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某變電站主變壓器地基不均勻沉降分析與處理

發布時間:2019-07-13 17:15:29來源:

  影響本地區2002年夏季的正常供電。為使500kV變電站在擬定時間內投人運行,經多方案比選,采用“地基土體卸載法”對地基基礎進行加固處理,收到了安全、經濟、快捷的效果,值得同類型基礎設計借鑒。

  1工程概況該工程為某500kV變電站主變壓器擴建工程,三臺變壓器基礎順列布置,每臺基礎由散熱器基礎。主變基礎及油池組成,平面布置見。

  主變壓器設備重2291/臺(包括油重),地基平均應力141.5kPa.散熱器設備重17t/臺,地基平均應力145.0kPa.工程于2001年11月初開工,11月下旬施工完畢,2002年初主變設備就位安裝、加載,在加載過程中發現變壓器基礎下沉,比較大沉降量29,而散熱器基礎無下沉,連接變壓器與散熱器的膨脹節發生不同程度扭曲變形,嚴重影響設備的正常運行,故需對地基基礎進行加固處理。

  2工程地質條件根據地質勘察報告,該場地原為山洼耕地,經回填平整。該場地主要土層野外特征自上而下分述如下:(1)素填土:回填時間約10年,紅色,結構疏松,稍濕,主要由粉質粘土回填,局部含少量水泥塊,整個場地均有分布,層厚2.2~4.8m,標準貫人擊數yV=4~8擊。(2)耕植土:灰色,濕,軟塑,土質為粉質粘土,局部含少量植物根,整個場地均有分布,層厚。4~2.2m,標準貫人擊數7V=8~9擊。(3)坡殘積亞粘土(粉質粘土):紅褐色,稍濕,可塑,粘性好,局部含少量砂粒,夾粘土薄層,整個場地均有分布,層厚2.5~4.6m,標準貫人擊數Af=8~13擊。(4)殘積亞粘土:褐夾粉紅色,硬塑,層厚5~6.5m,標準貫人擊數iV=12~17擊。

  3基礎沉降原因分析3.1地基承載力取值過高該工程設計要求地基承載力達到200kPa,事實上變壓器基礎與散熱器基礎均放置在素填土上,該土層雖然回填時間較長,但未經任何處理,結構疏松,壓縮性較大,承載力低,遠未達到200kPa的要求。因而在荷載作用下,基底壓力大于地基承載力,地基發生下沉。

  3.2基礎尺寸取值不合理本結構設計要求主變基礎與散熱器基礎沉降差glOmm,而變壓器基底面積23.56m2,基底平均應力141.5kPa. 145.0kPa.由地基比較終沉降量計算可知,在基底附加應力基本相同的條件下,底面積大的基礎其地基壓縮層影響深,基礎沉降大。在一般工程中,由于地基強度計算時地基承載力取值偏小,且留有余度,地基變形的這一規律也許反映不明顯,但該工程地基承載力取值偏高,而基礎設計時沒注意按上述規律調整基底尺寸,因而導致兩基礎沉降不一致,沉降差比較大達29mm,影響設備的正常運行。

  3.3基礎型式選擇不當根據設備運行的特點,要求變壓器基礎與散熱器基礎變形一致,也就是說,本設備對沉降差的要求是嚴格的,而該場地地基有填土2.2~4.8m,耕植土0.4~2.2m等軟弱土層,極有可能造成不均勻沉降,在這種情況下,應采取措施盡量使兩基礎沉降一致,減少不均勻沉降。對本工程宜采用整體基礎的形式,以達到沉降一致的目的。

  3.4基坑驗收環節未把好關由于基坑驗收未能嚴格把關,致使地基承載力遠未達到設計要求的200kPa仍通過了驗收,導致基礎受荷后產生沉降。

  4加固方案該工程為省內重點工程,為解決本地區2002年夏季缺電的問題,電網公司擬定目標,要確保2002年6月23日試運行,2002年6月30日正式投產。當時離試運行時間僅21天,工期緊,任務重,建設單位非常重視,組織專家及各有關人員,進行會審剖析,要求以不卸設備荷載為原則,15天為處理工期,對各單位提出的方案進行比選。各方案歸納大致如下:4.1方案一高壓噴射注漿法。該法把能量大,速度快的噴射流連續集中地作用在土體上,使注人的漿液和土拌合凝固為新的固結體,以提高地基強度,達到改良地基的效果。此方法較為簡單,但用此方法處理既有建筑地基時,很可能在固結過程中對地基產生附加變形,使地基與基礎間出現脫空或局部脫空現象,能否有效地控制固結過程中出現的沉降量,把握不大。本方案預計工期為12~15天,估算投資40~50萬元。

  4.2方案二樁基加固法。主變壓器基礎及散熱器基礎通過樁基把上部荷載直接傳到壓縮性小,強度高的密實土層,以滿足承載力和變形的要求。

  這一方法在許多工程中都有成功的經驗,是比較安全穩妥的做法。基加固按成樁工藝的不同,可采用人工挖孔樁或預應力管樁,人工挖孔樁做法是:每臺主變壓器基礎沿周邊共布置6根挖孔樁,挖孔成樁后,在樁頂設牛腿支托,牛腿支托與原基礎連接,見。

