张文超
佛山电力设计院有限公司
摘要：本文通过沿海某软弱地基为例，通过典型数据的计算分析，揭示软弱地基在附加荷载作用下的沉降特点及其发展规律，据此分析软弱地基常见的沉降问题，并概括了相关的结论。
关键词：软弱地基；变电站；沉降
软弱地基是指由高压缩性土层构成的地基。在沿海主要是指淤泥层构成的地基，其特点是淤泥层厚度大、压缩性大、承载力低、渗透性小，性能极差。沿海软弱地基还有另一特点，即地势普遍较低，为满足变电站的防洪要求，填方厚度可达数米。随着社会经济的发展，土地资源日益减少，越来越多的滩涂、低洼地带被开发利用。变电站也“被迫”落户在这些以往不宜建站的地区。随之而来的是软弱地基的通病———基础沉降问题日益突出，给变电站的安全运行带来影响。
一、软弱地基沉降特点及分析
软弱地基沉降量通常由三部分组成。①由基础上部荷载引起的地基沉降；②填方不密实，由填方层压缩挤密引起的沉降；③在填方附加荷载作用下，场地土的压缩变形。下面分别分析这3种沉降。
1.基础上部荷载引起的沉降
上部荷载引起的沉降量大小与附加应力值、作用面积、压缩层厚度、土的压缩模量等因素有关。其中，荷载的作用面积对沉降量影响很大。
2、填方层沉降
场地填土一般采用矿渣（又称塘渣），组成成分主要是块石，夹杂少量的碎石和粘土。其特性是粒径较大、级配不良。如果控制好粒径和级配，分层压实，压实系数可以达到0.94 以上，达到地基基础设计规范的要求值。但在实际工程中，填方质量却得不到有效的控制，特别是大厚度的填方。因此，填方层的沉降也是沉降量中不可忽视的一部分。矿渣填方层的性能与碎石土类似，压缩性小，由此，填方不密实引起的沉降一般发生得较快。但填方层均匀性差，易受外部条件影响。特别是在经过几场大雨的冲刷后，经常可以发现场地的沉降量会突然加大，原本平整的场地变得凹凸不平，这就是由填方不密实和不均匀引起的沉降。变电站的施工工期为一年左右，按低压缩性土考虑，填方不密实引起的沉降完成量可达50～80%左右，剩余的沉降量一般较小。
3、填方荷载引起的沉降
根据软弱地基厚度大、压缩性大、渗透性小的特点，由上部填方荷载引起的地基沉降特点是最终沉降量大、完成时间长。按GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》计算，仅变电站范围填方时，地基压缩层底部的平均附加应力系数达0.9 以上，随站区面积的增大而增大。在大面积填方荷载的作用下，Z/b 趋于0，地基压缩层底部的平均附加应力系数可取为1.0。可见，在填方荷载作用下，地基土中附加应力大小沿深度方向是矩形或将近矩分布，而且其影响深度直达压缩层底部，这与局部荷载作用下的快速衰减曲线有很大不同，因此，由填方荷载引起的最终沉降量也远大于相同值的局部荷载作用。以下取一些典型数据来计算由大面积填方引起的淤泥层沉降量及完成时间。表1 是不同填土厚度、不同淤泥层厚度的最终沉降量参考值，取填方区域无限大，按式s=p0H/Es 计算，式中：p0
为基底附加应力，H 为淤泥层厚度，Es 为淤泥压缩模量。表2 是不同淤泥层厚度完成不同固结度的时间参考值。
时间参考值，由不同的固结度得到不同的TV 值，按式T=TVH2/CV 计算。由表可以看出，大面积填方引起的软弱地基沉降特点是最终沉降量大、完成时间长。一般随着淤泥层的厚度和填方厚度的增加，沉降量成正比增加，完成时间则与淤泥层厚度的平方成正比。
二、常见沉降问题及分析
软弱地基变电工程沉降问题可分为沉降量和沉降差两类。下面对近几年工程中出现较多的一些沉降问题进行分析。
1、沉降量
沉降量如果控制在较小范围，通常不会对工程造成危害。如配电装置建筑基础，长期运行状况基底附加应力很小，基础底面积也不大，故总沉降不大，很少出现问题。而当厂房采用天然地基条形基础或筏板基础时，由于软土层承载力普遍很低，基础底面积必然会很大，沉降量也会很大。随着电力技术的不断进步和经济的发展，这样的沉降量和最终带来的影响是不适宜的。笔者认为，软弱地基建筑物和荷载较大的设备基础（如主变基础）应采用地基处理方法或采用桩基础来控制沉降量，避免大的沉降量产生。
