談某熱電廠3號冷卻塔的加固分析與設計

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計

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構，從底板空隙充填設計、底板加固、抗浮設計、柱加固等方面，提出了該冷卻塔的加固設計方案，保證了冷卻塔的安全運行。

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，主塔基礎寬4 m，基礎中心半徑28.287 m，中央水塔(中央豎井)半徑2.5 m，基礎持力層為頁巖(強風化)，其容許承載力為30×104Pa，基礎墊層采用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)，底板上預制混凝土支柱120根，混凝土強度C30,基礎寬度1 500 mm×1 500 mm,高度350 mm，混凝土強度C20,預制混凝土主梁250 mm×500 mm，預制混凝土網格板支承梁150 mm×300 mm，混凝土強度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。

現今3號冷卻塔檢修發現：塔內部分支柱傾斜、斷裂、混凝土底板破損，個別網格板支承梁破損，塔內混凝土底板出現裂縫，主塔環墻內壁存在輕微裂縫。

2 檢測與鑒定結果

2012年8月底，專業技術人員對該熱電廠3號冷卻塔主體結構進行安全鑒定。

1)基礎持力層勘察。

地基承載力特征值滿足300 kPa，未見軟化巖層。

2)地下水水質分析。

場地內地下水對建筑物基礎部分的混凝土結構腐蝕等級為微級，對混凝土結構中鋼筋的腐蝕等級為微級。

3)主塔、中央水塔(中央豎井)、混凝土底板基礎沉降觀測。

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

4)主塔內支柱裂縫位置、深度、寬度、鋼筋銹蝕檢測。

本次檢測支柱總數為120根，所有支柱吊環鋼筋均出現不同程度銹蝕。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，占支柱總數的43.33%，有裂縫和鋼筋銹蝕的支柱共68根，占支柱總數的56.67%。

5)混凝土強度檢測。

a.主塔斜支柱混凝土回彈檢測。結論：主塔斜支柱混凝土現齡期強度符合設計要求。b.主塔環墻混凝土回彈檢測。結論：塔底蓄水池壁混凝土現齡期強度符合設計要求。c.中央水塔(中央豎井)混凝土回彈檢測。結論：中央水塔(中央豎井)混凝土現齡期強度符合設計要求。d.自然通風冷卻塔淋水裝置底板、墊層混凝土鉆芯取樣檢測。結論：自然通風冷卻塔淋水裝置底板、墊層混凝土現齡期強度符合設計要求。e.自然通風冷卻塔淋水裝置支柱回彈檢測。結論：自然通風冷卻塔淋水裝置支柱混凝土現齡期強度符合設計要求。f.支柱梁混凝土回彈檢測。結論：支柱梁混凝土現齡期強度符合設計要求。g.支柱基礎混凝土回彈檢測。結論：支柱基礎混凝土現齡期強度符合設計要求。

6)混凝土底板地下水檢測。

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

7)主塔環墻內壁裂縫檢測。

現場發現塔底蓄水池壁有部分輕微裂縫，經檢測發現裂縫長度、寬度及深度均在規范允許范圍內，其形成系主體斜支柱壓應力擴散不均、溫度應力作用所致。

3 加固方案的分析與設計

3.1 鑒定結果分析

1)3號冷卻塔主塔、中央水塔(中央豎井)。

a.經實測塔身混凝土強度滿足原設計要求。b.塔身無傾斜現象，塔座基礎沉降均勻，沉降量在規范允許范圍內。c.塔底蓄水池壁存在微小豎向裂縫系主體斜支柱壓應力擴散不均和溫度應力作用所致，經修復可以正常使用，不影響結構安全。

2)3號冷卻塔內部淋水裝置梁、柱、基礎底板。

a.梁、柱、基礎底板、混凝土強度經實測滿足原設計要求。b.基礎底板在下部承壓水作用下處于懸浮狀態，經實測底板下懸浮高度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，基礎底板多處出現環狀貫通裂縫，基本失去蓄水能力，需加固處理。c.淋水裝置結構支柱，由于下部基礎傾斜，再受上部梁約束，其中68根柱根部出現不同程度的裂縫(斷裂)，使柱承載能力下降，個別支柱甚至喪失承載能力，必須進行加固處理。d.個別梁頭、柱頭節點部位破損嚴重，需進行修復。

3.2 加固方案分析

1)重新設立觀測點，對主塔和中央水塔(中央豎井)進行定期沉降和傾斜觀測；

2)采取措施阻止3號冷卻塔周邊水進入塔內；

3)混凝土底板和支柱加固施工降水前，應對主梁、網格板支承梁進行支護，防止下沉塌落；

4)對基礎底板加固或對冷卻塔周邊進行帷幕注漿止水，從而恢復蓄水能力；

5)淋水裝置結構支柱、主梁、網格板支承梁受損部位修復，確保其恢復支承能力。

3.3 加固方案設計

1)底板空隙充填設計。

在基礎底板上打孔，網狀2.0 m×2.0 m,孔徑為42，孔深為250 mm,在孔內注入水泥漿，排除承壓水，在孔內植入φ14鋼筋。

2)底板加固與抗浮設計。

a.基礎底板加厚混凝土。

計算公式如下：

G底板=S底板d底板γ混凝土，F浮=Hγ水S底板。

式中：G支柱——淋水裝置結構支柱重量； 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——基礎底板面積； R底板——基礎底板半徑，取28.297m； R豎井——中央豎井半徑，取2.5m； G底板——基礎底板重量； 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，取1.5。

經計算得，H=1.7時，所需新加混凝土厚度D底板=0.507 m,取0.5 m；H=2.0時，所需新加混凝土厚度D底板=0.694 m,取0.7 m。

b.基礎底板加厚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，進入基巖(頁巖、強風化混合巖)4 m，孔深7 m。

計算公式如下：

G底板200=0.2S底板γ混凝土。

式中：Na——錨桿軸向拉力設計值，取70kN； M——錨桿個數。

經計算得，H=1.7時，所需錨桿個數M=189.8,取190；H=2.0時，所需錨桿個數M=337.3,取338。

c.基礎底板加厚200 mm混凝土，并在3號冷卻塔外圍進行帷幕注漿。

計算公式如下：

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到的水頭高度，取0； L——帷幕厚度; δ——帷幕水頭承擔系數，取0.5。

經計算得，H=1.7，i=0.2時，帷幕厚度L=1.05,取1.1；H=2.0，i=0.4時，帷幕厚度L=1.18,取1.2。

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

3)柱加固設計。

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

4 結語

經過業主及相關專業人士對設計方案的審查，以及處于冷卻塔的安全考慮，盡快的保證冷卻塔正常運行，業主最終選定了加厚底板70 cm厚C30混凝土進行了施工，對于受損的支柱也進行了有效處理。實踐證明，按照方案施工后的冷卻塔恢復了正常使用，消除了安全隱患，至今沒有安全問題，該設計方案可行。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[3] GB 50367—2006，混凝土結構加固設計規范[S].

[4] JGJ 123—2000，既有建筑地基基礎加固技術規范[S].

[5] CECS 22∶90，土層錨桿設計與施工規范[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

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