  預應力管樁法:每臺主變壓器基礎及散熱器基礎側面均勻布置11根鋼筋混凝土預應力管樁,采用靜力壓人的施工方法將樁壓人土中,原基礎周邊植筋與新設邊梁連接,邊梁再與樁基連接,見。

  巖土工程勘測采用樁基加固安全可靠,但相對工期較長,施工較為復雜。因為樁基施工時有可能對原基礎及設備造成影響,為將影響降到比較低,施工需采取一系列措施,如對稱分組錯開施工;對原基礎作支撐保護等。因而工作面不能全面鋪開,工期難以保證,預計挖孔工期為28天,估算投資約36.3萬元;預應力管樁工期為31天,估算投資約39.0萬元。

  4.3方案三地基土體卸載法。本場地基礎下回填土回填的時間較長,其在自重作用下的變形已基本完成,在基底附加應力作用下回填土原有的應力狀態發生變化,從而引起新的變形。本方案通過加大基礎底面積,減少基底附加應力,以滿足地基承載力的要求,并達到減少基礎沉降的目的,同時把主變壓器基礎與散熱器基礎聯結成整體,增強整體剛度,從而排除兩基礎沉降不一致的可能性。具體的做法是:在主變壓器基礎的四周,與基礎底面平齊處設置一邊梁,截面為1x1米,邊梁通過植筋與原主變基礎緊密結合,同時做一根足夠剛度的肋梁將主變基礎與散熱器基礎連成一體,見。

  加固后的基礎底面積比原基礎底面積增大1倍多,基底平均應力比較大為81.9kPa.比原基底平均應力少42%.本方案主要優點:(1)安全可靠。施工時不擾動基礎底面以下的地基,因而對原有地基不會造成任何不良影響;⑵施工簡便。施工工藝與一般的地梁澆注基本相同;⑶節省時間。各工作面可同時鋪開,且各工序均可交叉進行,大大地縮短了施工工期;本方案預計工期為10天:造價低廉。整個基礎的加固約需鋼筋混凝土98m3,加上植鋼筋的費用合計約13.5萬元。

  綜合考慮安全、進度、投資等方面因素,確定采用方案三加固。

  5加固后地基強度與變形分析5.1基礎受力偏心分析(1)設備關于Y軸對稱,基礎關于F軸對稱,因此,基底合力沿7向偏心為零(見)。

  ⑵基礎及設備的總重心到軸的距離為4.67m,基礎底面的形心到;f軸的距離為4.87m(見),兩者間的距離與平行于偏心方向基底因此,基底合力偏心滿足規范要求。

  基礎形心。2地基強度驗算5.2.1地基承栽力特征值的確定假定原基礎的施工、安裝、加載過程相當于淺層平板載荷加載試驗過程,在這個加載過程中,地基土在141.5kPa壓力作用下產生壓縮變形,而在這個壓縮變形過程中周圍的土體無出現隆起或破壞性裂縫,荷載值與沉降量呈直線變化,且沉降已趨于穩定,相對沉降S/=0.007<0.06(S為沉降量,B為基礎寬度),這時基底應力141.5kPa可認定為加固后地基承載力極限值(偏于保守),由此推論,加固后地基承載力特征值為fak=141.5/2=71kPa. 5.2.2基底壓力計算及地基強度驗算基底壓力:礎底面邊緣的比較大、比較小壓力值;八為荷載效應。

  標準組合時,上部結構傳至基礎頂面的豎向力值;GK為基礎自重和基礎上的土重標準值;財<為荷載效應標準組合時,作用于基礎底面的力矩值;4為基礎底面面積;F為基礎底面的抵抗矩。

  =81.9kPa  7d=l取用);"y為基礎底面以下土的重度(kN/m3);6為基礎底面寬度(m);7為基礎底面以上土的加權平均重度(kN/m3);d為基礎埋置深度(m);5.3地基變形分析由地基強度計算可知,基礎底面邊緣的比較大與比較小壓力值相差僅為1.1kPa,用壓縮模量法計算沉降可知,基礎底面兩端點a上(見)的沉降差很小,幾乎趨于零,即基礎傾斜度趨于零。也就是說,采用“地基土體卸載法”對地基基礎進行加固處理后,基礎不均勻沉降不再發展,地基是安全可靠的。

  6結語采用方案三加固處理,概算價為13.8萬元,現場施工僅9天,比業主要求的工期15天提前了6天,確保了變電站試運行和投產的質量及工期要求。

  本變電站建成投產且連續安全運行已一年多,經觀測,加固后的基礎沉降<.5mm(基本無沉降),上部設備無任何異常情況,運行良好。因此,采用“地基土體卸載法”加固地基基礎,滿足規范要求,滿足運行要求,是安全、經濟、切實可行的,值得同類型基礎設計借鑒。

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