陜西渭河電廠三期工程擴建降水對二期地基土的影響

董雙田

中國電力工程顧問集團西北電力設計院

本文以“陜西渭河電廠三期擴建降水對二期地基土的影響問題研究”為例，通過分析地質勘測資料，現場取樣，進行地基土的室內模擬試驗、沉降計算等方法，論述渭河電廠三期擴建施工降水后，使二期地基土產生附加變形。此變形值是否在允許值范圍內，是本專題要解決的主要問題。

地質概況

廠區位于渭河Ⅰ級階地，地形開闊平坦，地面標高374.42m～375.77m。該區第四系沉積厚度大于400m，主要為河湖相。地下水埋深較淺，埋深5.70 左右。

地層從上而下分布為黃土狀粉質黏土，層厚3.03m，2 細砂、層厚2.44 米，為可液化砂層，3 中砂、層厚4.60m中～密實，為主廠房基礎之天然地基持力層，粉質黏土，層厚0.73m，7 中砂混園礫，層厚8.45m，為較好的下臥層，8 粉質黏土，層厚4.4m，10 黏土層厚2.75m，11 中砂園礫夾中粗紗薄層，層厚10.27m，12 粉質黏土，層厚9.5m，15 細砂，層厚7.43m，16 粉質黏土，層厚7.12m。

各層土的物理力學性質指標

為二期施工圖勘測資料。見表1，表2

地基土的模擬試驗

為計算因降水、引起的地基土的附加沉降量。對二期場地土在模擬實際應力變化的條件下進行固結試驗，以確定各不同應力條件下的模量值，為計算地基沉降量計算參數。

地基土模擬試驗的邊界條件

二期施工降水、水位標高由371.00m 降到367.00m，降深4.0m，該部分土失去浮力，相當于土的自重增大，即普遍施加40 kpa 荷載，而引起降水沉降。

基坑開挖至368.50m，減去基坑上覆自重壓力，引起回彈變形。

由建筑上部設計荷載逐步施加引起地基沉降。

建筑完成后停止降水，由地下水位恢復到原水位，該部分土的浮力恢復，發生卸荷，減去40 kpa，而引起回彈變形。

表1 黏性土常規物理力學性質指標

表2 砂土常規物理力學性質指標

表3 地基土模擬試驗加卸荷值過程表

表4 固結試驗成果匯總表

三期施工降水，再次引起二期主廠房等地段水位下降，地基產生沉降。此沉降值及相應沉降差，應滿足有關規范的容許變形值。

為了模擬地基土的應力史，現場取樣，對砂樣按現場標貫63.5 擊數，根據N63.5 與相對密度Dr 的關系，查出相應的Dr 對天然持力層第3 層中砂標貫63.5 擊數取值按30～38 擊，相對密度Dr 取值為0.8～0.85，重度rd（KN/M3）取值16.4～16.8；第7 層中砂混園礫標貫63.5 擊數取值按60 擊，Dr 的取值按0.9。

根據實驗數值繪制成壓縮～回彈曲線，并分別求出與各階段相應的Es，Ee 值。

試驗成果

見表4，固結試驗成果匯總表。

地基土的沉降計算

一）計算模型的建立

計算模型主要考慮地基土的應力史

二期施工降水，由于降水先于基坑開挖，故降水相當于一個預壓荷載，其作用只使地基土中應力增大，產生的變形使各土層壓密，地基土的強度提高。

大面積開挖后，由于地基卸荷，基坑底部發生隆起現象，即產生回彈變形。它大部分是由于地基土的不排水畸變引起的，對于密實的中砂來說，其回彈變形應該很小。

根據基礎荷載圖，把各單獨基礎荷平均后近似的得出各建筑的荷重。用角點法計算上部荷載所產生的附加應力，考慮相鄰基礎的影響，用分層總和法計算其沉降量。

由于地下水位的恢復而引起的回彈變形。

三期施工降水時，假設水位降深為2m，3m，4m 三種情況，分別計算三種情況對地基土產生的變形，預估二期兩端的沉降差。

表5 二期主廠房沉降計算點沉降值

二）計算成果及其評價

二期施工降水、由原水位標高371.00m 降至標高367.00m，故計算時按40KPa 的大面積均布荷載考慮。

降水引起的沉降按《巖土工程勘察規范》附錄七（7—1）（7—2）公式：

黏性土及粉土層按（7—1）計算

砂層按式（7—2）計算

式中：Sa—土層、砂層最終沉降量（MM）

Sj—第j 層沉降量（MM）

aj—壓縮系數（KPa_1）

e —原始孔隙比

△P—水位變化施加于土、砂層上的平均荷載（KPa）

Hj—第j 層厚度（MM）

Esj—第j 層壓縮模量（KPa）計算深度若按降水引起附加應力等于土的自重應力20%考慮，其壓縮層的深度是很小的，為6.6m，但為了與上部荷載引起的地基變形的壓縮層深度取得一致，計算深度按勘探最大深度60.72m，即標高為314.00m。

按上式計算結果：降水引起的標高367.00m 處的沉降為85.3mm。該變形對地基土的影響較小。

大面積基坑開挖，基坑底部產生回彈變形。根據《基礎工程手冊》中（4—5）公式計算回彈變形。

計算結果：基坑開挖的回彈變形量為23mm，對地基土沉降變形的消減作用不明顯。

上部荷載引起的地基沉降，計算根據《建筑地基基礎設計規范》（GBJ7—89）公式（5.2.5）。

計算結果見表5。

從上表可以看出，煤倉間中部的沉降量最大，為141.40mm，但低于《火力發電廠土建結構設計技術規定》規定的變形允許值。

從模擬試驗的結果分析，三期降水時，在40KPa 的壓力下，地基土的壓縮模量與二期施工降水時相比提高了5 倍以上，地基土的剛度已大大提高。假設按水位降深4m，3m，2m 三種情況分別計算地基土沉降量。計算公式為《巖土工程勘察規范》附錄七（7—1）（7—2）公式，計算結果見表6。

表6 三期降水（不同降深）引起二期地基土沉降量計算結果

按不利水位差考慮，設二期西端（擴建端）水位降深4m，東端水位降深2m，僅由三期降水引起二期東西兩端的沉降差為3.93mm。

由三期降水引起的沉降與上部荷載引起的沉降迭加后，二期各建筑地段東西兩端的沉降差見表7。

表7 三期降水與二期上部荷載迭加引起二期各建筑地段東西兩端沉降差

從表7 中可以看出：二期主廠房各建筑段，東西兩端的沉降差均很小，均在《火力發電廠土建結構設計技術規定》表4 中，所允許的范圍值內。

結語

通過對三期降水產生的附加應力和附加沉降計算結果的分析，三期降水對二期地基土影響很小，其沉降量及沉降差均滿足《火力發電廠土建結構設計技術規定》所允許的范圍值內。