隧道風機預埋基礎承載能力檢測

焦鵬飛

(1.遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166； 2.遼寧大通公路工程有限公司 沈陽市 110005)

1 工程概況

遼寧省某條高速公路隧道，上行隧道長1580m，下行隧道長1570m，上、下行隧道共懸掛射流風機24臺(預埋板48套)，其中上行方向8臺(預埋板16套)，下行方向16臺(預埋板32套)[1]。2017年對風機預埋基礎進行了無損檢測，檢測結論如下[2]：

(1)上行方向第四組超車道風機左側預埋板、上行方向第四組行車道左右側預埋板、下行方向第四組行車道風機右側預埋板、下行方向第六組行車道風機右側預埋板、下行方向第八組超車道風機右側預埋基礎健康狀況等級為一級，預埋基礎整體健康狀態良好，無松動。

(2)上行方向第三組超車道風機左右側預埋板、上行方向第三組行車道風機左側預埋板、下行方向第一組行車道風機左側預埋板、下行方向第二組超車道風機右側預埋基礎健康狀況等級為三級，預埋基礎整體健康狀態較差。

(3)其余射流風機預埋基礎健康狀況等級為二級，預埋基礎整體健康狀態中等。

本次對檢測結果為三級的4臺風機預埋基礎進行拉拔試驗，通過拉拔試驗，判定是否需要對風機預埋基礎進行加固處治。拉拔試驗風機位置詳見表1。

2 試驗方案

通過反力架、加載橫梁、鋼絲繩、油壓千斤頂及配重鋼板等裝置組成反力加載系統。用連接螺栓將反力架固定在預先設計的鋼板底座上，通過全站儀對風機位置進行精確放樣，將反力架連同鋼板放在風機預埋基礎的正下方，然后用鋼絲繩及吊環等裝置連接風機預埋基礎及加載橫梁，組成懸吊結構，將千斤頂放置在加載橫梁與反力架間為整個系統提供加載力，對鋼板進行配重為反力系統提供作用力，以上組成整個反力加載系統。試驗裝置如圖1所示。

表1 試驗風機位置

2.1 試驗方法及步驟

將試驗所需反力加載裝置準確定位，完成組裝并檢查各組裝件，連接千斤頂各部件，同時將千斤頂放置在加載橫梁上，調整高度并嚴格對中。在設計位置布置應變及位移監測點，采用全站儀對位移監測，連接應變采集系統，試驗人員就位，完成試驗準備。試驗過程中采用分級加載的方式逐步連續施加，共分為三個階段：預壓、正式加載及卸載。

嚴格控制每一級加載速率、持荷及卸荷時間，直至完成整個試驗。

主要步驟如下：

(1)將反力架及鋼板底座等設施運至試驗風機處，準確放樣然后進行鋼絲繩的吊裝，連接加載系統。

(2)檢查鋼絲繩與風機預埋件間的連接是否緊密，吊環及各連接件有無松動，千斤頂是否放置居中，有無傾斜的現象。

(3)安裝應變傳感器并連接采集系統，設置位移監控點，架設全站儀并完成調試。

(4)進行預壓，調整千斤頂高度，完成試驗加載前準備。

[12] Akhsanna’im, Hendry Syaputra, Kewarganegaraan, Suku Bangsa, Agama, dan Bahasa Sehari-hari Penduduk Indonesia, Jakarta: Badan Pusat Statistik, 2011, p. 31.

(5)正式加載，加載過程中注意應變-荷載曲線、位移有無明顯突變現象；注意觀察風機預埋件及安裝支架是否松動、焊縫開裂、破損、周邊二襯混凝土裂縫等異常現象。

(6)卸載，觀察風機預埋件及反力架是否出現松動等異?，F象，并記錄。

根據風機預埋基礎是否出現松動嚴重或掉落、焊縫開裂、無法達到規范要求荷載等異常情況，確定是否對其采取加固措施。

2.2 試驗荷載

試驗過程中在千斤頂的頂推力作用下通過鋼絲繩將試驗荷載傳遞至風機預埋基礎上，根據《公路隧道通風設計細則》(JTG/T D70/2-02-2014)[3]支撐風機的結構承載力不應小于風機實際靜載的15倍，因此整個試驗過程中為風機預埋基礎提供的作用力為15倍風機靜荷載。試驗風機質量為730kg，計算的最大荷載為109.5kN，試驗中采用的最大荷載為109.5kN，預壓荷載設定為5%(5.5kN)最大荷載。試驗采用分級加載的方式，其中預壓2級、正式加載5級、卸載3級。通過千斤頂緩慢連續加載，加荷、卸荷速率均為10kN/min，由于千斤頂指示器示值單位為MPa，據千斤頂的校準方程(P=0.126406F+0.6849)得出千斤頂示值P與試驗荷載F的關系。加載控制方案及千斤頂指示器相關參數情況見表2。

表2 試驗相關參數對應表

2.3 監控測點設置

在加載過程中主要對測點位移及所在斷面應變進行監控，實時掌握風機預埋基礎的位移變化及所在斷面的應變變化，進而判斷測點是否滿足要求，同時及時控制加載條件。

(1)位移測點

位移點布置在風機預埋基礎鋼板上，測點的設置應便于全站儀的監測，每級加載前后對測點進行測量，測量精度為0.1mm。

(2)應變測點

2.4 計算結果分析

(1)位移

在風機位置施加五級荷載，通過模擬分析得出：第一級荷載作用下風機加載點位移為0.08mm，如圖4，第五級荷載作用下風機加載點位移為0.4mm，如圖5，在整個分級加載過程中監測點位移成線形變化，最大位移為0.4mm，各級加載的位移變化如圖6所示。

(2)應變

通過模擬數據分析，5處應變監測點中，測點2(加載點拱頂側0.5m位置)最大彎曲應變最大，測點4(加載點邊墻側2.5m位置)最大彎曲應變最小。第五級加載時最大彎曲應變達15.3微應變，如圖7，各監測點位各級加載應變曲線見圖8。

3 實測數據分析

3.1 位移監測

通過對檢測結果為三級的4臺風機預埋基礎進行位移監測分析得出：風機預埋基礎的位移量在1.5mm以內，且在卸載后位移恢復為初始狀態，表明結構和構件受到15倍風機靜載后發生的變形是彈性變形，風機預埋基礎沒有發生不可恢復的變形或破壞，整體處于穩定狀態。四座風機預埋基礎的位移變化量詳見圖9、圖10。其中，上行行車道第三組風機位移曲線為風機底座下緣鋼板變形，對風機預埋基礎變形不具有代表性，作為試驗參考。

3.2 應變監測

在整個試驗過程中，所監測斷面內隧道應變均未發生突變現象，應變變化幅度較小，從應變角度分析風機預埋基礎整體處于穩定狀態，四組風機預埋基礎斷面應變曲線詳見圖11、圖12。

4 試驗結論

在試驗荷載作用下，結構及預埋件變形和表面應變都非常小，尚處于彈性變形階段，未出現整體或局部破壞，襯徹整體結構和風機預埋件結構均能夠滿足風機動荷載條件下的使用安全。