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阅读 1552 次 对于某热力公司化水车间地面沉陷的原因分析

摘要:当前工业建筑的设计与施工,必须考虑到工业生产的工艺流程、建筑的使用环境等因素,对于其中任何一个环节的疏忽,都可能造成严重的后果。本文通过对某热力公司化水车间地面沉陷后的检测工作,对该类型建筑在设计、施工及安全使用中应注意的一些问题进行探讨。...

对于某热力公司化水车间地面沉陷的原因分析

赵刚

(陕西省建筑科学研究院710082西安)

1、概况

陕西省某热力公司化水车间由车间(单层)与办公区(二层)两部分组成,均为钢筋混凝土框架结构,采用柱下独立基础,地基处理采用砂石垫层。该工程2010年12月竣工后,各种专业设备安装、调试完毕后即投入使用。在使用中发现除排水沟外,电缆沟内积水严重,室内地面明显下沉,室外排水口旁边塌陷等问题,使用单位对室外该塌陷严重部位开挖后发现排水沟下土层下陷,坑内积水严重。遂立即对排水沟采取了临时应急措施,为防止沉降继续恶化,暂停使用化水车间。为了保证安全生产,了解地面下沉的原因,并为后期处理提供技术依据,我单位对该化水车间地面沉陷的状况进行检测鉴定。

2、重点检测内容

2.1现场情况调查

化水车间建筑由两部分组成,办公区为二层框架结构,生产区由一跨12m、一跨6m的框架结构组成。生产区长71.4m,宽18m,除设备基础外,地下沿纵向分别设有一道管沟、两道电缆沟和三道排水沟。通过目测可见室内地面有大面积下沉现象。墙根角部地面有拉开裂缝,最大宽度8mm~12mm,5-9/C-E轴(加药车间)砖砌电缆沟下沉、裂缝、破损,在沟侧壁位置,地面与沟壁沉降裂缝宽度15mm-25mm,粉刷层有破碎脱落现象,电缆沟内角铁支架锈蚀严重。通过对电缆沟的检查及水迹等可知,生产区内电缆沟均发生过大量积水,并导致下沉、裂缝、破损。

12/C-E轴处混凝土设备基础中部有一条裂缝,长1.8m,缝宽5.0mm,裂缝形态:上宽下窄,在深度约400mm处消失。裂缝横跨设备基础并顺沿至排水沟,排水沟裂缝虽经厂方修复,但沉降未稳定,仍可见修复材料被再次拉裂。

排水沟为现浇混凝土构件,内贴花岗岩板材,长度约70余米,17/A-C轴南山墙处为室外东、西出水口,东出水口外侧混凝土排水沟上部已局部开裂,西出水口室外墙根附近积水、漏水严重。塌陷为一大坑,排水沟下部土层下陷严重。室内排水沟经仔细检查和探井开挖,发现混凝土沟壁、沟底均有裂缝,缝宽1mm-2mm。在排空水状态下,5-17/A-C轴(12m跨)西边排水沟积水深度35mm-40mm,现状下排水坡度变化呈波浪状高低起伏;东边排水沟整体排水不畅,有积水,深度20mm。

2.2建筑物倾斜变形检测

对建筑物上部结构的侧向位移采用DJD2A经纬仪进行了观测,并对厂房四周墙体、门窗洞口、地面散水进行检查,除10-11/A、17/A轴散水各有一条约2mm宽裂缝外,未见其它异常。通过该建筑物上部结构侧向位移观测结果可知:其侧向位移观测值除一个测点超差为14mm外(含施工偏差),其余均满足现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008)中第7.3.9条关于结构侧向(水平)位移评定等级A级的要求(≤H/1000,H为基础顶面至柱顶总高度)。

2.3室内地面下沉观测与探查检测

2.3.1室内地面下沉观测

为了解室内地面相对不均匀沉降程度及地下土质处理情况,正确分析地面下沉原因,对生产区主要区域采用DSZ2水准仪对地面的相对沉降状况进行观测。为准确反映沉陷的部位和状况,观测区域以建筑物轴线为网格线布置测点,横轴分别在排水沟、电缆沟旁增设测点。相对沉降观测结果表明:最大相对沉降量为-104mm。

2.3.2探查检测

建设场地属渭河一级阶地,厂房地基处理采用大开挖换填砂石垫层方法处理至-2.6m,基础坐落在砂石垫层上,其下为天然中砂层,地基承载力特征值fak≥200kPa。地下水位埋深7.10m~10.90m,基底位于地下水位之上。室内采用素土回填,压实系数≥0.94。

