|
1 勘测设计概况
苏州工业园区华能发电厂二期工程建设规模为2×600MW超临界机组，工程可行性研究于2002年年底完成，2003年6-8月进行了本工程初步设计，同年9月份开始施工图设计，汽轮机和发电机分别采用哈尔滨汽轮机厂和哈尔滨电机厂产品。
2 勘测部分
2.1 电厂地质环境
电厂厂址区位于长江下游河口三角洲长江南岸的高河漫滩地带，依据区域地质资料和前期岩土工程勘测资料，主厂房地段原为稻田、沟、塘等，原始地面标高为2.8～3.5m，厂区及附近无明显的不良地质作用。
二期工程主厂房地基土同一期工程一样，同属河湖相沉积，不论是地貌单元、地层岩性特征、地基土物理力学性质指标、地基土空间分布规律均基本一致，每一层的分布、层位和厚度较为稳定，无透镜体和尖灭分布情况：所以二期勘察完全采用了一期工程地层的划分标准和地层代号。
厂区地基土层主要由第四系全新统冲、湖积物（Q4al+l）和上更新统冲积物（Q3al）组成，100m勘探深度范围内地基结构由上至下可划分为8层。
2.2 成因与环境分析
工程所在场地为大江大河的河口三角洲地带，地基土层绝大部分为冲湖积成因的细粒土，也就是在静水或缓慢水流环境下沉积形成，小范围内不会发生岩相变化。
2.3 桩端持力层分析
一期工程曾进行过高强度预应力管桩的试桩工作，试桩位置在二期工程集中控制楼处，预应力高强度管桩2组，桩身混凝土强度等级为C80，桩端持力层为⑥层，进入桩端持力层深度为2.5m，其试桩结果为：当入土深度为46.5m，桩径为φ600mm时，桩的单桩竖向极限承载力值为6000kN，完全满足设计要求。
基于一、二期的地层结构基本相同，性能接近，一期工程主厂房及烟囱区域的建（构）筑物及其重要设备基础的沉降已趋于稳定的现实，故建议二期仍采用高强度预应力管桩，选择⑥层作为桩端持力层。
2.4 工程桩施工结果
根据二期已施工完成的工程桩，我们对汽机及其临近的A、B排相应工程桩的贯入度（cm/10击）和总锤击数进行了统计，结果表明汽机本体位置全部工程桩的总锤数和贯入度的平均值和两侧的A、B排桩的总锤数和贯入度的平均值相比，总锤数最高，贯入度最低，表明汽机本体位置的地基性能比A、B两侧好。
2.5 高应变检测验证
3#汽机拟合法检测单桩极限承载力与A排地段拟合法检测的单桩极限承载力几乎没有差异。3#汽机CASE法检测净土阻力与A排地段和B排地段CASE法检测的净土阻力总体处于同一档次水平。
2.6 综合以上分析，从地层岩相沉积规律，勘探测试揭示情况，桩基施工记录和成桩检测结果等各个角度，都可以说明汽机房地基土是基本均匀的，不存在突变或局部变软的情况，施工图勘察报告客观反映了场地的真实岩土工程条件。汽车沉降超常问题并不是由于岩土勘测资料不准所引起。
但是汽轮机轴线没有按照《火力发电厂岩土工程勘测技术规程》的要求布点，尽管勘探点总数不少，却在汽机这一重要设备基础位置的布点上出现了疏漏，正是因为这一疏漏，在汽机机座差异沉降超常问题出现后，被怀疑岩土勘测资料不准，进而被联想为引起机座差异沉降超常的直接原因之一，后来经过一、二期大量的勘测资料和桩基施工、检测资料排除了这一原因。
3 土建结构部分
3.1 桩基及汽机基座施工图设计情况
单桩允许承载力确定
根据本工程岩土工程勘察报告和一期工程试桩总报告，40m桩长的单桩承载力计算极限值为6239kN。基座桩基设计按照规范要求允许的单桩承载力计算允许标准值为2495kN。
桩基础设计
考虑到汽机基座结构的重要性，以及对沉降及沉降差异反应敏感和软土地基的特殊性，为使基座沉降变形满足规范要求，同时亦考虑到桩间距的构造要求，单台基座实际布桩140根，桩长按持力层标高分别选用40、42米，进入⑥层土长度4.4～5.7米，计算单桩承载力设计值平均为1627kN（折合标准值约1300kN），单桩承载力计算标准值远小于允许的单桩承载力能承受的标准值。基座上部结构总重的设计值约为23000吨（包括支承于基座底板上大平台柱的荷载），按照上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999计算，考虑厂房相邻基础影响后，最终沉降最大值为119毫米，小于规范允许值150mm，横向沉降差异B轴低，最大差异沉降9毫米。小于允许差异沉降17.2毫米，满足规范要求。
