董双田

中国电力工程顾问集团西北电力设计院

本文以“陕西渭河电厂三期扩建降水对二期地基土的影响问题研究”为例，通过分析地质勘测资料，现场取样，进行地基土的室内模拟试验、沉降计算等方法，论述渭河电厂三期扩建施工降水后，使二期地基土产生附加变形。此变形值是否在允许值范围内，是本专题要解决的主要问题。

地质概况

厂区位于渭河Ⅰ级阶地，地形开阔平坦，地面标高374.42m～375.77m。该区第四系沉积厚度大于400m，主要为河湖相。地下水埋深较浅，埋深5.70 左右。

地层从上而下分布为黄土状粉质黏土，层厚3.03m，2 细砂、层厚2.44 米，为可液化砂层，3 中砂、层厚4.60m中～密实，为主厂房基础之天然地基持力层，粉质黏土，层厚0.73m，7 中砂混园砾，层厚8.45m，为较好的下卧层，8 粉质黏土，层厚4.4m，10 黏土层厚2.75m，11 中砂园砾夹中粗纱薄层，层厚10.27m，12 粉质黏土，层厚9.5m，15 细砂，层厚7.43m，16 粉质黏土，层厚7.12m。

各层土的物理力学性质指标

为二期施工图勘测资料。见表1，表2

地基土的模拟试验

为计算因降水、引起的地基土的附加沉降量。对二期场地土在模拟实际应力变化的条件下进行固结试验，以确定各不同应力条件下的模量值，为计算地基沉降量计算参数。

地基土模拟试验的边界条件

二期施工降水、水位标高由371.00m 降到367.00m，降深4.0m，该部分土失去浮力，相当于土的自重增大，即普遍施加40 kpa 荷载，而引起降水沉降。

基坑开挖至368.50m，减去基坑上覆自重压力，引起回弹变形。

由建筑上部设计荷载逐步施加引起地基沉降。

建筑完成后停止降水，由地下水位恢复到原水位，该部分土的浮力恢复，发生卸荷，减去40 kpa，而引起回弹变形。

表1 黏性土常规物理力学性质指标

表2 砂土常规物理力学性质指标

表3 地基土模拟试验加卸荷值过程表

表4 固结试验成果汇总表

三期施工降水，再次引起二期主厂房等地段水位下降，地基产生沉降。此沉降值及相应沉降差，应满足有关规范的容许变形值。

为了模拟地基土的应力史，现场取样，对砂样按现场标贯63.5 击数，根据N63.5 与相对密度Dr 的关系，查出相应的Dr 对天然持力层第3 层中砂标贯63.5 击数取值按30～38 击，相对密度Dr 取值为0.8～0.85，重度rd（KN/M3）取值16.4～16.8；第7 层中砂混园砾标贯63.5 击数取值按60 击，Dr 的取值按0.9。

根据实验数值绘制成压缩～回弹曲线，并分别求出与各阶段相应的Es，Ee 值。

试验成果

见表4，固结试验成果汇总表。

地基土的沉降计算

一）计算模型的建立

计算模型主要考虑地基土的应力史

二期施工降水，由于降水先于基坑开挖，故降水相当于一个预压荷载，其作用只使地基土中应力增大，产生的变形使各土层压密，地基土的强度提高。

大面积开挖后，由于地基卸荷，基坑底部发生隆起现象，即产生回弹变形。它大部分是由于地基土的不排水畸变引起的，对于密实的中砂来说，其回弹变形应该很小。

根据基础荷载图，把各单独基础荷平均后近似的得出各建筑的荷重。用角点法计算上部荷载所产生的附加应力，考虑相邻基础的影响，用分层总和法计算其沉降量。

由于地下水位的恢复而引起的回弹变形。

三期施工降水时，假设水位降深为2m，3m，4m 三种情况，分别计算三种情况对地基土产生的变形，预估二期两端的沉降差。

表5 二期主厂房沉降计算点沉降值

二）计算成果及其评价

二期施工降水、由原水位标高371.00m 降至标高367.00m，故计算时按40KPa 的大面积均布荷载考虑。

降水引起的沉降按《岩土工程勘察规范》附录七（7—1）（7—2）公式：

黏性土及粉土层按（7—1）计算

砂层按式（7—2）计算

式中：Sa—土层、砂层最终沉降量（MM）

Sj—第j 层沉降量（MM）

aj—压缩系数（KPa_1）

e —原始孔隙比

△P—水位变化施加于土、砂层上的平均荷载（KPa）

Hj—第j 层厚度（MM）

Esj—第j 层压缩模量（KPa）计算深度若按降水引起附加应力等于土的自重应力20%考虑，其压缩层的深度是很小的，为6.6m，但为了与上部荷载引起的地基变形的压缩层深度取得一致，计算深度按勘探最大深度60.72m，即标高为314.00m。

按上式计算结果：降水引起的标高367.00m 处的沉降为85.3mm。该变形对地基土的影响较小。

大面积基坑开挖，基坑底部产生回弹变形。根据《基础工程手册》中（4—5）公式计算回弹变形。

计算结果：基坑开挖的回弹变形量为23mm，对地基土沉降变形的消减作用不明显。

上部荷载引起的地基沉降，计算根据《建筑地基基础设计规范》（GBJ7—89）公式（5.2.5）。

计算结果见表5。

从上表可以看出，煤仓间中部的沉降量最大，为141.40mm，但低于《火力发电厂土建结构设计技术规定》规定的变形允许值。

从模拟试验的结果分析，三期降水时，在40KPa 的压力下，地基土的压缩模量与二期施工降水时相比提高了5 倍以上，地基土的刚度已大大提高。假设按水位降深4m，3m，2m 三种情况分别计算地基土沉降量。计算公式为《岩土工程勘察规范》附录七（7—1）（7—2）公式，计算结果见表6。

表6 三期降水（不同降深）引起二期地基土沉降量计算结果

按不利水位差考虑，设二期西端（扩建端）水位降深4m，东端水位降深2m，仅由三期降水引起二期东西两端的沉降差为3.93mm。

由三期降水引起的沉降与上部荷载引起的沉降迭加后，二期各建筑地段东西两端的沉降差见表7。

表7 三期降水与二期上部荷载迭加引起二期各建筑地段东西两端沉降差

从表7 中可以看出：二期主厂房各建筑段，东西两端的沉降差均很小，均在《火力发电厂土建结构设计技术规定》表4 中，所允许的范围值内。

结语

通过对三期降水产生的附加应力和附加沉降计算结果的分析，三期降水对二期地基土影响很小，其沉降量及沉降差均满足《火力发电厂土建结构设计技术规定》所允许的范围值内。