魏國良 王 斌 廖文兵 孫文慶 忽 巍 羅衛(wèi)西

(1.陜西華電蒲城發(fā)電有限責任公司，陜西蒲城 715501;2.國家測繪局大地測量數(shù)據(jù)處理中心，陜西西安 710054)

1 概述

陜西華電蒲城發(fā)電有限責任公司位于陜西省渭北平原的蒲城縣境內(nèi)。先后分三期建成，一期于1996年建成并投入使用，二期于2003年底投入運營，三期于2008年底投產(chǎn)，總裝機容量2 700 MW，是我國西北地區(qū)裝機規(guī)模最大的火力發(fā)電廠。廠區(qū)平均海拔約494.5 m，地基以濕陷性黃土為主。

2008年汶川地震波及到我國中西部多個省份，在強烈地震影響下，廠區(qū)內(nèi)的1號冷卻塔由于地表排水系統(tǒng)的破壞而造成濕陷性黃土地基自重濕陷沉降。本文以1號冷卻塔為例，首先介紹了嚴密的沉降監(jiān)測方法及其數(shù)據(jù)處理。其次介紹了由于工程自重和濕陷性黃土地基沉降量的計算方法。兩者在數(shù)值上僅相差3.39%，說明采用的沉降觀測方法科學、結(jié)果可靠。

2 沉降監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理

2.1 沉降觀測點位設計

為了能夠反映出建(構(gòu))筑物的準確沉降情況，沉降觀測點要埋設在最能反映沉降特征且便于觀測的位置。一般要求建構(gòu)筑物上設置的沉降觀測點縱橫向要對稱，且相鄰點之間間距以15～30 m為宜，均勻地分布在建構(gòu)筑物的周圍。設計的點位如圖1所示。

2.2 變形觀測

①沉降觀測遵循“五定”原則進行，即按照采用相同的觀測路線，使用同一儀器和水準尺，固定觀測人員，在基本相同的環(huán)境和條件下工作的要求進行觀測，觀測周期為半年。

圖1 冷卻塔沉降點分布圖及基底壓力模型

②水準控制網(wǎng)與國家一、二等水準網(wǎng)點聯(lián)測。冷卻塔控制網(wǎng)觀測路線嚴格遵循9－8－7－6－5－4－3－2－1－9。

③采用高精度的NI007水準儀及配套的銦瓦水準標尺按二等水準觀測，采用閉合環(huán)加往返測進行。

④水準儀在每期作業(yè)開始前按國家水準測量規(guī)范規(guī)定的項目進行全面系統(tǒng)的檢驗。NI007為自動按平水準儀，每天檢校i角一次。水準尺在出工前后分別檢驗一次，如兩次檢驗無明顯變化，取出工前后測值對測量結(jié)果進行改正［1-3］。

⑤由于障礙物遮擋及其他因素，在觀測過程中無法滿足單站前后視距差不超過1 m，累計視距差不超過3 m的測段應考慮中轉(zhuǎn)或加測站的方法解決。

2.3 沉降計算與分析

在外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，經(jīng)檢查無誤計算出往返測高差不符值、外業(yè)高差與概略高程表及測段平均高差表。平差采用間接平差法進行，按測站數(shù)定權。平差結(jié)果要求每公里偶然中誤差MΔ≤±0.3 mm，否則需重測或補測。表1為9個沉降觀測點的沉降量。

采用9個支墩點沉降量的數(shù)學平均值作為冷卻塔的整體沉降量

表1 冷卻塔觀測點沉降量統(tǒng)計 mm

3 工程地質(zhì)沉降

冷卻塔總高131.84 m，其中10 m以上為鋼筋混凝土雙曲線筒體結(jié)構(gòu)，筒頂直徑51.834 m，筒底直徑88.844 m，下部10 m為鋼筋混凝土框支結(jié)構(gòu)，共36對鋼筋混凝土圓形截面柱，柱底為鋼筋混凝土環(huán)形基礎，基礎寬5 m，基礎深3.0 m，基底以下為6 m厚2∶8灰土墊層。

在計算工程地質(zhì)沉降量前，必須要進行地基土承載力驗算和地基土變形驗算。由于篇幅所限，這里不加推導的給出對應的計算公式和結(jié)果。

3.1 冷卻塔地基土承載力驗算

根據(jù)冷卻塔結(jié)構(gòu)計算塔體基礎以下2∶8灰土墊層底總荷載為

式中 P——灰土墊層底面總荷載/kPa;

