閆華林

（中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160）

0 工程背景

越南某燃煤電站工程，電廠廠址位于入?？诘臑I海地帶。場(chǎng)地土層相關(guān)參數(shù)如表1所示，軟土層分布范圍廣，厚度大，煤場(chǎng)區(qū)域采用真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓[1-4]。整個(gè)煤場(chǎng)設(shè)置兩個(gè)全封閉式干煤棚，如圖1所示。單個(gè)干煤棚寬138 m×長(zhǎng)264 m，干煤棚剖面如圖2所示。堆煤最大高度為16.5 m，煤重度按10 kN/m3考慮。干煤棚采用樁基礎(chǔ)，PHC預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁直徑600 mm，樁長(zhǎng)約40 m。

圖1 封閉式干煤棚Fig.1 Closed dry coal shed

圖2 干煤棚剖面Fig.2 Dry coal shed section

表1 土層相關(guān)參數(shù)Table 1 Soil layer related parameters

為滿(mǎn)足樁基礎(chǔ) PHC樁的抗彎承載能力要求，設(shè)計(jì)采取了保護(hù)措施，即在干煤棚內(nèi)側(cè)和斗輪機(jī)基礎(chǔ)兩側(cè)設(shè)置水泥攪拌樁列（后稱(chēng)CDM樁）對(duì)PHC樁身進(jìn)行保護(hù)，CDM 樁直徑 1 000 mm，樁長(zhǎng)約30 m。CDM樁采用專(zhuān)用礦渣水泥，水泥摻入量14%，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1 MPa。

1 數(shù)值計(jì)算

為研究堆載對(duì)CDM保護(hù)樁及PHC樁的影響，主要進(jìn)行兩種工況分析，工況1：未設(shè)置CDM樁的整體分析；工況2：設(shè)置CDM樁的整體分析。通過(guò)兩種工況的分析，量化CDM樁對(duì)PHC樁的保護(hù)作用。

計(jì)算采用PLAXIS 3D，建立三維分析模型，如圖3所示。從圖4和圖5可看出干煤棚PHC樁和CDM 保護(hù)樁之間的幾何關(guān)系。CDM 樁中心距離PHC樁承臺(tái)中心3.25 m。

圖3 三維模型Fig.3 3 D model

圖4 干煤棚樁基礎(chǔ)局部布置圖Fig.4 Partial layout of pile foundation of dry coal shed

圖5 地基剖面1-1圖Fig.5 1-1 section profile of the foundation

1.1 計(jì)算分析

以未設(shè)置CDM樁的工況1進(jìn)行分析為例，得到沉降量如圖6所示，PHC樁身彎矩圖7所示。

圖6 沉降量Fig.6 Settlement distribution

圖7 PHC樁身彎矩Fig.7 PHC pile bending moment

1.2 計(jì)算匯總

煤場(chǎng)區(qū)域沉降量為747.6 mm，對(duì)比工況1和工況2，干煤棚PHC樁彎矩如表2所示。

表2 PHC樁彎矩值Table 2 PHC pile bending moments kN?m

計(jì)算結(jié)果可看出增設(shè)CDM保護(hù)樁，PHC樁身彎矩得以減小，減小約12%，使其設(shè)計(jì)值低于樁身極限彎矩。通過(guò)CDM保護(hù)樁使得深層地基土體的承載力得到充分發(fā)揮，CDM樁及CDM樁與PHC樁之間的地基土通過(guò)直接和間接參與的方式與PHC樁基礎(chǔ)一起分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載和煤堆荷載，是樁土共同作用的效果[5]。

2 模型試驗(yàn)

模型試驗(yàn)場(chǎng)地為離心機(jī)試驗(yàn)室，布置如圖8所示。根據(jù)干煤棚基礎(chǔ)平面設(shè)計(jì)圖，結(jié)合地層特點(diǎn)、模型箱尺寸、模型制作和邊界條件等因素，選定模型比尺為 N=70。根據(jù)相似原理，模型采用原型混凝土材料將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過(guò)于薄弱，按照等效剛度相似原則選取與原型密度、泊松比相近的材料。PHC樁采用鋁合金材料進(jìn)行替代，CDM樁采用ABS塑料板。試驗(yàn)?zāi)M了 30年運(yùn)行期內(nèi)地基沉降和樁身彎矩等值。試驗(yàn)完成地基表面照片如圖9所示。

圖8 離心機(jī)試驗(yàn)室Fig.8 Centrifuge laboratory

圖9 試驗(yàn)完成地基表面照片F(xiàn)ig.9 Foundation surface after test

2.1 地基沉降

圖10為堆載區(qū)域內(nèi)地基表層t-S曲線。沉降量在前5年增長(zhǎng)較快，達(dá)到567.6 mm；25年后才開(kāi)始趨于平穩(wěn)，30年的整體沉降量約為852.9 mm。

圖10 煤場(chǎng)堆載區(qū)域內(nèi)地基表層t-S曲線Fig.10 Settlement curve of foundation surface in coal field storage area

2.2 PHC樁彎矩

圖11所示各樁的樁身彎矩整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，前5年增長(zhǎng)速度較快，25年后基本趨于穩(wěn)定。樁身彎矩形態(tài)呈S型分布，30年后的彎矩最大值位于樁體中部，約為373 kN·m。

圖11 PHC樁身彎矩曲線圖Fig.11 Bending moment curve of PHC pile

3 數(shù)值分析與試驗(yàn)結(jié)果的比較

離心模型和軟件計(jì)算的數(shù)據(jù)結(jié)果有所差異如表3所示。

表3 軟件模型和模型試驗(yàn)的結(jié)果Table 3 Results of numerical models and centrifuge tests

由于樁基礎(chǔ)及承臺(tái)模型加工工藝的限制，模型試驗(yàn)的承臺(tái)和基礎(chǔ)采用剛性連接的方式，而實(shí)際施工采用接近于鉸接的方式。另外試驗(yàn)加載的方式，導(dǎo)致軟件計(jì)算和模型試驗(yàn)的結(jié)果有所差異。

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)數(shù)值計(jì)算和模型試驗(yàn)兩種不同的研究方式，探究CDM保護(hù)樁的樁土共同作用機(jī)理，CDM樁及CDM樁與PHC樁之間的地基土與PHC樁基礎(chǔ)一起分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載和煤堆荷載。樁-土體的相互作用與樁、土的相對(duì)剛度相關(guān)。

（2）CDM樁如同是在PHC樁前的一道屏障，承受和消散部分荷載，待CDM樁破壞后，由PHC樁截面抗拒和土抗力來(lái)承擔(dān)水平荷載。