为了解地下土质及管、沟、设备基础等情况,参考地面沉降的现状特征,分别在室内排水沟、设备基础外侧及办公区室内地面布设了5个探井,采用人工成孔的方法,进行了探查。从室内地下土质探查可知:自上而下以次为花岗岩板材,约110mm~190mm厚混凝土垫层,其下为素土回填至-2.60m,再下为地基处理的砂石垫层,处理厚度为1.0m,下面为②层中砂持力层。

探井探查的同时,对埋入地下的设备基础、排水沟的情况进行了了解,1#探井处混凝土设备基础(含垫层)埋深为-1.25m,下为1.35m厚素土回填;3#探井处混凝土设备基础埋深为-1.0m,下设混凝土垫层,未穿透。从设计图纸可知:各种设备基础平面尺寸及埋深不等,设备基础基底至砂石垫层约有1.35m~1.80m厚分层夯实的室内回填素土。

室内排水沟为现浇混凝土构件,下设100mm厚素混凝土垫层,地沟结构层厚度为100mm,内衬花岗岩板材,沟长约70余米,内经尺寸b=500mm(或400mm)、h=600mm,从现场检查、探查发现沿沟长度方向、混凝土沟壁、沟底及沟外侧面分布有数条裂缝,长度不等,可见裂缝宽度约1mm~2mm。沉降未稳定,经修补后的裂缝再次开裂。

2.4室内回填土施工质量检测

2.4.1生产区回填土施工质量检测

为了解地下土质及管、沟、设备基础等情况,参考地面沉降的现状特征,分别在室内排水沟、设备基础外侧布设了3个探井(槽),采用人工成孔的方法,进行了探查。

从室内地下土质探查可知:自上而下以次为花岗岩板材,约110mm~190mm厚混凝土垫层,其下为素土回填至-2.60m,再下为地基处理的砂石垫层,处理厚度为1.0m,下面为②层中砂持力层。

为了解地下浸水情况,取探井内的回填素土进行了含水量、干密度试验,取样间距0.2m~0.3m,从检测结果可知:本工程在正常情况下,经人工处理的室内回填土含水量不会受地表水或地下水的影响,相对稳定。但本次生产区检测土样的含水量在同样深度或不同深度处,含水量相比,变化差异明显,在-2.1m深度的回填土中含水量变化幅度为15.5%~23.9%之间,说明回填土层受水浸影响及地面荷载影响较大,实测相对湿陷下沉量约104mm,不宜进行压实系数的判定。

2.4.2办公区回填土施工质量检测

在办公区距管沟较远的地方布设了2个探井进行探查、检测。

在人工开挖探井时发现4#探井、5#探井混凝土垫层与回填素土面完全脱离,出现约100mm~120mm的空隙层。该回填土层除4#探井从地面至-1.4m处含水量不大,其余含水量均较大,仅表层约100mm厚度回填土经过压实,其余土质松散,土样无法成型。为了准确分析了解回填土层未受水浸泡与受水浸泡后的现状比较,采用环刀法对探井内回填土层压实系数进行了检测,取样间距0.3m。试验结果表明:-2.6m的回填土层在土自重或地面荷载的作用影响下,即使发生了约100mm~120mm的湿陷沉降,土层密实度有所改善、提高的因素下,仍不满足设计要求,其未受水浸泡部分压实系数仅为0.81~0.83。

现场调查、试验分析认为:室内回填土未夯压密实,产生下陷变形,导致裂缝渗漏是室内回填土不均匀下沉的主要原因,渗漏水浸入土层加剧了沉降的发展,并影响到室内整个回填土层,产生了大面积的不均匀沉降。平面轴线布置及探井位置见附图1。

2.5设备基础台座变形检测

为了解设备基础台座变形对正在使用的设备的影响,采用DSZ2水准仪对12m跨、6m跨及加药车间各自独立的基础台面不均匀沉降进行了观测。观察结果表明,设备基础台座不均匀沉降差值在11~76mm之间。设备基础下地基的不均匀沉降导致12/C-E轴(6m跨)处产生一条裂缝,裂缝横跨设备基础的中部,长1.8m,宽5.0mm,上宽下窄,深度约400mm,裂缝顺延至排水沟内。厂房投入使用不久,曾因不均匀沉降原因于2011年对12m跨东边设备基础的地基进行过加固处理。

