印度某項目電除塵器獨立基礎(chǔ)穩(wěn)定性探討

劉天英，張之川，徐 浩

(東北電力設(shè)計院有限公司，吉林 長春 130021)

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印度某項目電除塵器獨立基礎(chǔ)穩(wěn)定性探討

劉天英，張之川，徐 浩

(東北電力設(shè)計院有限公司，吉林 長春 130021)

摘要：印度某項目的電除塵器基礎(chǔ)為獨立式階梯形基礎(chǔ)，按照中國《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002設(shè)計，由印度當(dāng)?shù)貥I(yè)主工程師進(jìn)行審查。針對業(yè)主工程師提出的電除塵器基礎(chǔ)滑移穩(wěn)定性不滿足印度標(biāo)準(zhǔn)的問題，按照中印兩國標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行電除塵器基礎(chǔ)在風(fēng)荷載及地震工況下的滑移穩(wěn)定性計算，并引入美國標(biāo)準(zhǔn)中抗滑移公式進(jìn)行驗證。經(jīng)過對比分析，按中國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的電除塵器基礎(chǔ)滑移穩(wěn)定性完全可以滿足印度標(biāo)準(zhǔn)要求。最終印方業(yè)主工程師接受中方設(shè)計的基礎(chǔ)，確認(rèn)過程可供印度或其他國家的類似項目參考。

關(guān)鍵詞：電除塵器；獨立基礎(chǔ)；滑移；穩(wěn)定性。

印度某項目的電除塵器基礎(chǔ)按照中國《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007－2002設(shè)計,采用常規(guī)的獨立式階梯形基礎(chǔ)。設(shè)計完畢后，提交印度當(dāng)?shù)貥I(yè)主工程師進(jìn)行審查。在審查過程中，業(yè)主工程師認(rèn)為所有的電除塵器基礎(chǔ)均存在問題，那就是滑移穩(wěn)定性不滿足印度規(guī)范的要求。對于獨立基礎(chǔ)的滑移穩(wěn)定性計算，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》并沒有明確的條款。設(shè)計時也沒有特意進(jìn)行抗滑移驗算，根據(jù)工程經(jīng)驗，電除塵基礎(chǔ)一般不需要進(jìn)行滑移穩(wěn)定性驗算，都能滿足要求。為了加速電除塵器基礎(chǔ)的圖紙確認(rèn)進(jìn)度，明確按中國規(guī)范設(shè)計的基礎(chǔ)是滿足要求的，分別按中印兩國規(guī)范對基礎(chǔ)的滑移穩(wěn)定性進(jìn)行了計算分析，并引入美國抗滑移計算公式進(jìn)行驗證。

1 工程概況

印度某電廠項目采用EPC模式，由中國公司總承包，按中國規(guī)范設(shè)計，由印方當(dāng)?shù)貥I(yè)主工程師進(jìn)行審查?？紤]到成本等問題，勘測部分工作由印度當(dāng)?shù)乜睖y公司執(zhí)行，并完成英文版勘測報告。為便于使用，印方完成的勘測報告由中國勘測公司按照中國規(guī)范進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

電除塵器設(shè)備是中國公司生產(chǎn)并供貨，基礎(chǔ)設(shè)計的荷載數(shù)據(jù)由廠家提供。電除塵器支架采用鋼結(jié)構(gòu)，局部設(shè)有支撐?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土階梯式基礎(chǔ)，電除塵器支架的鋼柱與基礎(chǔ)交界為零米地面。電除塵器支架鋼柱與鋼筋混凝土基礎(chǔ)采用地腳螺栓連接，模型簡化為鉸接，見圖1。電除塵器基礎(chǔ)作用在殘積土層，中方轉(zhuǎn)化的勘測報告為Ⅱ?qū)樱瑢?yīng)的印度勘測報告為I層。相應(yīng)的描述為：黃褐色～灰黃色，硬塑～堅硬，混多量礫砂及少量碎石。層頂高程262.31 ～272.50 m。一般厚度為0.30 ～12.50 m。該層土在廠址內(nèi)連續(xù)分布?；A(chǔ)底標(biāo)高采用絕對標(biāo)高－4.00 m，可以達(dá)到該層。該層土主要參數(shù)見表1。

