某选煤厂缓冲仓地基沉降分析

某选煤厂缓冲仓地基沉降分析

1联合行1.1桩体与储仓形式选择煤厂的缓冲区、储存区和中间的水池，并以东西方向的形式打开。缓冲区仓直径为15m钢混凝土筒体，高37m。基础为独立柱体，埋深3.2m。储存仓由3个直径21m仓组成,筒体高43m(中仓高46m),基础为桩径ϕ400mm、桩长19m的夯扩桩桩基。两仓之间为2×30m跨度的钢桁架栈桥,中间有钢筋砼框架支架。1.2栈桥上向放煤两仓之间栈桥跨下有60m宽的宽阔地带,业主为扩大地面煤炭储量从栈桥上向下放煤,放煤量最高处近40m,缓冲仓仓壁处有10m高左右。由于地面大面积长时间堆载,2000年6月初发现,两仓及之间栈桥分别发生如下变形特征和局部构件、节点的破损。1.2.1梁上有系裂裂支撑栈桥固定支座的牛腿梁(标高29.893m,截面300mm×600mm)被扭裂,梁上有3道45°裂纹,裂宽最大达10mm,梁端牛腿柱柱头劈裂,裂缝自上而下,宽度达20mm。栈桥北固定支座预埋板网筋1根弯曲5mm,南支座预埋20mm钢板3根钢筋(ϕ25mm)被拉断,支座竖向节点板变形为S型。1.2.2梁间破坏情况经观察除围护板及围护用角钢、槽钢因挤压变形外,钢栈桥主体未发现变形及破坏,而中间的钢筋砼支架发生了如下破坏情况:(1)变形缝处围护结构用的砖砌体被挤严重位移,墙体位移分别为东侧120～80mm,西侧70mm。(2)钢桁架与钢筋砼支架的L4-16梁挤靠在一起,原预留空隙变成零,梁L4-16侧向受挤,其侧向受弯面上出现3道竖向裂缝。(3)支架东则40.164m标高处牛腿梁上的滚动支座原预留滚动空隙已到最大限位。1.2.3上部输煤机无法正常工作(1)仓顶平台输煤机轨道凸起,预埋件被拔出移位,造成上部输煤机无法正常工作。(2)三仓之间变形缝处,地面钢筋砼板拱起,墙面、屋面节点隔板断裂。(3)安装门处门洞钢筋砼门柱被挤断,钢门轨道被拉变形。1.3工程的沉降根据矿地测科提供资料及后来多次实测结果,沉降及倾斜值见表1。2原因是分析2.1缓冲仓仓壁东北部堆高缓冲仓基础为圆形筏板基础,埋深3.2m,地基地耐力[R]=300kN。缓冲仓与储存仓间长时间堆煤,最高堆载近40m,缓冲仓仓壁西侧堆高也达10m。缓冲仓西侧场区长时间预压荷载100～400kN,必然引起场地受压沉降,缓冲仓虽然也有整体下沉,但因其西侧大面积堆载整体沉降,必然影响到缓冲仓产生西侧大于东侧的不均匀沉降,进而迫使仓体向西倾斜。表1中的数据已充分证明这一点。根据表1中的数据推算,该缓冲仓的倾斜率仍在规范允许的0.003范围内。2.2栈桥倾斜回采过程缓冲仓上牛腿梁柱开裂原因主要是场区不均匀堆载,缓冲仓向西倾斜,栈桥变成一支撑点,阻碍缓冲仓向西倾斜。缓冲仓在向西倾斜过程中给栈桥一挤压力,迫使栈桥向西运动,当栈桥滚动支座的滚轴滚完自由运行空间受阻后,栈桥给缓冲仓一反作用力,该力作用于栈桥并传递到缓冲仓上的固定支座,通过固定支座产生扭矩及水平推力,缓冲仓上的牛腿梁在扭矩作用下产生斜裂缝,支撑梁的短柱在扭矩作用下竖向开裂,支座下预埋件的锚筋在水平推力下也发生剪弯和剪断的现象。2.3围护墙体出现裂缝(1)墙体向支架内位移原因主要是缓冲仓向西倾斜产生的挤压力,通过栈桥上部结构传递给该部分的围护墙体,从而推动墙体西移。(2)L4-16出现3道竖向裂缝是由于栈桥滚动支座向西移动后支座钢板顶柱了L4-16,L4-16梁侧向承受集中荷载从而产生裂缝。