某斜槽式排水竖井裂缝成因分析.pdf

第 4 8卷第 5 期 2 0 1 2年 5月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GA NS U W r | R U Ra AN D HY DR OP ID 1 嗣团 R T E C HN0L O GY Vo 1 ． 4 8． No ． 5 Ma y ． ， 2 0 1 2 设计与研究 某斜槽式排水竖井裂缝成因分析 程睿 ( 新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院， 新疆 鸟鲁木齐8 3 0 0 0 2 ) 摘要： 通过对某斜槽式排水竖井内力及配筋的验算， 分析其结构承载力， 并对 已建工程中裂缝成因进行了分析， 为后 期加 固设计提供比较合理的设计依据， 并提 出相应的加固处理建议措施。 关键词 ： 斜槽式排水竖井； 裂缝 ； 三维有限单元法 中图分类号 ： T U 7 5 5 ． 7 文献标志码 ： B 文章编号 ： 2 0 9 5 — 0 1 4 4 ( 2 0 1 2 ) 0 5 — 0 0 4 3 — 0 3 1 前言 山西某电厂贮灰场斜槽式排水竖井于 2 0 0 2年 9月竣工并投入使用 。 斜槽采用双孔整体式结构 ， 上 搭接预制混凝土盖板。沿斜槽轴线方向，设置有 l 2 道沉 降缝 ， 每段斜槽长度为 8 ～ 1 9 m， 全长 1 7 9 m， 斜 槽下部设齿槽。斜槽基础主要为粉质黏土和灰岩 ， 粉 质黏土中含有块石 ， 块石的成分为灰岩。现状斜槽上 堆积约 5 0 I n高的灰渣 ， 斜槽的主要作用为积集上部 灰中的水 ， 通过斜槽流 向下方集水井 ， 以便于再次使 用。经过现场调查， 斜槽内部表面钙化严重 ， 多处出 现钢筋外露锈蚀 ， 表面“ 蜂窝化 ” 现象较多且有涌水 现象 。在部分斜槽边墙及底板处出现一系列垂直于 斜槽轴线的贯通裂缝。 根据业主的要求 ， 斜槽上部堆灰 预计会达 到 6 0 m 左右 。现 状斜槽存在较 大 的安全 隐 患。本文通过对斜槽式排水竖井内力及配筋的验算 ， 分析了裂缝的成因， 并提出了加固处理建议措施。 2斜槽式竖井计算模型 斜槽( 图 1 、 2 ) 单孔尺寸为 1 2 5 0 m m~ 1 6 0 0 m m， 边墙和底板厚 度均 为 6 0 0 mm， 采 用C 2 5钢筋混凝 土浇筑。斜槽设计底 面高程在 5 0 9 ． 8 6 8 ～ 5 6 4 ． 0 0 0 m 之间 ， 依地势走 向， 斜槽坡度为 5 ． 0 O 。 一 2 3 ． 8 3 。 之间。 ⑦ 图 1 斜槽式竖井平面布置示意 图 2 斜槽横截面示意 斜槽式排水竖井内力及配筋的验算是采用大型 有限元计算软件 AB A Q U S进行的。 整体坐标系采用 笛卡尔坐标系， 坐标原点( O ， O ， 0 ) 设在⑩伸缩缝处斜 槽底板下边 的中点处 ， 轴水平向右为正 ， y轴铅直 向上为正 ， z轴指 向斜槽内部 ， 模型见 图 3 。 图 3 坐标 系示意 l 2号沉降缝处 实体模型 ：整体模型均采用 8 结点三维实体单 元划分网格 ：斜槽之间的沉降缝和斜槽与盖板的连 接采用接触模型 ， 该接触模型为库仑摩擦 ， 法向抗压 刚度无限大 ， 即界面受压后一起协调变形 ， 法向抗拉 刚度为零 ， 而界面受拉会脱开。 当切 向剪切应力达到 由正压力通过摩擦系数确定的摩擦力或者达到极限 收稿 日期 ： 2 0 1 2 — 0 4 — 2 6 作者简介 ： 程睿( 1 9 8 1 一 ) ， 女 ， 新疆乌鲁木齐人， 工程师， 主要从事水利水电工程设计。 43 2 0 1 2年第 5 期 甘肃 水利水 电技术 第 4 8卷 侧摩阻力时， 界面可以相对滑动。其 中， 摩擦系数取 为恒定值 1 ． 0 ；斜槽侧壁与灰之 间和斜槽底板与粉 质黏土地基之间采用接触模型 。 