電廠改擴(kuò)建工程中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題的分析與探討

侯 偉

(國能龍?jiān)措娏夹g(shù)工程有限責(zé)任公司，北京 100039)

近年來，電廠改擴(kuò)建項(xiàng)目日漸增多，受場(chǎng)地限制，加上改擴(kuò)建建筑要滿足工藝流程的需要，通常會(huì)選擇在一個(gè)較為狹小的空間內(nèi)建成。然而，改擴(kuò)建工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最難駕馭的并不是上部結(jié)構(gòu)，而是該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。因?yàn)楦臄U(kuò)建建筑的基礎(chǔ)既要滿足支承上部結(jié)構(gòu)的荷載，又要躲避原有廠房的基礎(chǔ)，還要避免新建基礎(chǔ)的開挖對(duì)原有廠房結(jié)構(gòu)造成影響。因此，改擴(kuò)建建筑的基礎(chǔ)成為設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要性

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不僅是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作，同時(shí)也是建筑工程施工的基礎(chǔ)和前提，其好壞直接影響整個(gè)建筑工程的安全性、適用性和耐久性。如果設(shè)計(jì)方法不對(duì)或選型不當(dāng)，將嚴(yán)重影響建筑物的安全性。不恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)設(shè)計(jì)，可能因承載力不足引起建筑物的不均勻沉降，導(dǎo)致建筑物開裂或傾斜，引起難以修復(fù)的工程質(zhì)量問題。因此，正確選擇合理的基礎(chǔ)形式具有重大意義[1-4]。

改造、擴(kuò)建工程由于受到原有建筑的諸多影響，特別是受到改造的要求限制，多是在舊建筑的基礎(chǔ)上完成。新增結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量緊挨原有結(jié)構(gòu)布置，以減少空間資源的浪費(fèi)，避免新增結(jié)構(gòu)帶來的不便以及對(duì)原有結(jié)構(gòu)造成影響，并盡量使新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與原有建筑的基礎(chǔ)分開。因此，當(dāng)與舊建筑物毗鄰時(shí)，如何處理好新建工程的基礎(chǔ)是改擴(kuò)建工程中一個(gè)較為重要的問題。下面結(jié)合某電廠的改造，介紹了實(shí)際問題和具體實(shí)施辦法，為工程建設(shè)提供一定參考。

2 某電廠改造實(shí)例

2.1 工程概況

本改造工程擬在電廠原有7號(hào)輸煤棧橋(布置有7號(hào)甲、乙皮帶機(jī))和西煤場(chǎng)(汽車煤場(chǎng))之間新增一路0號(hào)皮帶機(jī)及棧橋，實(shí)現(xiàn)火車來煤向西煤場(chǎng)堆料的功能。

0號(hào)皮帶機(jī)尾部位于原7號(hào)輸煤棧橋中部拉緊和原4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站之間需新建的T1轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)(二層框架結(jié)構(gòu))，頭部位于西煤場(chǎng)堆煤區(qū)域， 0號(hào)皮帶機(jī)棧橋?yàn)楦呶徊贾茫缭皆?號(hào)輸煤棧橋。在7號(hào)甲、乙皮帶機(jī)上各設(shè)置1臺(tái)雙側(cè)犁式卸料器向0號(hào)

皮帶機(jī)卸料， 0號(hào)皮帶機(jī)跨越原有3號(hào)棧橋?qū)⑷济哼\(yùn)至西煤場(chǎng)，直接卸料至煤場(chǎng)。

本工程中新建的T1轉(zhuǎn)運(yùn)站周邊的施工、安裝空間狹小。轉(zhuǎn)運(yùn)站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，特別是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)面臨較多難題亟待解決。本文就新增T1轉(zhuǎn)運(yùn)站基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題展開分析和探討。

2.2 現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，廠區(qū)內(nèi)可供0號(hào)皮帶機(jī)改造工程新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)的場(chǎng)地面積有限，四周均為原有的建筑物。其中，北邊緊挨著原有3號(hào)、4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站，南邊緊鄰原有7號(hào)輸煤棧橋中部的拉緊裝置，西面為原有3號(hào)皮帶機(jī)通廊，東面為廠區(qū)內(nèi)道路，上部為7號(hào)棧橋橋面。新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站位于狹窄的空間中，四面均受到不同程度的限制，整體高度也受到上部7號(hào)棧橋橋面的制約(見圖1)。同時(shí)，為滿足工藝要求，0號(hào)皮帶機(jī)的尾部需位于新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)，以滿足7號(hào)棧橋甲、乙皮帶機(jī)上各設(shè)置的1臺(tái)雙側(cè)犁式卸料器可向0號(hào)皮帶機(jī)卸料。

圖1 新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站與原有建筑物位置關(guān)系

2.3 問題分析

由于空間局限，根據(jù)工藝布置，確定柱網(wǎng)后，新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站的橫向跨度只有4.1 m，其北側(cè)框架柱緊挨原有3號(hào)、4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站，軸網(wǎng)間距僅為0.8 m，南側(cè)緊挨原有7號(hào)皮帶機(jī)拉緊裝置，與其軸間距為1.1 m。查閱周邊原有建筑物基礎(chǔ)圖紙，發(fā)現(xiàn)原有3號(hào)、4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站南側(cè)均為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)(見圖2)，而且基礎(chǔ)尺寸已處于新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站范圍內(nèi)。如果新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站的基礎(chǔ)也采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，南北兩側(cè)與相鄰2個(gè)建筑物的基礎(chǔ)均會(huì)碰撞。因新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站西側(cè)緊鄰原有3號(hào)皮帶機(jī)通廊，東面為廠區(qū)內(nèi)道路，也無法將其往東或往西布置來躲避基礎(chǔ)碰撞。因此，獨(dú)立基礎(chǔ)方案不可行。

