測(cè)確定沉降有不斷發(fā)展趨勢(shì)，嚴(yán)重影響正常使用。

1)吊裝平臺(tái)基礎(chǔ)嚴(yán)重下沉，而主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)沉降較小，在兩者之間產(chǎn)生不均勻沉降，造成平臺(tái)梁端部及平臺(tái)板拉裂，嚴(yán)重影響正常使用。平臺(tái)梁板裂縫狀況如圖3所示。

2)室內(nèi)外地面嚴(yán)重下沉。室內(nèi)地面呈中部下沉多，四周下沉少的“鍋底狀”，進(jìn)而引起設(shè)備隨之下沉。經(jīng)測(cè)量，室內(nèi)地面中央沉降近90 mm，周邊沉降約40 mm，嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)行。室外地面普遍下沉約200 mm，造成室外臺(tái)階、花壇與建筑脫開(kāi)，如圖4所示。

3)圍墻嚴(yán)重開(kāi)裂、傾斜，有重大安全隱患，無(wú)法繼續(xù)使用。

圖3 平臺(tái)梁板裂縫示意圖

圖4 室外臺(tái)階、花壇下沉

2.2 事故原因分析

1)工程場(chǎng)地條件復(fù)雜、地基土工程性質(zhì)較差是事故發(fā)生的主要原因。

a.場(chǎng)地表層覆有厚約2 m的新近填土，原設(shè)計(jì)方案未對(duì)該層土采取有效加固措施，填土在自重作用下產(chǎn)生自重固結(jié)，必然引發(fā)地面沉降。

b.填土下分布有深厚②層軟弱土，低強(qiáng)度、高壓縮性。在上部填土作用下，其應(yīng)力條件發(fā)生改變，產(chǎn)生了固結(jié)沉降。

c.場(chǎng)地地下水位較高，穩(wěn)定水位埋深在0.90 m～1.0 m。近年來(lái)隨著該地區(qū)大規(guī)模的開(kāi)發(fā)建設(shè)，本工程場(chǎng)地東側(cè)、東南側(cè)新建建筑物以及周邊道路施工時(shí)采用了井點(diǎn)降水方法進(jìn)行施工，造成地下水位下降，加快了土體固結(jié)的速度。

2)基礎(chǔ)選型不當(dāng)是造成事故的另外一個(gè)重要原因。

a.按照規(guī)范［1，2］要求，同一棟建筑物基礎(chǔ)形式應(yīng)統(tǒng)一。本工程中主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)，而吊裝平臺(tái)因荷載較小采用獨(dú)立基礎(chǔ)，造成兩者之間產(chǎn)生不均勻沉降。尤為重要的是，獨(dú)立基礎(chǔ)平面尺寸1.8 m×1.8 m，埋于地表下2.4 m，土體發(fā)生固結(jié)沉降后與基礎(chǔ)脫開(kāi)，基礎(chǔ)上部土體自重GS作為荷載作用在基礎(chǔ)上。如圖5所示，平臺(tái)梁由兩端支撐狀態(tài)變?yōu)閼冶蹱顟B(tài)，與主體結(jié)構(gòu)連接端產(chǎn)生較大負(fù)彎矩，導(dǎo)致平臺(tái)梁、板的破壞。

b.場(chǎng)地土工程性質(zhì)較差，且本工程室內(nèi)安放較多設(shè)備，室內(nèi)宜采用剛性地面方案。

圖5 獨(dú)立基礎(chǔ)受力簡(jiǎn)圖

3)工程施工質(zhì)量較差。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鑿開(kāi)室內(nèi)地面，原設(shè)計(jì)采用砂墊層十分松散，不能滿足原設(shè)計(jì)要求。

3 事故處理方案

3.1 吊裝平臺(tái)加固處理

1)吊裝平臺(tái)基礎(chǔ)的加固。

獨(dú)立基礎(chǔ)的加固效果是吊裝平臺(tái)加固成敗的關(guān)鍵，其持力層為深厚的軟弱土層，若僅僅對(duì)淺層土體進(jìn)行處理，可能還會(huì)產(chǎn)生沉降。而主體結(jié)構(gòu)由于采用樁基礎(chǔ)，主要沉降過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，此時(shí)獨(dú)立基礎(chǔ)產(chǎn)生的微小沉降都是差異沉降，將會(huì)造成加固失敗。因此，采用錨桿靜壓樁對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行托換，將荷載傳至深層較好土層。