摩擦系数取值 0 ． 5 ； 底板与齿槽之间、 盖板与上部的灰之间采用绑定模 型 。 材料本构模型 ： 根据原设计资料 中提供的数据 ． 斜槽 、 盖板和齿槽材料为 C 2 5混凝土 ， 采用线弹性 本构模型 ， 不考虑其开裂和塑性。上部堆灰层 的弹 性性质部分采用线弹性模型． 塑性部分采用 D— P屈 服准则并结合关联流动法则模拟 ， 不考虑硬化影响 ， 作 为理 想 弹塑性 材料 处理 。地 基上 层 1 ． 8 m 深为 粉 质黏土地基 ， 下部为较硬的灰岩 ， 采用线弹性本构关 系。 3 验算条件 3 ． 1 基本 资料 模型中各材料计算参数见表 1 。 3 ． 2荷载 表 1 材料计算参数 面目 重度 黏聚力 c 摩擦角 膨胀角 弹性模 E泊松比 ／ ( k N ／ m 3 ) ／ k P a ) ／ ( o ) ／ M P a 灰 1 4 ．O 3 1 5 l 5 8 ．0 0 0 ． 3 0 0 黏土地基 1 7 ． 9 2 0 ． 9 2 0 ． 2 0 0 灰岩地基 2 7 ． 5 6 0 0 ．0 0 0 ． 2 0 0 混凝土 2 4 ． 0 2 8 0 0 0 ．0 0 0 ． 1 6 7 4验算结果分析 4 ． 1 现状缺 陷分布 现状⑩～ ⑩段斜槽段左侧边墙处裂缝分布最为 集中，且开裂宽度较大。明显裂缝主要有 9条垂直 于轴线的裂缝 ( 图 4 ) 。裂缝分布主要集 中于本段斜 槽的中部 ， 其中有 2 条产生于侧墙上部 ． 长度分别为 1 ． 2 m、 0 ． 9 m， 宽度分别为 0 ． 2 mm、 0 ． 3 m m； 另外 7条 裂缝位于侧墙下部 ， 其中有 2条与底板裂缝贯通． 裂 缝宽度上小下大 ，裂缝长度分别为 1 ． 4 5 m、 1 ． 3 0 m， 裂缝最大宽度分别为 4 ． 0 m m、 3 ． 5 m m，其余 5条位 于侧墙下部的裂缝大部分已贯穿侧墙 。裂缝长度在 计算 中考虑的荷 载有结构 自重 、 上部灰荷载 。0 ． 8 0 ～ 1 ． 3 5 m， 裂缝宽度 0 ． 6 ～ 2 ． 0 mm。 j ． 4 一 —● e O． 6 一 ＼ l1 号 伸 缩 缝 8 8 皇 l_5 曼 叠 ／ 同 I H 一 1 6 4 ． 0 1 5 8 ．7 1 5 7． 9 1 5 7 ． 3 1 5 7 1 1 5 ． 7 1 5 5．0 1 5 3．0 1 51 ． 0 位置 l 5 8 _ 3 1 5 7 2 图4 左侧边墙墙裂缝分布图 4 ． 2应 力结果 ( 1 ) 斜槽轴向正应力结果为： ⑩、 ⑩段斜槽中间 部轴向正应力表现为下部受拉 ， 上部受压 ， 斜槽两端 为下部受压 ， 上部受拉 ； ⑨段斜槽 中间段均受压 ， 压 应力 下 部小 ， 上部 大 ， 两 端处 表现 为 下部受 压 ， 上 部 受拉 。从应力值的大小可以看出， 随着上部荷载的 减小， ⑩、 ⑩段底板中间部位的拉应力也逐渐减小 ． 在⑧一 ⑨段底板中间部位已变成受压。 ( 2 ) 斜槽垂 向应力结果为：由以上应力分布可 以看出： ⑨、 ⑩、 ⑨段斜槽垂向应力均表现外侧受拉， 内侧受压 ， 斜槽外侧拉应力下大上小。斜槽外侧拉 应力主要 由侧 向土压力引起 ． 随着斜槽上部填灰 的 减小 ， 斜槽外侧拉应力减小。 4 ． 3内力及配筋验算 鉴于⑩～ ⑩段为主要裂缝出现段 ，对⑩～ ⑨截 面内力进行积 分 ， 得到各段轴向内力 ， 通过配筋验 算 ， 结果见表 2 。轴力以受拉为正 ， 弯矩以构件上侧 44 受拉为正 。 表 2 材料验算参数 ／ m、 rl l n l 第 5期 程睿 ： 某斜槽式排水竖井裂缝成因分析 第 4 8 卷 4 ． 4裂缝成 因分 析 ⑩～ ⑨段斜槽是裂缝分布较多的部位，裂缝主 要集 中在本段 中间位置的下部 。 并有贯通底板 的裂 缝存在 。通过验算 ， 对裂缝的成 因大体主要可归纳 为 ： 斜槽整体为一置于弹性地基上的箱型梁， 并在斜 槽端部设置齿槽 。 