柔性变刚度的循环水管地基结构及施工方法与流程

1.本发明涉及地基施工技术领域，特别涉及一种柔性变刚度的循环水管地基结构及施工方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.在电厂的水工建(构)筑物设计中，循环水管的端部经常是连接循环水系统建(构)筑物的，如机力通风冷却塔等。对于电厂地基条件不满足建(构)筑物设计要求的，会对建(构)筑物进行地基处理，但是对于循环水管，鉴于其对地基的承载力要求较低，对地基变形的适应性较强，一般不再进行单独的地基处理。但是，对于以下情况，则需对循环水管进行地基处理：
4.如某工程的地质条件不满足建筑物承载力和变形的要求，循环水管端部的机力通风冷却塔采取桩基处理后其承载力和地基沉降量均满足了《建筑地基基础设计规范》gb50007相关条文的要求。该区域地质工程特性适用于循环水管，故循环水管区域不做地基处理，但是水管与机力塔的梁构件相连，循环水管的沉降作用将由梁构件承担。该情况下，由于循环水管的地基沉降量过大而易对梁构件造成拉裂破坏，从而威胁整个机力塔结构的安全，针对这种情况，常用的处理措施及特点有：
5.(1)循环水管沿线区域采取与机力塔相同的地基处理措施，例如桩基，使之与循环水管端部的机力通风冷却塔之间几乎同步沉降，则机力塔梁构件几乎不受循环水管的沉降影响，保障了机力塔的整体结构安全；但是，由于循环水管沿线布置了桩基，同步需要设置桩基承台和支撑梁，提高了工程造价；
6.(2)循环水管区域沿线采取与机力塔不同的地基处理措施，如注浆加固或者其他复合地基处理方式等，使循环水管与机力塔的沉降量之差缩小到允许范围，则机力塔梁构件将承担有限的沉降拉力，通过修改梁截面和适当提高配筋率亦可保障构件安全，从而保障了机力塔的整体结构安全；但是，无论是注浆加固还是其他复合地基处理方式，根据《建筑地基处理技术规范》jgj 79相关规定，其处理范围均会大于桩基的处理范围，除了工程造价会提升，两种不同的地基处理方式也将会给施工带来诸多不便，容易影响工期；
7.(3)循环水管沿线采取强夯或者强夯置换的地基处理措施，首先要进行地基降水处理，其次进行强夯或者强夯置换试验，确定夯击能、夯击遍数、置换直径等参数，地基降水加试验的时间一般都大于3个月，对工期的影响较大，且对施工单位的专业能力和经验要求较高，施工质量需要严格监管控制；
8.以上常用处理措施，为确保机力塔构件的安全稳定，循环水管区域均采取了同等刚度的地基处理方案，不同程度的造成造价的提高和工期的延长。


技术实现要素：

9.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种柔性变刚度的循环水管地基结构及
施工方法，在循环水管与机力塔上部梁构件的连接处，采取加强处理，增强该区域地基的竖向刚度，使连接处的地基变形最小，通过设置处理过渡区，使加强处理平缓过渡到常规处理，从而对循环水管的变形起到良好的协调作用，此变刚度的地基处理方式既很好地缩小了差异沉降，减少了机力塔构件的次内力，又节约了材料资源，降低了工程造价。
10.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
11.本发明第一方面提供了一种柔性变刚度的循环水管地基结构。
12.一种柔性变刚度的循环水管地基结构，循环水管底部采用级配碎石换填垫层的地基，所述地基包括：循环水管与机力塔上部梁构件连接处的处理加强区、循环水管远离机力塔上部梁构件位置的常规处理区以及处理加强区和常规处理区之间的处理过渡区；
13.其中，处理加强区的厚度大于常规处理区的厚度，过度处理区的厚度自常规处理区向处理加强区逐渐增厚，且过渡处理区的长度为过渡处理区的沉降差与过渡处理段的循环水管弯曲角度的比值。
14.作为可选的一种实现方式，过渡处理区的沉降差为加强处理区和常规处理区对应的地基最终的沉降量的差值。
15.作为可选的一种实现方式，处理加强区的厚度获取方法，包括：
16.处理加强区的厚度对应的地基最终的沉降量为s1，机力塔柱的沉降量为s2，结构框架区和竖向水管区的沉降差值为
△
s＝s
1-s2，根据相邻柱基的沉降差允许值[
△
s]，判断
△
s是否小于等于[
△
s]，以得到处理加强区的厚度。
[0017]
作为可选的一种实现方式，过渡处理区的长度大于或等于过渡处理区的沉降差与循环水管的允许弯曲度值的比值。