表1　中印勘測報告地基參數(shù)對比

從表1數(shù)據(jù)可以看出，關(guān)于內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的數(shù)值差距較大，與勘測工程師溝通，雖然中方報告是基于印度勘測公司完成的報告，但對于這兩個數(shù)據(jù)中方持有異議，在溝通未果的情況下，中方根據(jù)自已的經(jīng)驗，對這兩個數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)整。但印度的業(yè)主工程師認(rèn)可印度勘測公司完成的報告，他們基于印度勘測報告中的數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)抗滑移驗算。

圖1　鋼柱柱腳示意圖

取其中一個基礎(chǔ)進(jìn)行抗滑移驗算，底面積為3.7 m×3.7 m，基礎(chǔ)底標(biāo)高為－4.0 m。底面積根據(jù)承載力要求確定，其平面及剖面圖見圖2。電除塵器鋼柱柱腳內(nèi)力數(shù)據(jù)由除塵器廠家提供，現(xiàn)取作用在該基礎(chǔ)上不同工況柱腳內(nèi)力，見表2，力的作用點位于基礎(chǔ)短柱的頂面。

表2　荷載數(shù)據(jù)

圖2　基礎(chǔ)的平面圖及剖面圖

2 中國標(biāo)準(zhǔn)抗滑移

關(guān)于獨立基礎(chǔ)的抗滑移，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中并沒有明確要求，主要參考其中關(guān)于擋土墻部分的內(nèi)容?？够朴嬎銓⒖够频牧彤a(chǎn)生滑移的力進(jìn)行比較，滿足安全系數(shù)的要求就可以，規(guī)范中取安全系數(shù)為1.3?？够频牧χ饕蓛刹糠至M成，一部分為基礎(chǔ)與地基之間的摩擦力，另一部分為基礎(chǔ)前面的被動土壓力?？紤]到回填質(zhì)量不能保證等因素，沒有考慮被動土壓力，把其作為安全儲備。所以用于抵抗滑移力的，只有基礎(chǔ)與地基之間的摩擦力。參考表3中數(shù)值，取混凝土基礎(chǔ)與地基間的摩擦系數(shù)μ=0.45。

表3　土對擋土墻基底的摩擦系數(shù)μ

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》3.0.4條3款計算擋土墻、地基或滑坡穩(wěn)定以及基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定時，作用效應(yīng)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下作用的基本組合，但其分項系數(shù)取1。按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》表5.6.4，對于超過60 m的高層建筑，風(fēng)與地震才同時考慮。本項目電除塵器的總高度不到40 m，風(fēng)與地震不同時考慮。另外與電除塵器廠家技術(shù)人員溝通，在進(jìn)行地震水平荷載計算時，灰斗積灰荷載與檢修活荷載均計入重力荷載，未進(jìn)行折減。參考上述內(nèi)容，滑移力的計算取如下內(nèi)力組合：

恒＋活；

恒＋0.85(活＋風(fēng))；

恒＋風(fēng)；

恒＋活＋地震。

經(jīng)過計算，具體數(shù)值見表4，計算過程略。

表4　電除塵器柱腳內(nèi)力

經(jīng)過篩選，作用在基礎(chǔ)短柱頂面的最不利內(nèi)力組合為恒＋活－X向地震，相應(yīng)的內(nèi)力：軸力N＝1098 kN，水平力V＝153 kN，也就是滑移力為153 kN。

如果考慮基礎(chǔ)和土的自重Wz，基礎(chǔ)和土的加權(quán)容重采用18 kN/m3，抗滑移的力：

則抗滑移系數(shù)F/V＝937.35/153＝6.1＞1.3，抗滑移遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。

