印度某項目電除塵器獨立基礎穩定性探討

劉天英，張之川，徐 浩

(東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130021)

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印度某項目電除塵器獨立基礎穩定性探討

劉天英，張之川，徐 浩

(東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130021)

摘要：印度某項目的電除塵器基礎為獨立式階梯形基礎，按照中國《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002設計，由印度當地業主工程師進行審查。針對業主工程師提出的電除塵器基礎滑移穩定性不滿足印度標準的問題，按照中印兩國標準分別進行電除塵器基礎在風荷載及地震工況下的滑移穩定性計算，并引入美國標準中抗滑移公式進行驗證。經過對比分析，按中國標準設計的電除塵器基礎滑移穩定性完全可以滿足印度標準要求。最終印方業主工程師接受中方設計的基礎，確認過程可供印度或其他國家的類似項目參考。

關鍵詞：電除塵器；獨立基礎；滑移；穩定性。

印度某項目的電除塵器基礎按照中國《建筑地基基礎設計規范》GB50007－2002設計,采用常規的獨立式階梯形基礎。設計完畢后，提交印度當地業主工程師進行審查。在審查過程中，業主工程師認為所有的電除塵器基礎均存在問題，那就是滑移穩定性不滿足印度規范的要求。對于獨立基礎的滑移穩定性計算，《建筑地基基礎設計規范》并沒有明確的條款。設計時也沒有特意進行抗滑移驗算，根據工程經驗，電除塵基礎一般不需要進行滑移穩定性驗算，都能滿足要求。為了加速電除塵器基礎的圖紙確認進度，明確按中國規范設計的基礎是滿足要求的，分別按中印兩國規范對基礎的滑移穩定性進行了計算分析，并引入美國抗滑移計算公式進行驗證。

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，按中國規范設計，由印方當地業主工程師進行審查。考慮到成本等問題，勘測部分工作由印度當地勘測公司執行，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范進行轉化。

電除塵器設備是中國公司生產并供貨，基礎設計的荷載數據由廠家提供。電除塵器支架采用鋼結構，局部設有支撐。基礎采用鋼筋混凝土階梯式基礎，電除塵器支架的鋼柱與基礎交界為零米地面。電除塵器支架鋼柱與鋼筋混凝土基礎采用地腳螺栓連接，模型簡化為鉸接，見圖1。電除塵器基礎作用在殘積土層，中方轉化的勘測報告為Ⅱ層，對應的印度勘測報告為I層。相應的描述為：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。該層土在廠址內連續分布。基礎底標高采用絕對標高－4.00 m，可以達到該層。該層土主要參數見表1。

表1　中印勘測報告地基參數對比

從表1數據可以看出，關于內聚力和內摩擦角的數值差距較大，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，但對于這兩個數據中方持有異議，在溝通未果的情況下，中方根據自已的經驗，對這兩個數據進行了調整。但印度的業主工程師認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據進行基礎抗滑移驗算。

圖1　鋼柱柱腳示意圖

取其中一個基礎進行抗滑移驗算，底面積為3.7 m×3.7 m，基礎底標高為－4.0 m。底面積根據承載力要求確定，其平面及剖面圖見圖2。電除塵器鋼柱柱腳內力數據由除塵器廠家提供，現取作用在該基礎上不同工況柱腳內力，見表2，力的作用點位于基礎短柱的頂面。

表2　荷載數據

圖2　基礎的平面圖及剖面圖

2 中國標準抗滑移

關于獨立基礎的抗滑移，《建筑地基基礎設計規范》中并沒有明確要求，主要參考其中關于擋土墻部分的內容。抗滑移計算將抗滑移的力和產生滑移的力進行比較，滿足安全系數的要求就可以，規范中取安全系數為1.3。抗滑移的力主要由兩部分力組成，一部分為基礎與地基之間的摩擦力，另一部分為基礎前面的被動土壓力。考慮到回填質量不能保證等因素，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，只有基礎與地基之間的摩擦力。參考表3中數值，取混凝土基礎與地基間的摩擦系數μ=0.45。

表3　土對擋土墻基底的摩擦系數μ

根據《建筑地基基礎設計規范》3.0.4條3款計算擋土墻、地基或滑坡穩定以及基礎抗浮穩定時，作用效應應按承載能力極限狀態下作用的基本組合，但其分項系數取1。按照《高層建筑混凝土結構技術規程》表5.6.4，對于超過60 m的高層建筑，風與地震才同時考慮。本項目電除塵器的總高度不到40 m，風與地震不同時考慮。另外與電除塵器廠家技術人員溝通，在進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，未進行折減。參考上述內容，滑移力的計算取如下內力組合：

