大型整體式圓形煤場地基有限元分析及優(yōu)化

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1、2010年O4月吉林電力Apr．2010第38卷第2期(總第207期)JilinElectricPowerVo1．38No．2(Ser．No．207)大型整體式圓形煤場地基有限元分析及優(yōu)化FiniteElementAnalysisandOptimizationofLargeScaleIntegralRoundCoalSiloFoundation肖野，任月明，李炳益，許影，陳明祥(1．東北電力設計院，長春130021；2．武漢大學，武漢430072)摘要：大型整體式圓形煤場堆煤區(qū)面積較大，堆煤區(qū)的豎向荷載對擋煤墻基礎樁產(chǎn)生較大水平推力和負摩阻力，通過對堆煤區(qū)地面進行地基

2、處理可以有效降低堆煤豎向荷載對擋墻壁基礎的影響，達到設計要求。依托營口熱電工程大型整體式圓形煤場，對堆煤區(qū)地基處理采用水泥粉煤灰碎石(CFG)樁加剛性板和預制樁加砂石墊層2種方案進行有限元分析計算和經(jīng)濟技術(shù)比較，確定最優(yōu)的地基處理方案。關鍵詞：堆煤區(qū)地基處理；預制樁；cFG樁；經(jīng)濟技術(shù)比較中圖分類號：TU473文獻標志碼：B文章編號：1009—5306(2010)02-0039-03大直徑圓形封閉煤場的應用越來越廣泛，目前2方案確定國內(nèi)建成和在建圓形煤場主要分扶壁柱擋煤墻和整體式擋煤墻2種結(jié)構(gòu)類型。扶壁柱擋煤墻結(jié)構(gòu)設計擋煤墻本體雖然豎向荷載并不大，但上部為網(wǎng)較成熟，整

3、體式擋煤墻近年應用發(fā)展迅速，以其造價架結(jié)構(gòu)，對變形要求較高，所以擋煤墻基礎采用混凝低、外形美觀、占地面積小等優(yōu)點，被多家電廠采用。土預制樁比較安全可靠。堆煤區(qū)對變形要求相對較大直徑圓形封閉煤場直徑較大，堆煤區(qū)堆煤面低，堆煤區(qū)考慮采用鋼筋混凝土預制樁和水泥粉煤積和高度均較大，堆煤荷載使下部土體產(chǎn)生較大的灰碎石樁CFG樁2種方案進行比較。豎向變形和水平位移，將對擋墻下的樁造成較大負摩阻力和水平推力，影響設備使用功能。由于堆煤區(qū)2．1堆煤區(qū)鋼筋混凝土預制樁方案(方案1)面積很大，地基處理費用較高，采用一種技術(shù)可靠、上部換填2m左右級配砂石，下部采用預制樁經(jīng)濟性好的地基處理方

4、案對降低工程造價意義重大。加混凝土支托方案。此方案上部堆煤荷載通過砂石均勻傳遞，預制樁通過上部設置托板承受7O～1工程概況8O％荷載，樁間土承受2O～3O％荷載，通過調(diào)整樁間距保證承載力。營口熱電廠圓形封閉煤場，直徑90m，擋煤墻2一．堆煤區(qū)CFG樁方案(方案2)高度13．8m，最大堆煤高度24．8m，采用整體式擋上部設200mm剛性層和200mm砂褥墊層，煤墻結(jié)構(gòu)。該廠廠區(qū)地質(zhì)條件較差，上部土層依次下部采用CFG樁方案。本工程CFG樁是采用水泥為：2．5m厚回填土、11．0m厚淤泥質(zhì)粘土和1．5m和碎石加水拌和，抗壓強度相當于C15素混凝土，厚粉土。下部為較厚的粉砂

5、層，分布穩(wěn)定、承載力水粉砂層為中密一密實砂土，作為CFG樁地基持力平高、層厚大、是本工程良好的樁基持力層。經(jīng)過工層。CFG樁褥墊層200mm厚可以均勻調(diào)節(jié)上部荷程試樁，本工程采用450mm×450mm鋼筋混凝土方樁(單樁承載力特征值2000kN)和350mm×載，使樁土變形一致，由于CFG樁是素混凝土樁，承350mm鋼筋混凝土方樁(單樁承載力特征值受水平力能力較差，樁上部基礎應具有一定的剛度，1300kN)2種樁型。樁上剛性層厚度取200mm鋼筋混凝土現(xiàn)澆板。收稿日期：201003—15作者簡介：肖野(1974一)，男，高級工程師，從事電廠土建結(jié)構(gòu)設計工作。·39·2

6、010年04月Apr．2010第38卷第2期(總第207期)Vo1．38No．2(Ser．No．207)3計算模型3．1模型幾何尺寸取包括上部擋墻壁結(jié)構(gòu)和基礎在內(nèi)的3O。模型進行計算。地基土層計算范圍選取如下：從擋墻壁內(nèi)側(cè)面向圓內(nèi)沿徑向取30m，向圓外沿徑向取20m，因此，徑向計算范圍共計50m，沿深度方向取30m。計算中將土層簡化成5層：分別為素填土層，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，粉土層，粉砂層(該層力學性質(zhì)較好，為持力層)，粉質(zhì)粘土層。倉壁外側(cè)土層上部0．7m的素填土層在計算模型中簡化成均布荷載。圖4堆煤區(qū)OFG樁模型圖整體模型、擋煤墻壁與下部預制樁模型見圖1、2。堆線彈性

7、本構(gòu)模型，不考慮其開裂和塑性。土層采用理煤區(qū)預制樁模型、CFG樁模型見圖3、4。想彈塑性、D—P屈服準則和關聯(lián)流動法則。其中混凝土彈性模量Ec為30GPa，泊松比為0．2，密度為2500kg／m。，線膨脹系數(shù)a為0．00001／c；煤密度為1000kg／m。，內(nèi)摩擦角為38。。3．3荷載取值對于樁基礎設計，主要考慮的荷載為自重和堆煤荷載。堆煤荷載分為堆煤側(cè)壓力和堆煤豎向壓力。倉壁最大堆煤高度為24．8m，側(cè)壓力系數(shù)取0．46。側(cè)壓力沿擋墻壁高度線性變化，作為面壓力施加在圖1整體模型示意圖擋墻壁內(nèi)表面；豎向壓力與堆煤高度成正比，堆煤豎向壓力作為面壓力施