3 印度標(biāo)準(zhǔn)抗滑移

印方業(yè)主工程師根據(jù)印度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗滑移計算，同樣將抗滑移的力和產(chǎn)生滑移的力進(jìn)行比較，滿足安全系數(shù)的要求就可以。關(guān)于抗滑移系數(shù)，印度規(guī)范中這樣要求：當(dāng)恒載、活載、土壓力、水壓力和上拔力與風(fēng)或地震力同時考慮，抗滑移系數(shù)不小于1.5；當(dāng)只有恒載、活載、土壓力、水壓力和上拔力參與組合，抗滑移系數(shù)不小于1.75。為了計算滑移力，根據(jù)電除塵器廠家提供資料，印度業(yè)主工程師取以下幾種組合進(jìn)行柱腳內(nèi)力計算：

恒+活；

恒+活+風(fēng)；

恒+風(fēng)；

恒+活+地震；

0.9恒+地震。

經(jīng)過計算，具體數(shù)值見表5，計算過程略。

表5　電除塵器柱腳內(nèi)力

經(jīng)過篩選，作用在基礎(chǔ)短柱頂面的最不利內(nèi)力組合為0.9恒－X向地震，相應(yīng)的內(nèi)力：軸力N＝－373 kN，水平力為V＝－153 kN，也就是滑移力為153 kN。

關(guān)于摩擦系數(shù)的取值，印度業(yè)主工程師在印度的規(guī)范上沒有找到明確的條款，而是根據(jù)太沙基《工程實踐中的土力學(xué)》一書中基底摩擦力等于基底法向壓向乘以土與基底間摩擦角的正切值。土與基底間摩擦角φ'＝0.8φ＝6.4°，φ為土的內(nèi)摩擦角。

如果考慮基礎(chǔ)和土的自重Wz，基礎(chǔ)和土的加權(quán)容重采用18 kN/m3，抗滑移的力：

則抗滑移系數(shù)F/V＝68.7/153＝0.45＜1.5，抗滑移不滿足要求。

印度業(yè)主工程師認(rèn)為不但這個基礎(chǔ)，整個電除塵器所有的柱下基礎(chǔ)都不滿足抗滑移要求，中方的設(shè)計問題是非常嚴(yán)重的，要求重新進(jìn)行設(shè)計。

4 印標(biāo)抗滑移探討

針對業(yè)主工程師提出的問題，經(jīng)過與中方計算對比分析，認(rèn)為印方計算存在以下兩個主要問題。一是關(guān)于荷載組合，與中方相比，組合多出一組0.9恒＋地震。根據(jù)與電除塵器廠家技術(shù)人員的溝通，計算地震產(chǎn)生水平力的時候，灰斗積灰荷載與檢修活荷載均都計入重力荷載，也沒有進(jìn)行折減。那么也就是說地震水平荷載是由恒載、灰斗積灰荷載和檢修活荷載共同作為重力荷載產(chǎn)生的。對于印方業(yè)主工程師采用的荷載組合，0.9恒+地震，對于基礎(chǔ)抗滑來講，只考慮因灰斗積灰荷載和檢修活荷載產(chǎn)生的地震水平力的不利作用，而沒有考慮因灰斗積灰荷載和檢修活荷載產(chǎn)生的豎向重力荷載的有利作用，這不符合邏輯。也就是說如果采用這組組合，相應(yīng)的地震水平力應(yīng)僅由恒載作為重力荷載產(chǎn)生，地震水平力會大大減小。也就是說，采用0.9恒+地震這組組合是不符合實際情況的。二是關(guān)于摩擦系數(shù)的取值問題，經(jīng)查太沙基《工程實踐中的土力學(xué)》一書，對于基底與一個透水性較強的土如干凈或粉砂間的摩擦系數(shù)等于基底有效法向壓力乘以土與基底摩擦角的正切值。也就是說本條針對無粘性土，對于存在內(nèi)聚力的粘性土來說，本條是不完全適用。