此外,储存仓内产生的一系列破损现象的主要原因亦是仓体周围不均匀堆载,造成仓底地基不均匀沉降引起的。3栈桥预应力应力场及处理原则通过分析与观察,栈桥钢桁架受挤压内部尚存有较大的应力,为保证处理事故人员及建筑物安全,采取以下处理原则:先加固破坏节点和构件,再释放应力;先处理栈桥东段后处理西段;先处理加固主体后围护。3.1卸载仓及栈桥产生事故主要原因是地面过量堆载造成的,为防止堆载地面进一步沉降,事故处理前将地面堆载清运出场区。3.2栈桥支架加固(1)缓冲仓支座梁柱已破坏,采取外包梁柱替代原梁柱。在仓壁上植ϕ12@150～200钢筋,使原梁由600mm×300mm变成900mm×450mm,原柱由350mm×600mm变成750mm×900mm,加固后的梁柱与仓壁形成整体并将栈桥北侧支座也包在梁内。(2)缓冲仓南侧栈桥支座预埋件变形,锚筋开焊处用L125角钢自柱底向上引至栈桥支座钢板处,在柱上植筋并用树脂胶泥与原柱粘接,上部用角钢压在支座下钢板上并焊接,使支座与下柱成为一体替代原预埋件。(3)栈桥支架L4-16由于出现裂缝,在其内侧重新在KJZ上植筋灌注相同的梁。在L4-16一侧植ϕ12@200mm钢筋使新老梁成为一体,另一侧相应部位亦作相同处理,并在两新梁之间加2道钢支架,以传递应力释放时千斤顶支撑的水平力。3.3栈桥自由实践上部挤压因素消除目的是为消除栈桥应力、恢复栈桥自由伸缩做准备。在加固结束后,将栈桥与支架、仓体连接及挤压变酥的墙体、围护结构拆除,并凿开栈桥横梁与支架砼平台板之间的缝隙。3.4水平千斤顶法释放栈桥内应力,恢复滚动支座伸缩自由,采取方案为:每支座用2台水平方向和2台垂直方向千斤顶锁住支座;氧气割开滚轴下钢板焊缝并推进此钢板;水平千斤顶同步回缩渐渐释放应力;找正滚动支座。3.4.1水平千斤顶校核(1)从支座下预埋锚筋分析南北两支座下有5根直径25mm的锚筋未发现剪断。则其抗剪力为490×110×5=269.5(kN),布设水平千斤顶时按此内力考虑。每支座水平荷载力269.5/2=135(kN),选用2台150kN千斤顶满足要求。(2)栈桥经计算恒载加活载为1071.430kN,每支座负重268kN,每支座处竖向选用2台200kN千斤顶满足要求。3.4.2水平千斤顶预加垂直荷载在滚动支座滚轴上压板上焊接厚20mm、宽120mm、长420mm的钢横梁,后在支座两侧各安装1台150.0kN水平千斤顶,并与L4-16顶紧,水平千斤顶外侧各安装1台200.0kN竖向千斤顶,预加垂直荷载。3.4.3称重释放和振兴设备处理(1)滚轴位置的观察机具安装齐备后,先对水平方向千斤顶同步顶升2～3mm,观察滚轴是否移动,在顶升2～3mm后发现滚轴稍有变化。再同步顶升垂直方向千斤顶,每行程1～2mm,在顶升2个行程后发现滚轴有轻微变化。(2)压压测量先将4台垂直方向千斤顶同步顶升5mm,然后氧气焊割除滚轴下钢板与预埋板焊缝,随即用大锤,杠杆将滚轴向西移70～90mm,再同步下降4台垂直方向千斤顶。(3)栈桥内应力消失滚动支座恢复自由后,4台水平方向千斤顶同步收缩行程,此时栈桥内应力随前千斤顶的回缩而渐渐消失。经测量栈桥伸长约5mm,最后同步拆除水平方向千斤顶,此后再次顶升垂直千斤顶校正滚动支座,并将支座底板与预埋板焊牢。4栈桥的变形控制(1)工业广场区地面设计时未考虑大面积堆载因素,堆载时必须考虑堆载引起的地面沉降,防止地基变形引起邻近建筑物的变形破坏。(2)