P1、P2、P3——分別為地面10 m 以上塔體、地面至 10 m高度范圍支撐柱及灰土墊層底至地面的重量/kPa。

巖土工程勘察結(jié)果說明冷卻塔灰土墊層下持力層地基土的承載力特征值:fk=170 kPa

由此可知:P=170.4 kPa＜1.1fk=187 kPa

結(jié)果表明:現(xiàn)地基土承載力能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載承載力要求。

3.2 冷卻塔地基土變形驗算

地基總沉降量包括由上部結(jié)構(gòu)荷載引起的固結(jié)沉降量S1和因浸水引起的濕陷沉降量S2兩部分。S1可按分層總和求得。

(1)固結(jié)沉降量S1計算

①基底壓力計算

基底附加壓力計算為式中:P為基底平均壓力，σc為基底中心點處自重應力，F(xiàn)k為上部結(jié)構(gòu)總荷載，Gk為基礎及其上回填土總重。

按照基底壓力模型計算的基底附加壓力:P0=P－σc=145.32－54.00=91.32 kPa

②各分層沉降量計算

將環(huán)形基底均布荷載近似以36個集中荷載F代替。采用布辛奈斯克解計算各計算點處附加應力，計算點沿集中荷載作用處向下選取。計算點布置見圖2。此處取其中一個集中荷載作用下的計算點進行計算，其余集中荷載作用下的計算與此相同。

圖2 計算點分布(單位:m)

各分層計算點沉降量計算

③總固結(jié)沉降量計算

當計算點處豎向附加應力和自重應力滿足σzi＜0.2σci時，可停止計算。固結(jié)沉降計算結(jié)果見表2。

表2 固結(jié)沉降計算

當 Z=7.4 m 時，0.2σc=38.64 kPa＞30.87 kPa，滿足計算深度要求，所以可停止計算。計算沉降量S'1=120.89 mm，表中0點計算深度對應高程為－3.0 m。

由沉降計算經(jīng)驗系數(shù)［4］ψs=0.788計算該地基土在上部荷載下產(chǎn)生的沉降量 S1=ψSS1'=0.788×120.89=95.26 mm。

(2)浸水濕陷沉降量計算

①原地基土計算自重濕陷量Δzs

根據(jù)原勘察報告，自然地面下35 m范圍內(nèi)存在濕陷性，原設計施工的處理深度為15.4 m，還有19.6 m濕陷性土層未處理，遇水浸入會發(fā)生自重濕陷性變形沉降。該自重濕陷沉降量按公式計算，計算結(jié)果見表3［4］。

表3 自重濕陷沉降量計算

②浸水引起的濕陷沉降量S2

由巖土工程勘查可知冷卻塔剩余濕陷沉降量為Δs=103 mm。所以由浸水引起的濕陷沉降量為

(3)總沉降量計算

由前述計算結(jié)果可知冷卻塔最終的沉降量［5］

計算結(jié)果表明:陜西華電蒲城發(fā)電有限責任公司的冷卻塔沉降，主要由于地表水的滲透而導致濕陷性黃土地基產(chǎn)生濕陷變形，從而引起建筑物基礎發(fā)生較大量的不均勻沉降。沉降監(jiān)測的沉降量與工程地質(zhì)沉降量兩者在數(shù)量上僅相差3.39%。

4 結(jié)論

通過對濕陷性黃土地基上的建構(gòu)筑物的沉降觀測和地質(zhì)勘察兩種方法計算出建筑物的沉降量一致，說明濕陷性黃土地貌上的建構(gòu)筑物的沉降量主要由于地表水(雨雪水及地下管網(wǎng)滲漏水)的滲透而導致建筑物發(fā)生較大量的不均勻沉降。嚴格排查地表水的滲透點成為解決建筑物沉降關鍵。且相比而言，沉降觀測費用小、測量周期短、高精度等特點降低了工程造價。另外該方法也可適用于城市地面沉降觀測、濕陷性黃土地貌無碴鐵路軌道的鋪設等。

［1］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會．GB/T 12897—2006 國家一、二等水準測量規(guī)范［S］．北京:中國標準出版社，2006

［2］ 江丹．浙江省杭嘉湖平原地面沉降分析［J］．測繪通報，2008(7):13-15

［3］ 楊林浩．鄭西客運專線路基工程沉降觀測方案［J］．鐵道工程學報，2006(7):10-13

［4］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會．GB50025—2004 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］．北京:中國標準出版社，2004

［5］ 陜西西科建筑加固改造工程有限公司．陜西華電蒲城發(fā)電有限責任公司一期主廠區(qū)沉降處理技術方案［R］．西安:西科建筑加固改造公司，2011