提出上述問題后，并未得印度業(yè)主工程師的認(rèn)可，他們?nèi)匀粓猿肿约旱挠^點，中方設(shè)計人員只好再查找印方能夠認(rèn)可的證據(jù)。從殘積土的參數(shù)來看提供了內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，基底摩擦力也就是抗滑力應(yīng)該由兩部分組成。根據(jù)美國Joseph E.Bowls《基礎(chǔ)分析與設(shè)計(第5版)》一書，對于擋土墻，基底摩擦力也就是抗滑力

式中：R為地基反力( kN)；δ為基礎(chǔ)底板與土之間摩擦角，可取土的內(nèi)摩角φ；B為單位寬度(m)；c′為基底與土的粘結(jié)力(kPa)，通常取土的內(nèi)聚力的0.6～0.8。

參考這個公式，對于獨立階梯式基礎(chǔ)，基底的摩擦力Fr＝Rtanδ＋0.6c′A，其中A為基礎(chǔ)底面積，其它符號意義與上式相同。按照印方業(yè)主工程師所用內(nèi)力組合進(jìn)行計算，R＝－373＋18×3.7×3.7×4＝612.7 kN，粘聚力c＝85 kPa，A＝3.7×3.7＝13.69 m2。

代入式中：

Fr＝612.7tan8＋0.6×85×13.69＝784.3 kN，

則抗滑移系數(shù)Fr/V＝784.3/153＝5.1>1.5，滿足要求。

根據(jù)計算結(jié)果，印方工程師認(rèn)可中方設(shè)計的電除塵器基礎(chǔ)是完全滿足要求的，最終通過確認(rèn)。由此可以看出，我國規(guī)范給出的摩擦系數(shù)值綜合考慮內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角兩方面的因素，給出一個統(tǒng)一的數(shù)值，使用方便。而美國標(biāo)準(zhǔn)采用的公式將兩個因素都體現(xiàn)在公式中，計算更加精確。印方工程師僅考慮一方面的因素是不合適的。

5 結(jié)語

本文討論了印度實際項目確認(rèn)過程中發(fā)生的問題，對電除塵器獨立基礎(chǔ)的抗滑移計算進(jìn)行了對比分析，說明按我國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計是完全能滿足印度標(biāo)準(zhǔn)要求的。對于國際項目，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員不能因為業(yè)主工程師認(rèn)為不滿足某個國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，就簡單修改自己的設(shè)計，造成進(jìn)度延誤、投資增加。而應(yīng)該查閱了大量的資料，據(jù)理力爭。另外中方設(shè)備廠家提供的荷載資料需要細(xì)化，與設(shè)計院、總承包商共同推動國際項目的進(jìn)展。

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Discussion on Stability of Isolated Foundation of Electrostatic Precipitator in an Indian Project

LIU Tian-ying, ZHANG Zhi-chuan, XYU Hao
(North-east Electric Power Design Institute Company Ltd., Changchun 130021, China)

Abstract:The foundations of electrostatic precipitator in one Indian project is single step spread foundation, they are designed according to GB 50007-2002 of China, and submitted to India local consultant engineers for approval. Aim at the problem questioned by consultant engineers that sliding stability of electrostatic precipitator foundations don’t meet the requirement of Indian code, the sliding stability is checked under wind working case and seismic working case with Chinese code and Indian code respectively, and the formula of American code is also quoted to testify. Based on comparison and analysis, the foundations which are designed as per Chinese code can fulfill the requirement of India code. Finally Indian consultant engineers accept and approve the foundations designed by Chinese engineer, the approved procedure can be used for reference in other projects of India and other countries.

Key words:electrostatic precipitator; single spread foundation; slide; stability.

作者簡介：劉天英(1975- )，男，吉林長春人，高級工程師，從事火力發(fā)電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計。

* 收稿日期：2015-01-05

中圖分類號：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-9913(2015)06-0039-04