恒＋活；

恒＋0.85(活＋風)；

恒＋風；

恒＋活＋地震。

經過計算，具體數值見表4，計算過程略。

表4　電除塵器柱腳內力

經過篩選，作用在基礎短柱頂面的最不利內力組合為恒＋活－X向地震，相應的內力：軸力N＝1098 kN，水平力V＝153 kN，也就是滑移力為153 kN。

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

則抗滑移系數F/V＝937.35/153＝6.1＞1.3，抗滑移遠遠滿足要求。

3 印度標準抗滑移

印方業主工程師根據印度標準進行抗滑移計算，同樣將抗滑移的力和產生滑移的力進行比較，滿足安全系數的要求就可以。關于抗滑移系數，印度規范中這樣要求：當恒載、活載、土壓力、水壓力和上拔力與風或地震力同時考慮，抗滑移系數不小于1.5；當只有恒載、活載、土壓力、水壓力和上拔力參與組合，抗滑移系數不小于1.75。為了計算滑移力，根據電除塵器廠家提供資料，印度業主工程師取以下幾種組合進行柱腳內力計算：

恒+活；

恒+活+風；

恒+風；

恒+活+地震；

0.9恒+地震。

經過計算，具體數值見表5，計算過程略。

表5　電除塵器柱腳內力

經過篩選，作用在基礎短柱頂面的最不利內力組合為0.9恒－X向地震，相應的內力：軸力N＝－373 kN，水平力為V＝－153 kN，也就是滑移力為153 kN。

關于摩擦系數的取值，印度業主工程師在印度的規范上沒有找到明確的條款，而是根據太沙基《工程實踐中的土力學》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為土的內摩擦角。

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

則抗滑移系數F/V＝68.7/153＝0.45＜1.5，抗滑移不滿足要求。

印度業主工程師認為不但這個基礎，整個電除塵器所有的柱下基礎都不滿足抗滑移要求，中方的設計問題是非常嚴重的，要求重新進行設計。

4 印標抗滑移探討

針對業主工程師提出的問題，經過與中方計算對比分析，認為印方計算存在以下兩個主要問題。一是關于荷載組合，與中方相比，組合多出一組0.9恒＋地震。根據與電除塵器廠家技術人員的溝通，計算地震產生水平力的時候，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生的。對于印方業主工程師采用的荷載組合，0.9恒+地震，對于基礎抗滑來講，只考慮因灰斗積灰荷載和檢修活荷載產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，相應的地震水平力應僅由恒載作為重力荷載產生，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。二是關于摩擦系數的取值問題，經查太沙基《工程實踐中的土力學》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，并未得印度業主工程師的認可，他們仍然堅持自己的觀點，中方設計人員只好再查找印方能夠認可的證據。從殘積土的參數來看提供了內聚力和內摩擦角，基底摩擦力也就是抗滑力應該由兩部分組成。根據美國Joseph E.Bowls《基礎分析與設計(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為基礎底板與土之間摩擦角，可取土的內摩角φ；B為單位寬度(m)；c′為基底與土的粘結力(kPa)，通常取土的內聚力的0.6～0.8。

參考這個公式，對于獨立階梯式基礎，基底的摩擦力Fr＝Rtanδ＋0.6c′A，其中A為基礎底面積，其它符號意義與上式相同。按照印方業主工程師所用內力組合進行計算，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Fr/V＝784.3/153＝5.1>1.5，滿足要求。

根據計算結果，印方工程師認可中方設計的電除塵器基礎是完全滿足要求的，最終通過確認。由此可以看出，我國規范給出的摩擦系數值綜合考慮內聚力和內摩擦角兩方面的因素，給出一個統一的數值，使用方便。而美國標準采用的公式將兩個因素都體現在公式中，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 結語

本文討論了印度實際項目確認過程中發生的問題，對電除塵器獨立基礎的抗滑移計算進行了對比分析，說明按我國標準進行設計是完全能滿足印度標準要求的。對于國際項目，結構設計人員不能因為業主工程師認為不滿足某個國家標準的要求，就簡單修改自己的設計，造成進度延誤、投資增加。而應該查閱了大量的資料，據理力爭。另外中方設備廠家提供的荷載資料需要細化，與設計院、總承包商共同推動國際項目的進展。

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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，從事火力發電廠結構設計。

* 收稿日期：2015-01-05

中圖分類號：TM621

文獻標志碼：B

文章編號：1671-9913(2015)06-0039-04