[0018]
作为可选的一种实现方式，加强处理区级配碎石换填垫层顶部边缘距离竖管中心线的距离b1为：循环水管的内径除以2，再与第一数值的加和。
[0019]
进一步的，第一数值为300毫米。
[0020]
进一步的，加强处理区级配碎石换填垫层底部边缘距离竖管中心线的距离b2为：
[0021]
b2＝b1 tanα
×
(h1 0.5*r)
[0022]
其中，α为过度处理区的厚度自常规处理区向处理加强区的放坡角度，h1为加强处理区厚度，r为循环水管内径。
[0023]
更进一步的，α为30
°
。
[0024]
本发明第二方面提供了一种柔性变刚度的循环水管地基施工方法。
[0025]
一种柔性变刚度的循环水管地基施工方法，在循环水管底部采用级配碎石换填垫层的地基，包括：循环水管与机力塔上部梁构件的连接处的处理加强区，循环水管远离机力塔上部梁构件的位置的常规处理区，处理加强区和常规处理区之间的处理过渡区；
[0026]
其中，处理加强区的厚度大于常规处理区的厚度，过度处理区的厚度自常规处理区向处理加强区逐渐增厚，过渡处理区的长度为过渡处理区的沉降差与过渡处理段的循环水管弯曲角度的比值。
[0027]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0028]
1、本发明所述的柔性变刚度的循环水管地基结构及施工方法，采用换填垫层这种地基处理方式，施工简便，不容易影响工期，且造价相对上述常规的地基处理措施更低。
[0029]
2、本发明所述的柔性变刚度的循环水管地基结构及施工方法，相对桩基而言，换
填垫层为一种柔性地基处理措施，较大程度地发挥了循环水管变形适应性强的特点，避免了处理过度，节省了造价。
[0030]
3、本发明所述的柔性变刚度的循环水管地基结构及施工方法，在循环水管与机力塔上部梁构件的连接处，采取加强处理，增强该区域地基的竖向刚度，使连接处的地基变形最小，通过处理过渡区，使加强处理平缓过渡到常规处理，从而对循环水管的变形起到良好的协调作用，此变刚度的地基处理方式既很好地缩小了差异沉降，减少了机力塔构件的次内力，又节约了材料资源，降低了工程造价。
[0031]
4、本发明所述的柔性变刚度的循环水管地基结构及施工方法，通过柔性变刚度的地基处理措施，使循环水管的沉降对机力塔上部构件的影响得到极大地消除，既保障了结构安全，又充分利用了循环水管对地基变形适应性强的特性，避免了处理过度造成的资源浪费，从而节约了材料，有效降低了工程造价；且施工简便，不会对工期产生影响；在实际工程应用中，具有良好的经济和社会效益。
[0032]
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0033]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0034]
图1为本发明实施例1提供的柔性变刚度的循环水管地基结构的示意图一。
[0035]
图2为本发明实施例1提供的柔性变刚度的循环水管地基结构的示意图二。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0037]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0038]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0039]
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
[0040]
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
[0041]
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0042]
实施例1：
[0043]
如图1和图2所示，本发明实施例1提供了一种柔性变刚度的循环水管地基结构，循环水管底部沿线采用级配碎石换填垫层的地基处理方式，在机力塔上部梁构件与循环水竖管连接的区域采用加深加厚换填垫层的加强处理方法，增强该节点的地基竖向刚度，确保该区域的地基变形最小，然后通过处理过渡区，使加强处理平缓过渡到常规处理，从而对循环水管沿线的变形起到良好的协调作用。