设计要求的停桩标准为：打桩停机按照以桩底标高与贯入度指标双重控制的原则进行，按照一期工程施工图的打桩控制要求，若管桩桩底已到设计标高，而贯入度指标大于20cm/10击时，需向业主、监理和设计方报告，并暂停打桩，商讨处理方案。若管桩桩底未达到设计标高，但贯入度指标小于3cm/10击时，亦可停止打桩。
施工说明中的停桩标准20cm/10击，数字偏大，依据不足，实际桩基设计时加深了桩进入持力层的深度（由试桩报告中的2.5米增加到4.4～5.7米），使得单桩允许承载力标准值提高到3242kN。根据现场打桩施工记录，3号机基座范围内140根桩最后10击的贯入度为2cm～8.2cm，实际平均值为4.2cm。
对于施工中的基坑开挖要求如下：
3.2 施工概况
本工程桩基均采用基坑不开挖的情况下送桩至设计标高即先打桩后开挖的方式进行，主厂房区域全部桩基一次完成，然后基坑开挖。3号机汽机基座桩基工程打桩时间为10月7日至20日，平均每天打桩10套，桩长为40～42米，最后10击贯入度2～8.2cm，贯入度实际的平均值为4.2cm。贯入度数值大小分布是离散的，未出现基座某侧桩贯入度偏大的情况，因此可以判断地层总体均匀。
3.3 沉降观测结果
3.3.1 中建二局观测数据
3#汽机基础第一次沉降观测是在2004年7月3日，3#汽机基础6.9m中间层混凝土浇注完成后，由主体土建施工单位中建二局承担，按要求2005年3月20日以前每月进行了一次观测，2005年3月20日后每10天进行了一次观测。采取的观测手段是光学水准仪（DSZ2），精度相对较低，其允许的误差也较大。对3#汽机基础柱上（0.8m标高处）布置了10个测点，其中在安装过程有3、8两点被损坏数据不完整。
截止2005年2月25日：累计沉降最大为46mm，最小为32mm。最大沉降差异14mm。
截止2005年8月29日：累计沉降最大为91.4mm，最小为70.4mm。最大沉降差异19.9mm。
3.3.2 上海辰电科技观测数据：
2005年3月上旬，工程项目建设处聘请了专业测量单位——上海辰电科技进行了同步观测，从2005年3月20日开始每10天观测一次，其观测的位置分别在柱（黄海高程4.5m标高处）和运转层平台各布置了10个测点，采取的观测仪器是（LEICA NA3003）电子水准仪，相对精度较高。
截止2005年8月29日：柱上观测累计沉降增加最大为32.45mm，最小为23.47mm。沉降差异最大增加5.27mm。
截止2005年8月29日：运转层平台上沉降差异最大增加3.41mm。
截止目前，最后两次观测即2005年8月9日～2005年8月29日20天1-6点间柱上的两家观测数据相差很大：
上海辰电科技观测数据为沉降差异值增加0.26mm/20天
中建二局观测数据为沉降差异值增加2mm/20天
4 汽轮发电机基础沉降设计分析研究
4.1 各种安装加载工况的沉降计算分析
采用两种规范，即上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999、《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002，模拟现场加荷情况下的基座各阶段的最终沉降计算，汽轮发电机基础沉降计算模型为单向压缩分层总合法，PKPM筏板基础设计软件桩筏筏板四边元有限元计算。
汽轮发电机基础沉降计算的压缩层厚度为：桩端下10m左右的⑥粉土与粉砂互层，20m左右的⑦粉、细砂。计算两种规范各考虑5种情况，各种安装加载工程的沉降计算分析