圖2 新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站與原3號(hào)、4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站基礎(chǔ)位置關(guān)系

2.4 地質(zhì)條件

本項(xiàng)目所在的場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6度，基本地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，設(shè)計(jì)地震分組為第3組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

根據(jù)本項(xiàng)目巖土工程勘測(cè)報(bào)告，各巖土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 各土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)推薦值

2.5 基礎(chǔ)選型

根據(jù)上述新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站周邊情況，本次設(shè)計(jì)中，新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站的基礎(chǔ)選型尤為重要。經(jīng)過分析認(rèn)為采用筏板基礎(chǔ)更能滿足要求?？紤]到原3號(hào)、4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站的基礎(chǔ)已進(jìn)入到此次待建區(qū)域，如果采用規(guī)則筏板基礎(chǔ)的型式，除了會(huì)引起基礎(chǔ)碰撞，還會(huì)將新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站的上部荷載部分傳遞到3號(hào)、4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站的基礎(chǔ)上。因此，在滿足柱網(wǎng)布置和承載力要求情況下，為安全起見，且為避免原有建筑物的沉降，考慮將本筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為不規(guī)則形狀，如凸字形(見圖3)。主筏板基礎(chǔ)長約10 m，寬約3.4 m，北側(cè)局部凸出基礎(chǔ)部分長為4 m，寬為1.6 m。在主筏板北側(cè)的左、右兩端各懸挑1根長為1.6 m的短梁，用于支撐上部結(jié)構(gòu)北側(cè)的2根框架柱(見圖4)，從而保證新、舊建筑物的基礎(chǔ)能夠自由沉降，互不影響。因此，上述2根懸挑短梁的受力等成為本次基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需考慮的重點(diǎn)問題。

圖3 新建轉(zhuǎn)運(yùn)站基礎(chǔ)布置圖

圖4 新建轉(zhuǎn)運(yùn)站基礎(chǔ)剖面圖

2.6 基礎(chǔ)計(jì)算分析

本次計(jì)算利用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM(版本V52)JCCAD進(jìn)行有限元建模分析[5-6]。軟件分析計(jì)算結(jié)果，見圖5—圖9。

圖5 基礎(chǔ)有限元網(wǎng)格劃分

圖6 基礎(chǔ)西北角節(jié)點(diǎn)位移圖(mm)

圖7 基礎(chǔ)西北角反力圖(kN)

圖8 基礎(chǔ)西北角彎矩圖(kN·m)

圖9 基礎(chǔ)承載力圖(kN)

本項(xiàng)目將 ② 層粉質(zhì)粘土層作為新建T1轉(zhuǎn)運(yùn)站的基礎(chǔ)底持力層，本層地基承載力特征值為180 kPa。由于整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站西側(cè)的2根框架柱作為新增0號(hào)皮帶棧橋的低端支撐，筏板基礎(chǔ)西側(cè)受力較大，特別是西北角懸臂梁根部附近。本次設(shè)計(jì)通過加大筏板西側(cè)懸挑板長度，更有利于均衡荷載分布，同時(shí)通過加大懸臂梁固接于主筏板處的截面，將筏板基礎(chǔ)上的懸挑梁均設(shè)計(jì)為變截面梁，保證懸臂梁的根部具有足夠的剛度，從而保證了基礎(chǔ)安全。由圖9可見，最大基底壓力位于基礎(chǔ)西北角，Pkmax=159 kPa<1.2fa(其中fa為修正后的地基承載力特征值，fa=230 kPa)，滿足要求。

本次整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，既保證了結(jié)構(gòu)重心位置與基礎(chǔ)形心盡量靠近，又巧妙避開了原有3號(hào)、4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站獨(dú)立基礎(chǔ)南側(cè)臺(tái)階部分，避免了基礎(chǔ)碰撞。

2.7 措施

如圖10所示，設(shè)計(jì)中考慮到筏板基礎(chǔ)中的懸挑梁位于原3號(hào)、4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站獨(dú)立基礎(chǔ)的臺(tái)階上部，為避免上部的荷載傳遞后影響到原有3號(hào)、4號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站的獨(dú)立基礎(chǔ)，造成基礎(chǔ)的不均勻沉降等，在兩者基礎(chǔ)之間的空隙處，即基礎(chǔ)的臺(tái)階上部，填充松散砂石(見圖10中圓圈處)進(jìn)行處理[5-7]。

圖10 基礎(chǔ)之間的處理措施

3 結(jié)論

綜上所述，改造、擴(kuò)建工程中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

a.充分收集周邊原有建筑的相關(guān)資料，綜合分析考慮后制定合理的結(jié)構(gòu)體系。本次基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用的異形筏板基礎(chǔ)不但提高了建筑物的整體性，對(duì)于安全性的提高也非常有效。

b.根據(jù)實(shí)際情況制定可行的基礎(chǔ)方案，以采取預(yù)防與保護(hù)措施為原則，能避讓的盡量避讓，在不能避讓的情況下輔以加固措施，盡量減少對(duì)相鄰建筑的影響，讓相鄰的新舊建筑物均能夠處于安全使用狀態(tài)。