3、检测结果分析

该工程地基处理采用大开挖换填砂石垫层方法处理,柱基础埋深-2.6m,地基承载力特征值fak≥200kPa,通过检测未发现建筑物有不均匀沉降和倾斜现象。

室内采用素土回填,从-2.6m至地面。在使用方面根据生产工艺与设备荷载安装的要求室内地下设有平面尺寸、埋深不等的多个设备基础,设备基础底与砂石垫层之间为1.35m~1.8m的回填素土;同时地下设有一道管沟、两道电缆沟、三道排水沟,沟底下为回填素土,各种沟埋深不同,回填素土厚度为1.55m~1.9m,最薄1.25m。

混凝土是一胶凝复合材料,本身具有硬化收缩的特征,室内排水沟为现浇混凝土薄壁型构件,当收缩受到周围的约束时,就会在板内(沟壁或沟底)产生收缩应力,当超过混凝土抗裂强度时,就会产生收缩裂缝。混凝土在硬化过程中与温度、湿度变化程度关系密切,与构件自身尺寸相关。一般来说,构件尺寸相对较长或较大容易出现裂缝。本工程每道排水沟长约70余米,采用普通混凝土,沟下为近2米的回填素土,施工中稍有疏忽,就会产生微裂缝。厂房投入使用后,水通过微裂缝向素土层浸入,土层遇水变软、承载力降低、下陷,水沟变形,裂缝发展变大,漏水量变大,并向周边、地下设备基础等较疏松土层扩展。在大面积地面上部设备自重荷载及设备循环工作荷载作用下(注水、排出水),沉降量加大,裂缝发展、变多,更大,水沟沉降变形明显,当排水量大或长时间积累下时,处于较低位的电缆沟就会进水或积水,致砖砌体沟壁出现下陷、破损。10-15/C-E轴约24m长的水泵基础在不均匀沉降作用下产生裂缝。其它长度较短的设备基础则产生了程度不同的不均匀沉降。

室内-2.6m以下为砂石垫层,虽排水沟多处出现了间歇性的大量漏水,在-2.1m深度的回填土中含水量变化幅度为15.5%~23.9%之间,但砂层透水性能良好,从探井检查回填土至砂石垫层上表面,未发现积水现象。

根据以上检测分析认为:室内排水沟的渗漏使回填素土产生了轻微沉降,素填土遇水承载力降低加剧了沉降,并影响到室内整个回填土层,导致地面及设备基础产生了大面积的不均匀沉降,给安置在室内的管道、设备带来了不利影响。

4、修复相关问题

①鉴于室内排水沟已不能满足使用要求,为保证其耐久性及正常使用性,为消除对设备基础的继续影响,对其它沟内各类管、线的侵蚀等隐患,建议拆除重建排水沟。考虑到化水车间生产工艺与设备的专业性和特殊性要求,应请设计单位进行专项设计。沟、管施工填埋前应进行闭水试验,室内排水沟处回填土宜用灰土处理。

②室内地面及设备基础浸水后素填土层发生沉降,但设备基础下素填土最厚1.8m,沟下最厚1.9m,剩余湿陷量有限,其下为透水性良好的砂石垫层,沉陷发生后,在地面上部荷载的作用下,其湿陷性、压缩性有所改善。杜绝渗漏水后一般不会产生明显的差异沉降,可考虑不采取处理措施。

③考虑到设备基础上安装的设备、管道对变形的敏感程度(安装使用等技术要求),如不能满足,需要重新安装调试,应在施工处理完排水沟等以后进行。

④设备基础台座裂缝可采用“压力注浆法”修补裂缝;电缆沟等裂缝、破损部位可采用局部修补的方法处理。

⑤在使用期间,加强定期检查、检漏、维护工作。

5、结语

当前工业建筑的设计与施工,必须考虑到工业生产的工艺流程、建筑的使用环境等因素,对于其中任何一个环节的疏忽,都可能造成严重的后果。总结事故教训,我们应该在工业建筑的设计、施工以及使用阶段,充分考虑到工业生产及工艺流程的特点,杜绝经验主义。针对本工程,我们相关各方就应该充分重视室内回填土的施工质量与排水沟的设置问题,同时还应该重视黄土的湿陷性问题。

依据标准:

[1]国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB50144-2008.

[2]国家标准《土工试验方法标准》GB/T50123-1999.

[3]国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004.

(本文来源:陕西省土木建筑学会    文径网络:刘军 吕琳琳 编辑   刘真 文径 审核)