談某熱電廠3號冷卻塔的加固分析與設(shè)計(jì)

高 小 龍

(廣州市力拓土石方工程有限公司，廣東 廣州 510620)

談某熱電廠3號冷卻塔的加固分析與設(shè)計(jì)

高 小 龍

(廣州市力拓土石方工程有限公司，廣東 廣州 510620)

介紹了某熱電廠3號冷卻塔的工程概況，通過檢測鑒定該冷卻塔的主體結(jié)構(gòu)，從底板空隙充填設(shè)計(jì)、底板加固、抗浮設(shè)計(jì)、柱加固等方面，提出了該冷卻塔的加固設(shè)計(jì)方案，保證了冷卻塔的安全運(yùn)行。

熱電廠，冷卻塔，加固方案，底板

1 工程概況

某熱電廠3號冷卻塔始建于1989年，1990年12月竣工投入使用至今。3號冷卻塔塔高70 m，主塔基礎(chǔ)寬4 m，基礎(chǔ)中心半徑28.287 m，中央水塔(中央豎井)半徑2.5 m，基礎(chǔ)持力層為頁巖(強(qiáng)風(fēng)化)，其容許承載力為30×104Pa，基礎(chǔ)墊層采用C10混凝土，厚度為100 mm(超挖部分超過300 mm深采用毛石混凝土墊層)，鋼筋混凝土底板厚度250 mm(下層φ10@100，上層φ8@200)，底板上預(yù)制混凝土支柱120根，混凝土強(qiáng)度C30,基礎(chǔ)寬度1 500 mm×1 500 mm,高度350 mm，混凝土強(qiáng)度C20,預(yù)制混凝土主梁250 mm×500 mm，預(yù)制混凝土網(wǎng)格板支承梁150 mm×300 mm，混凝土強(qiáng)度C30，鋼筋混凝土底板伸縮縫每90 ℃一條，即徑向4條，圓周向沉降縫2條，所有縫上寬25 mm，下寬20 mm，采用聚氯乙烯油膏密封。

現(xiàn)今3號冷卻塔檢修發(fā)現(xiàn)：塔內(nèi)部分支柱傾斜、斷裂、混凝土底板破損，個別網(wǎng)格板支承梁破損，塔內(nèi)混凝土底板出現(xiàn)裂縫，主塔環(huán)墻內(nèi)壁存在輕微裂縫。

2 檢測與鑒定結(jié)果

2012年8月底，專業(yè)技術(shù)人員對該熱電廠3號冷卻塔主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全鑒定。

1)基礎(chǔ)持力層勘察。

地基承載力特征值滿足300 kPa，未見軟化巖層。

2)地下水水質(zhì)分析。

場地內(nèi)地下水對建筑物基礎(chǔ)部分的混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕等級為微級，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕等級為微級。

3)主塔、中央水塔(中央豎井)、混凝土底板基礎(chǔ)沉降觀測。

依據(jù)該水塔竣工驗(yàn)收資料，根據(jù)主塔抗浮驗(yàn)算該工程主塔地基變形值小于國家規(guī)范的允許值，未發(fā)生較大沉降，可以正常使用；主塔基礎(chǔ)基本未發(fā)生傾斜；中央水塔(中央豎井)也沒有較大變形。

4)主塔內(nèi)支柱裂縫位置、深度、寬度、鋼筋銹蝕檢測。

本次檢測支柱總數(shù)為120根，所有支柱吊環(huán)鋼筋均出現(xiàn)不同程度銹蝕。僅就支柱混凝土本身而言，未見明顯裂縫和鋼筋銹蝕的支柱共52根，占支柱總數(shù)的43.33%，有裂縫和鋼筋銹蝕的支柱共68根，占支柱總數(shù)的56.67%。