[0044]
具体的，如图1所示，所述地基结构，包括：
[0045]
循环水管与机力塔上部梁构件连接处的处理加强区，循环水管远离机力塔上部梁构件位置的常规处理区，处理加强区和常规处理区之间的处理过渡区；
[0046]
其中，h1为加强处理区的级配碎石换填垫层厚度(m)；h2为常规处理区的级配碎石换填垫层厚度(m)；l为处理过渡区的级配碎石换填垫层长度(m)；s为循环水管竖管中心线距离机力塔框架柱的距离(m)；b1为加强处理区级配碎石换填垫层顶部边缘距离竖管中心线的距离(mm)；b2为加强处理区级配碎石换填垫层底部边缘距离竖管中心线的距离(mm)。
[0047]
(1)h1、h2的确定
[0048]
(1-1)确定沉降差
△s[0049]
先假定加强处理区h1的值，并根据《建筑地基基础设计规范》gb50007中“分层总和法”计算出h1对应的地基最终的沉降量s1；根据机力塔的整体数值计算模型中读出图中对应的机力塔柱的沉降量s2；从而得到结构框架区和竖向水管区的沉降差值为
△
s＝s
1-s2；
[0050]
(1-2)复核[
△
s]确定h1[0051]
根据《建筑地基基础设计规范》gb50007可查得“工业与民用建筑相邻柱基的沉降差”允许值[
△
s]，则通过验算
△
s≤[
△
s]即可确定该h1值，同时h1应满足h1≤3m的条件，否则该处理方法则不具备经济性。
[0052]
(1-3)确定h2[0053]
对于常规处理段的h2值，鉴于循环水管底部一般设置弧垫层，故一般取值约1.0m。
[0054]
(2)l的确定
[0055]
(2-1)确定沉降差
△s[0056]
根据《建筑地基基础设计规范》gb50007中“分层总和法”分别计算出加强处理区h1和常规处理区h2对应的地基最终的沉降量s1和s2，从而得到过渡处理区的沉降差值为
△
s＝s
1-s2。
[0057]
(2-2)确定过渡处理段的钢管弯曲角度θ；
[0058]
根据几何数学知识：当角度较小时(小于10
°
)，角度的正切函数值近似等于角度值，可以得到过渡处理段循环水管的变形角度：
[0059][0060]
(2-3)复核[θ]确定l
[0061]
根据《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》gb/t 17395可查得循环水管的允许弯曲度[θ]值，则通过验算θ≤[θ]即可确定l值，即：
[0062]
[0063][0064]
(3)b1、b2的确定
[0065]
根据《建筑地基处理技术规范》jgj79相关条文要求，垫层顶面超出基础底边缘不应小于300mm，故应满足：
[0066][0067]
换填垫层按照30
°
角度放坡至h1，则可获得：
[0068]
b2＝b1 tan30
×
(h1 0.5*循环水管内径)。
[0069]
此b1、b2值的确定方法同样适用于垂直附图平面方向的参数确定，本实施例中，循环水管的内径为内直径。
[0070]
本实施例中，所述的300mm也可以根据具体工况进行选择，例如310mm或者320mm等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
[0071]
本实施例中，所述30
°
角度可以根据具体工况进行选择，例如35
°
、29
°
等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，只要在合理范围内即可，这里不再赘述。
[0072]
实施例2：
[0073]
本发明实施例2提供了一种柔性变刚度的循环水管地基施工方法，包括以下过程：
[0074]
在循环水管底部采用级配碎石换填垫层的地基，包括：循环水管与机力塔上部梁构件的连接处的处理加强区，循环水管远离机力塔上部梁构件的位置的常规处理区，处理加强区和常规处理区之间的处理过渡区；
[0075]
其中，处理加强区的厚度大于常规处理区的厚度，过度处理区的厚度自常规处理区向处理加强区逐渐增厚，过渡处理区的长度为过渡处理区的沉降差与过渡处理段的循环水管弯曲角度的比值。
[0076]
具体的参数设定与实施例1中的相同，这里不再赘述。
[0077]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。