齿槽需深入基岩 0 ． 3 m以上。 验算 段斜槽地基为含有块石的粉质黏土 ， 块石为灰岩， 斜 槽 中部基础落于较软 的粉质黏土地基上 ， 在上部埋 灰产生的竖向荷载作用下易于变形 ， 但其端部齿槽 座于 相对 较硬 的基 岩上 ， 限 制变 形 的开 展 ， 因此 ， 斜 槽 中部产生较大的整体弯曲拉应力 。 使 得底板 出现 较大的裂缝 。 并进一步向边墙开展 。底板产生较大 裂缝后 ， 底板应力得到释放 ， 经过应力调整后 ， 底板 裂缝的开展可以得到有效控制 ． 拉应力进一步 向上 部开展 ， 使得边墙 出现裂缝 ， 并表现为下宽上窄。 5 加 固处理 建议 措施 在现场检测 中， 发现斜槽 内部钙化程度高 ， 边墙 及底板出现明显贯通裂缝 ， 其他部位有涌水现象。为 保证斜槽长期、 安全使用， 提出加固处理建议措施为 ： ( 1 ) 对裂缝进行灌浆或密封处理 ，以免构件受 力钢筋发生锈蚀 。对宽度不大于 0 ． 1 5 mm的裂缝采 用密封胶密封．对宽度大于 0 ． 1 5 m m的裂缝进行化 学灌浆处理。 ( 2 ) 对斜槽及盖板露筋及混凝土脱落等缺陷处 用环氧砂浆或无机黏结修补材料进行修补 ， 以免引 起构件钢筋发生锈蚀 ．修补前应对外露钢筋进行除 锈防锈处理。 ( 3 ) 斜槽 内壁处于潮湿状 态 ， 且有 些部位有线 状流水 ， 以检测结果和验算结果为依据 ， 考虑施工条 件的限制 。建议对侧壁和底板采用包钢板方案进行 加固处理。具体做法是 ： 用 6 ～ 8 mm厚钢板满包斜槽 侧壁和底板 ， 自锁锚杆锚固， 钢板与混凝土壁之间灌 注无机黏结灌浆材料 。 钢板外表面挂钢板网， 钢板网 与钢板进行点焊 。 外抹防水水泥砂浆 1 5 ～ 2 0 mm。 ( 4 ) 应对斜槽进行定期检查 ，重点关注在侧墙 及底板处是否有涌水等现象裂缝 出现 ，并关注裂缝 是 否在继 续发 展 。 6结论 通过对某斜槽式排水竖井 内力及配筋的验算 ， 分析其结构承载力 ，并对 已建工程中裂缝成因进行 了分析 ， 为后期加固设计提供比较合理的设计依据 ， 并提出相应的加固处理建议措施。 ( 上接 第 1 9页) 地下水发育 ， 呈渗滴水一 线状流水 ； 围岩稳性差 ， 局部有小规模的塌方。采用的是保 留 核心土拱顶弧形开挖方式。 ( 3 ) K1 5 + 1 4 4观察 ， 围岩虽然节理劈理发育 ， 自 身稳定仍然较差 ， 但是掌子面地下水不发育 ， 只在右 部边角处有一点渗水 。采用的是保留中部少量核心 土 开挖 。 由上可以看出掌子面实际开挖结果与预报结果 基本相符 ， 验证了地质雷达在超前地质预报中的实 用性 5结语 探地雷达用于公路隧道施工中预报掌子面前方 不 良地质情况 ， 可较快地做出判断 ， 有利于指导工程 施工 ，提高了短期地质超前预报的工作水平。本工 作组对杜家山隧道进行探地雷达超前预报的结果与 实际开挖情况基本一致 。是探地雷达在隧道施工 中 地质超前预报的又一成功实践 。 参考文献 ： [ 1 ]闰东． 隧道塌方分析及其整治[ J ] ． 铁道建筑 ， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 1 ) ： 3 5 — 3 6 ． ( 上接第 3 6页 ) 光面膜的干燥。一幅焊接完毕后再 对下一幅进行焊接 ， 可以减少复合土工膜上 的褶皱。 ( 9 )应根据焊接时的天气 、 温度 、 季节等 ， 适时 调节热熔焊接爬行机的焊接温度和行走速度 ， 以保 证焊接质量 。当外界空气湿度过大、 大风天气、 气温 过低时应停止施工。 ( 1 0 ) 加强成品保护 ， 严禁现场吸烟或使用打火 机 、 火柴 、 化学溶剂或类似的东西 ； 作业现场不得穿 硬底鞋作业 ， 鞋上不得有铁钉、 铁掌之类能损害土工 膜的东西。 水土保持 珍爱家国 4 5