5)混凝土強(qiáng)度檢測。

a.主塔斜支柱混凝土回彈檢測。結(jié)論：主塔斜支柱混凝土現(xiàn)齡期強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。b.主塔環(huán)墻混凝土回彈檢測。結(jié)論：塔底蓄水池壁混凝土現(xiàn)齡期強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。c.中央水塔(中央豎井)混凝土回彈檢測。結(jié)論：中央水塔(中央豎井)混凝土現(xiàn)齡期強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。d.自然通風(fēng)冷卻塔淋水裝置底板、墊層混凝土鉆芯取樣檢測。結(jié)論：自然通風(fēng)冷卻塔淋水裝置底板、墊層混凝土現(xiàn)齡期強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。e.自然通風(fēng)冷卻塔淋水裝置支柱回彈檢測。結(jié)論：自然通風(fēng)冷卻塔淋水裝置支柱混凝土現(xiàn)齡期強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。f.支柱梁混凝土回彈檢測。結(jié)論：支柱梁混凝土現(xiàn)齡期強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。g.支柱基礎(chǔ)混凝土回彈檢測。結(jié)論：支柱基礎(chǔ)混凝土現(xiàn)齡期強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

6)混凝土底板地下水檢測。

地下水水質(zhì)分析，其化學(xué)成分與冷卻塔循環(huán)水成分相同；水柱高頭為1.7 m～2.0 m(以底板頂為基準(zhǔn)面)。

7)主塔環(huán)墻內(nèi)壁裂縫檢測。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)塔底蓄水池壁有部分輕微裂縫，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)裂縫長度、寬度及深度均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，其形成系主體斜支柱壓應(yīng)力擴(kuò)散不均、溫度應(yīng)力作用所致。

3 加固方案的分析與設(shè)計(jì)

3.1 鑒定結(jié)果分析

1)3號冷卻塔主塔、中央水塔(中央豎井)。

a.經(jīng)實(shí)測塔身混凝土強(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)要求。b.塔身無傾斜現(xiàn)象，塔座基礎(chǔ)沉降均勻，沉降量在規(guī)范允許范圍內(nèi)。c.塔底蓄水池壁存在微小豎向裂縫系主體斜支柱壓應(yīng)力擴(kuò)散不均和溫度應(yīng)力作用所致，經(jīng)修復(fù)可以正常使用，不影響結(jié)構(gòu)安全。

2)3號冷卻塔內(nèi)部淋水裝置梁、柱、基礎(chǔ)底板。

a.梁、柱、基礎(chǔ)底板、混凝土強(qiáng)度經(jīng)實(shí)測滿足原設(shè)計(jì)要求。b.基礎(chǔ)底板在下部承壓水作用下處于懸浮狀態(tài)，經(jīng)實(shí)測底板下懸浮高度130 mm～180 mm，受主塔和中央水塔(中央豎井)四周約束，致使底板上柱墩不同程度傾斜，基礎(chǔ)底板多處出現(xiàn)環(huán)狀貫通裂縫，基本失去蓄水能力，需加固處理。c.淋水裝置結(jié)構(gòu)支柱，由于下部基礎(chǔ)傾斜，再受上部梁約束，其中68根柱根部出現(xiàn)不同程度的裂縫(斷裂)，使柱承載能力下降，個別支柱甚至喪失承載能力，必須進(jìn)行加固處理。d.個別梁頭、柱頭節(jié)點(diǎn)部位破損嚴(yán)重，需進(jìn)行修復(fù)。

3.2 加固方案分析

1)重新設(shè)立觀測點(diǎn)，對主塔和中央水塔(中央豎井)進(jìn)行定期沉降和傾斜觀測；

2)采取措施阻止3號冷卻塔周邊水進(jìn)入塔內(nèi)；

3)混凝土底板和支柱加固施工降水前，應(yīng)對主梁、網(wǎng)格板支承梁進(jìn)行支護(hù)，防止下沉塌落；

4)對基礎(chǔ)底板加固或?qū)鋮s塔周邊進(jìn)行帷幕注漿止水，從而恢復(fù)蓄水能力；

5)淋水裝置結(jié)構(gòu)支柱、主梁、網(wǎng)格板支承梁受損部位修復(fù)，確保其恢復(fù)支承能力。

3.3 加固方案設(shè)計(jì)

1)底板空隙充填設(shè)計(jì)。

在基礎(chǔ)底板上打孔，網(wǎng)狀2.0 m×2.0 m,孔徑為42，孔深為250 mm,在孔內(nèi)注入水泥漿，排除承壓水，在孔內(nèi)植入φ14鋼筋。