仅考虑基座本身荷载的作用； 考虑基座本身荷载的作用及汽动给水泵基础的相互影响； 考虑基座本身荷载的作用及汽动给水泵基础、B排框架柱的相互影响； 考虑基座本身荷载的作用及汽动给水泵基础、A排框架柱的相互影响； 考虑基座正常运行情况。
4.2 计算结果分析
应用上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002分别进行计算，其计算结果基本一致，两规范计算最大沉降量及沉降差均满足规范要求。
由于上海地区土的特殊性及汽轮发电机基础周边荷载作用的特点，汽轮发电机基础产生一定量的沉降是正常的。发生沉降的原因是由荷载作用使地基土固结而产生的。虽然#3机基座有较大的沉降，但总沉降量仍控制在规范允许范围内。
4.3 产生差异沉降原因分析
汽轮发电机基础差异沉降一般是由于基础及桩的布置、桩基施工质量的控制、基坑开挖引起的浮桩、安装时荷载的堆放不均等多方面原因产生的。根据各方面资料分析，本工程汽轮发电机基础差异沉降值大的原因比较复杂，我们认为主要原因有以下几点：
（1）汽轮发电机基础由于受相邻基础作用的影响，在实际计算中就存在差异沉降，最大差异沉降计算值为9mm。
（2）基坑开挖引起浮桩对差异沉降的影响，通过对打桩记录与开挖后的桩基工程竣工验收测量成果表计算对比发现，桩体普遍上浮，其中上浮7cm及以上的45根点32.2%，上浮5cm～7cm的25根占17.8%，小于5cm的54根，占38.6%，只有13根桩没有上浮。可以得出结论：88.6%桩存在上浮问题。从桩的上浮区域可以发现B排侧的桩上浮普遍较A排侧大，靠近检修场地的机头侧（1点、2点）也偏大，沉降观测结论的沉降最大点——1点测点，也是桩上浮大的集中处。
（3）安装时荷载的不均匀堆放：安装期间荷载的不均匀堆放会产生不均匀差异沉降，具体现场情况复杂，与堆放时间、大小、具体位置有关，因设备自重所占的比率约10%左右，影响程度有限且不易量化。
（4）测量结果分析，在整个测量期间发现，在前8个月中建二局的观察中，本工程差异沉降已达14mm（1-6点）：8mm（2-7点）。而在后5个月测量中，差异沉降上海辰电柱上测量值5.27mm（2-7点）、4.83mm（1-6点）；中建二局测量值2.7mm（2-7点）、5.9mm（1-6点）。两组观测数据存在较大的差异。目前认为上海辰电的测量数据是较准确的。所以，将上海辰电后5个月的测量数据与中建二局前8个月的数据简单相加也是目前实测数据超出的原因之一。
4.4 对汽机基座沉降及沉降趋势发展进行分析研究
第一：本工程的汽机基座是安全可靠的；
第二：根据了解及我院在该地区设计经验，上海地区由于土质的特殊性，按照规范的控制标准进行设计，工程中地基存在沉降及沉降差异值是正常的，一般在整套试运前后（即荷载全部施加完成）汽机基础最大沉降在100mm左右，由于汽机基础上部荷载及相邻基础的影响，汽机基础是存在差异沉降的，通过计算结果也得到证明，一般600MW机组汽机基础差异沉降的计算值为10mm左右。
第三：总沉降仍要发展，稳定需要较长时间，沉降发展速率将逐渐减缓。
第四：总沉降量只要控制在一定范围内，对汽轮发电机运行影响很小。
第五：目前的差异沉降对汽轮发电机组水平偏差的影响，可在汽机正式扣盖、汽轮发电机组基础二次灌浆时消除。在机组运行过程中，可能通过检测汽轮发电机组轴振值及各轴瓦油温，来保证汽轮发电机组的安全运行。并可定期对汽机机座顶而沉降进行观测。
第六：预测基座最终沉降为130～142mm。
第七：通过计算结果分析荷载产生的沉降差异今后的趋势应该是减少；应小于平均为0.3mm/30天，考虑到试运行等各种不利因素，按最不利考虑取0.5mm/30天，试运期间可能产生的最大沉降差异小于2.0mm，之后沉降差异基本稳定。
第八：本工程基座结构设计有较大的刚度，地基沉降时，基座的变形应是线形的，向某一方向倾斜，基座结构本身是安全的。 |
