涉外項(xiàng)目獨(dú)立基礎(chǔ)傾覆穩(wěn)定性分析

劉天英，徐 浩，郭 瑞

（東北電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)春 130021）

在一些涉外工程中，常因雙方規(guī)范的不一致，導(dǎo)致對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生意見分歧。印度某項(xiàng)目的電除塵器基礎(chǔ)根據(jù)GB 50007—2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)為常規(guī)的獨(dú)立階梯式基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)完成后，由印度業(yè)主工程師進(jìn)行確認(rèn)。在確認(rèn)過程中，業(yè)主工程師認(rèn)為電除塵器基礎(chǔ)存在嚴(yán)重問題，基礎(chǔ)的傾覆穩(wěn)定性不滿足印度規(guī)范的要求。關(guān)于獨(dú)立基礎(chǔ)的傾覆穩(wěn)定性，GB 50007—2002沒有相關(guān)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)時(shí)也沒有進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立基礎(chǔ)一般都能夠滿足要求，不需要進(jìn)行傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。為了驗(yàn)證按中國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)的電除塵器基礎(chǔ)能否滿足要求，分別按中國(guó)和印度兩國(guó)規(guī)范對(duì)基礎(chǔ)的傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算和對(duì)比分析。

1 項(xiàng)目概況

某電廠項(xiàng)目位于印度，采用工程總承包EPC 模式，總承包方為中國(guó)公司，設(shè)計(jì)采用中國(guó)規(guī)范，由印度方業(yè)主工程師進(jìn)行確認(rèn)。勘測(cè)工作由印度當(dāng)?shù)乜睖y(cè)公司執(zhí)行，為便于應(yīng)用中國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)，印度方的勘測(cè)報(bào)告由中國(guó)勘測(cè)公司按照中國(guó)規(guī)范進(jìn)行轉(zhuǎn)化。電除塵器基礎(chǔ)埋深3.5m，作用在殘積土層。該土層的描述為：黃褐色至灰黃色，硬塑至堅(jiān)硬，混多量礫砂及少量碎石，厚度為0.30～12.50m，該層土在廠址內(nèi)連續(xù)分布，密度γ＝17.5kN/m3，承載力特征值fak＝300kPa，地下水位按地面下1m 考慮。

電除塵器由中國(guó)制造廠家生產(chǎn)并供貨，電除塵器支架采用鋼支架，局部位置設(shè)有鋼支撐。支架鋼柱與基礎(chǔ)采用螺栓連接，計(jì)算模型為鉸接連接?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土階梯式獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的柱腳內(nèi)力數(shù)據(jù)由制造廠家提供。取其中一個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)作為算例進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，底面積根據(jù)地基承載力確定為4.6m×4.6m，其平面及剖面圖見圖1，以下如無特殊說明，圖中單位為mm。電除塵器鋼柱柱腳內(nèi)力數(shù)據(jù)由除塵器廠家提供，現(xiàn)取作用在該基礎(chǔ)上不同工況下柱腳內(nèi)力（見表1），已知該力作用在基礎(chǔ)短柱的頂面。

圖1 基礎(chǔ)的平面圖及剖面圖

表1 柱腳內(nèi)力

2 抗傾覆驗(yàn)算

2.1 按中國(guó)規(guī)范

關(guān)于獨(dú)立基礎(chǔ)的抗傾覆，GB 50007—2002中沒有明確條款，文獻(xiàn)［1］探討了塔機(jī)的獨(dú)立基礎(chǔ)的抗傾覆規(guī)定，說明獨(dú)立基礎(chǔ)存在水平力或彎矩較大的情況下存在傾覆可能。GB 50007—2002中關(guān)于擋土墻的傾覆有較詳細(xì)的條款，獨(dú)立基礎(chǔ)作為剛體繞轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行傾覆計(jì)算時(shí)可以參考擋土墻的相關(guān)內(nèi)容?？箖A覆計(jì)算將抗傾覆的力矩和產(chǎn)生傾覆的力矩進(jìn)行比較，滿足安全系數(shù)的要求就可以，規(guī)范中取安全系數(shù)為1.6?？箖A覆的力矩主要由兩部分組成，一部分為基礎(chǔ)自重及作用在基礎(chǔ)的軸力對(duì)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的力矩，另一部分為基礎(chǔ)前面的被動(dòng)土壓力產(chǎn)生的抗傾覆力矩?？紤]到回填質(zhì)量不能保證等因素，另外被動(dòng)土壓力用來平衡基礎(chǔ)后面的主動(dòng)土壓力，所以沒有考慮被動(dòng)土壓力產(chǎn)生的抗傾覆力矩，把其作為安全儲(chǔ)備。