根據(jù)場(chǎng)地土層條件，選取②-2層粉質(zhì)粘土作為樁基持力層。樁長(zhǎng)14 m，設(shè)計(jì)單樁承載力150 kN。根據(jù)計(jì)算，在每個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)下布置2根樁，布置樁位如圖6所示。

為了確保加固的成功，設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中采取了以下技術(shù)措施:

a.為了減小承臺(tái)(獨(dú)立基礎(chǔ))的彎矩，在滿足最小樁距的前提下，樁盡量靠近柱邊。

b.經(jīng)計(jì)算，壓樁反力大于獨(dú)立基礎(chǔ)及吊裝平臺(tái)自重。為避免壓樁對(duì)吊裝平臺(tái)產(chǎn)生二次破壞，施工過(guò)程中在獨(dú)立基礎(chǔ)上堆加10 t配重，并對(duì)柱子變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)。

圖6 獨(dú)立基礎(chǔ)加固簡(jiǎn)圖

c.設(shè)計(jì)錨桿靜壓樁為摩擦樁，在荷載作用下也會(huì)產(chǎn)生沉降，施工中采用加壓封樁手段，讓樁先產(chǎn)生一定預(yù)變形，減少使用階段的沉降。

2)平臺(tái)梁、板的加固。

室外吊裝平臺(tái)采取局部梁板拆除重做的處理方法，此法較粘鋼、碳纖維等加固方法簡(jiǎn)單易行，費(fèi)用低廉，取得了較好的效果。

3.2 室內(nèi)地面、圍墻及道路的加固處理

1)鑿除室內(nèi)素混凝土地面，澆筑鋼筋混凝土剛性地坪。通過(guò)在承臺(tái)及框架柱上植筋，使地坪與主體結(jié)構(gòu)連為一體，徹底解決室內(nèi)地面的沉降問(wèn)題。

2)將嚴(yán)重開(kāi)裂的圍墻自室外地面500 mm以上部分鑿除，保留原圍墻基礎(chǔ)改做鋼柵圍墻減輕圍墻自重，并在圍墻墻墩處設(shè)置沉降縫，消除不均勻沉降帶來(lái)的影響。

3)鑒于室外道路沉降比較均勻，路面僅有輕微開(kāi)裂，不影響正常使用，因此對(duì)室外路面不進(jìn)行加固處理，僅對(duì)室外臺(tái)階、花壇等與主體結(jié)構(gòu)相連接的附屬結(jié)構(gòu)拆除重做。

4 結(jié)語(yǔ)

加固后該變電站運(yùn)行良好，室內(nèi)地面沒(méi)有產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象;沉降觀測(cè)結(jié)果顯示，吊裝平臺(tái)與主體結(jié)構(gòu)沉降基本協(xié)調(diào)，不會(huì)引發(fā)新的不均勻沉降。

通過(guò)對(duì)本工程地基沉降事故的分析與處理，可以得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):

1)對(duì)于軟弱地基的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)慎重選型，特別是要正確處理好經(jīng)濟(jì)性與安全性的關(guān)系。本工程由于選用了兩種不同的基礎(chǔ)形式，造成吊裝平臺(tái)與主體結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生不均勻沉降，影響了建筑的正常使用。

2)對(duì)于軟弱場(chǎng)地，特別是尚未完成自重固結(jié)的填土場(chǎng)地，主體結(jié)構(gòu)一般都做成樁基礎(chǔ)。此時(shí)，室內(nèi)地坪宜做成剛性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以避免地基沉降引發(fā)的事故。

3)在本文介紹的工程實(shí)例中，主體結(jié)構(gòu)安全可靠，但吊裝平臺(tái)、室內(nèi)地面、道路、圍墻等設(shè)施發(fā)生破壞，這說(shuō)明對(duì)附屬設(shè)施的重視不夠，這一教訓(xùn)值得工程技術(shù)人員注意。

［1］GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.