2、沉降差
对于变电工程，均匀沉降一般不会引起电气设备的安全运行问题，不均匀沉降带来的沉降差是影响电气设备安全运行的主要原因。沉降差也可大致可分为两类：①基础偏心受力引起的沉降差；②不同基础形式引起的沉降差。
三、地基沉降的处理
1、软弱地基的沉降
可以从两个方面着手解决：①控制沉降量；②控制沉降差。控制沉降量可采用桩基、地基处理，或两种方法的结合。在控制沉降量的同时，需同时考虑沉降差的控制。在可预见的沉降差异处，实际工程中可以通过设置沉降缝、伸缩结、预留电缆长度等方法来减小沉降差异的危害。当在填方区采用桩基处理时，要充分考虑桩周负摩擦力的影响。桩型尽可能采用摩擦桩，因摩擦桩本身有一定的沉降量，可以减小沉降差异，这可从很多工程实例中看出来。同时，采用摩擦桩可以减
小桩周负摩擦力，对桩基承载力和桩身稳定性有利。一些工程设计方案采用水泥土搅拌桩处理建筑物、构支架及设备基础，处理深度为10～18m 左右。水泥土搅拌桩处理后形成的复合地基以及下卧层还会有一定的沉降量，故可以控制与未处理部分的沉降差。从工程实例来看，这种方案沉降差异较小，但由于处理深度较浅，沉降量比采用桩基时大。该方案的优点是费用较低、工期较短，很适合于场地填方厚度较小（一般在1m 以下）的情况。填方厚度较厚时，则总体沉降量过大，对工程很不利。由于水泥土搅拌桩的施工质量难以控制，现在已很少使用。当场地填土达到2～3m 时，不仅最终沉降量大得惊人，地基的承载力也成为问题。这时，就需要采用全场地基处理方法来控制沉降量和提高地基承载力。由于地基承载力提高有限，厂房及较重的设备基础往往还需采用桩基补充处理。目前采用较多的全场地基处理方法有砂井（或塑料排水带）堆载预压，工期约6 个月。如采用真空预压或真空、堆载联合预压，工期可缩短为3 个月左右，但费用较高。采用预压法，可以使大量的沉降量在预压过程完成，从而控制变电站投运后的沉降量和沉降差，确保工程安全。在条件许可的情况下，尽可能采用超载预压来提高预压效果。采用全场预压是彻底解决变电站填方沉降的一种有效方法，在资金和工期许可的情况下可以优先考虑。特别是在填方厚度不均匀的靠山地带，采用其他方法很难控制沉降差异。采用预压法时应注意控制预压时间和固结度，否则，将造成工程建成后沉降的快速发展，引起上述的工程问题。
2、室内地坪与厂房基础的沉降差
当厂房基础采用地基处理方法，室内地坪应同时采取地基处理方法，并适当配筋。如厂房基础采用桩基础时，室内地坪需采用架空层或钢筋混凝土梁板结构，将荷载传到厂房基础上。该方法的另一优点是可以减少厂房的填方量，相应减小由此引起的附加荷载，这对控制厂房的沉降量相当有利。对单一的独立基础，应严格控制偏心距。竖向荷载较大的基础（如主变基础）应设计成中心受压。构架基础宜考虑长期运行的弯矩，设计成不对称形式，使正常运行状态下基底处于中心受力状态，既可防止沉降差，又可减小基底面积。
四、结语
根据以上的分析，可以得出以下结论：
（1）软弱地基在附加荷载作用下的沉降量大，沉降完成的时间长，往往在工程建成几年后达到影响变电站安全运行的临界值。
（2）当场地有填方，特别是大面积填方时，软弱层的沉降量相当大，是引起沉降大的主要因素。
（3）软弱地基对偏心受力敏感，应加以避免。
（4）采用全场地基处理是解决大厚度场地填方沉降问题的有效方法。
（5）解决沉降问题的先决条件是做好地基变形计算。
参考文献：
[1]GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].
[2]JGJ70-2002、J220-2002，建筑地基处理技术规范[S].
[3]叶书麟，叶观宝.地基处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.174
论文作者:张文超
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/30
标签：地基论文; 荷载论文; 软弱论文; 预压论文; 厚度论文; 基础论文; 变电站论文; 《基层建设》2016年2期论文;