2)底板加固與抗浮設(shè)計(jì)。

a.基礎(chǔ)底板加厚混凝土。

計(jì)算公式如下：

G底板=S底板d底板γ混凝土，F(xiàn)浮=Hγ水S底板。

式中：G支柱——淋水裝置結(jié)構(gòu)支柱重量； γ混凝土——混凝土容重，取24kN/m3； V底座——支柱底座體積,取1.8m3； V上部——支柱上部體積，取0.7m3； S底板——基礎(chǔ)底板面積； R底板——基礎(chǔ)底板半徑，取28.297m； R豎井——中央豎井半徑，取2.5m； G底板——基礎(chǔ)底板重量； F浮——地下水的浮力； H——水柱高度，分別取1.7m，2.0m； γ水——水的容重，10kN/m3； D底板——新加混凝土厚度； K——安全系數(shù)，取1.5。

經(jīng)計(jì)算得，H=1.7時(shí)，所需新加混凝土厚度D底板=0.507 m,取0.5 m；H=2.0時(shí)，所需新加混凝土厚度D底板=0.694 m,取0.7 m。

b.基礎(chǔ)底板加厚200 mm混凝土，并加以錨桿加固，錨桿采用70 kN抗拔拉力，孔徑90 mm，φ28鋼筋，進(jìn)入基巖(頁巖、強(qiáng)風(fēng)化混合巖)4 m，孔深7 m。

計(jì)算公式如下：

G底板200=0.2S底板γ混凝土。

式中：Na——錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值，取70kN； M——錨桿個數(shù)。

經(jīng)計(jì)算得，H=1.7時(shí)，所需錨桿個數(shù)M=189.8,取190；H=2.0時(shí)，所需錨桿個數(shù)M=337.3,取338。

c.基礎(chǔ)底板加厚200 mm混凝土，并在3號冷卻塔外圍進(jìn)行帷幕注漿。

計(jì)算公式如下：

G底板200=0.2S底板γ混凝土。

i=(Kh1-h2)δ/L。

式中：i——允許水力坡降,取0.2～0.4； h1——增加200厚的混凝土之后的水頭高度； h2——帷幕注漿之后所要達(dá)到的水頭高度，取0； L——帷幕厚度; δ——帷幕水頭承擔(dān)系數(shù)，取0.5。

經(jīng)計(jì)算得，H=1.7，i=0.2時(shí)，帷幕厚度L=1.05,取1.1；H=2.0，i=0.4時(shí)，帷幕厚度L=1.18,取1.2。

內(nèi)層注漿孔間距1.2 m,外層注漿孔間距1.239 m，注漿孔孔徑600 mm(根據(jù)勘察資料，3號冷卻塔場地透水層由粗顆粒組成，不存在發(fā)生管涌現(xiàn)象的條件，所以允許水力坡度大于規(guī)范所規(guī)定0.2～0.4的范圍，安全起見下，工時(shí)所用數(shù)值都在規(guī)范取值范圍之內(nèi))。

3)柱加固設(shè)計(jì)。

a.對于鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土膨脹脫落的支柱先對脫落的地方進(jìn)行砂漿砌筑，再用角鋼包裹處理。b.對于有裂縫的支柱用環(huán)氧樹脂粘結(jié)。

4 結(jié)語

經(jīng)過業(yè)主及相關(guān)專業(yè)人士對設(shè)計(jì)方案的審查，以及處于冷卻塔的安全考慮，盡快的保證冷卻塔正常運(yùn)行，業(yè)主最終選定了加厚底板70 cm厚C30混凝土進(jìn)行了施工，對于受損的支柱也進(jìn)行了有效處理。實(shí)踐證明，按照方案施工后的冷卻塔恢復(fù)了正常使用，消除了安全隱患，至今沒有安全問題，該設(shè)計(jì)方案可行。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50367—2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JGJ 123—2000，既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范[S].

[5] CECS 22∶90，土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

On consolidation analysis and design for No.3 cooling tower of some thermal power plant

Gao Xiaolong

(GuangzhouLituoEarthworkEngineeringCo.,Ltd,Guangzhou510620,China)

The paper introduces the engineering survey for the No.3 cooling tower of some thermal power plant, and points out the consolidation design scheme for the cooling tower from the bottom plate filling design, bottom plate consolidation, anti-floating design, and column consolidation, so as to ensure the safe operation of the cooling tower.

thermal power plant, cooling tower, consolidation scheme, bottom plate

1009-6825(2017)02-0095-02

2016-11-01

高小龍(1988- ),男，助理工程師

TU753.8

A