按照GB 50007—2002的3.0.4條3款計(jì)算擋土墻、地基或滑坡穩(wěn)定以及基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定時(shí)，作用效應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下作用的基本組合，但其分項(xiàng)系數(shù)取1。根據(jù)JGJ 3—2002《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》表5.6.4，對(duì)于超過60m 的高層建筑，風(fēng)與地震才同時(shí)考慮。參考制造廠家資料，該項(xiàng)目電除塵器的總高度不到40m，風(fēng)與地震可以不同時(shí)考慮；另外，經(jīng)與電除塵器制造廠家技術(shù)人員交流，在水平地震力計(jì)算時(shí)，灰斗積灰荷載與檢修活荷載均作為活載計(jì)入重力荷載，沒有乘以折減系數(shù)。參考上述內(nèi)容，根據(jù)DL 5022—2012《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，鋼柱柱腳內(nèi)力的計(jì)算取如下內(nèi)力組合：Fd＋Fa＋Fl，F(xiàn)d＋0.85（Fa＋Fl±Fw），F(xiàn)d±Fw，F(xiàn)d＋Fa＋Fl±Fe，其中Fw為風(fēng)載荷，F(xiàn)e為地震載荷。經(jīng)過計(jì)算，電除塵器柱腳內(nèi)力具體數(shù)值見表2。

經(jīng)過挑選，作用在基礎(chǔ)短柱頂面的最不利內(nèi)力組合為Fd＋Fa＋Fl－FeX，相應(yīng)的內(nèi)力：軸力N＝2 169kN，水平剪力S＝－289kN。

如果考慮基礎(chǔ)和土的自重Wz，混凝土基礎(chǔ)和土的加權(quán)容重按18kN/m3考慮，則Wz＝1 333.1kN。地下水位按地面下1m 考慮，則水中的混凝土體積V＝17.22m3，水容重按10kN/m3考慮，則水浮力Fb＝172.2kN。傾覆力矩Mo＝1 011.5kN·m，抗傾 覆 力 矩Mr＝（N＋Wz－Fb）×2.3 ＝7 658.8kN·m，則抗傾覆安全系數(shù)fo＝Mr/Mo＝7.8＞1.6，抗傾覆遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。

表2 按中國(guó)規(guī)范計(jì)算的電除塵器柱腳內(nèi)力 kN

2.2 按印度規(guī)范

印度業(yè)主工程師按照印度規(guī)范進(jìn)行抗傾覆計(jì)算，將抗傾覆的力矩和產(chǎn)生傾覆的力矩進(jìn)行比較，滿足安全系數(shù)的要求即可。關(guān)于抗傾覆系數(shù)在印度規(guī)范中這樣規(guī)定：當(dāng)恒載、活載、土壓力與風(fēng)或地震力同時(shí)考慮，抗傾覆系數(shù)不小于1.5；當(dāng)只有恒載、活載和土壓力參與組合，抗傾覆系數(shù)不小于2.0［2］。為了計(jì)算傾覆力矩，根據(jù)電除塵器廠家提供資料，印度業(yè)主工程師取以下幾種組合進(jìn)行柱腳內(nèi)力計(jì)算［3］：Fd＋Fa＋Fl，F(xiàn)d＋Fa＋Fl±Fw，F(xiàn)d±Fw，F(xiàn)d＋Fa＋Fl±Fe，0.9Fd±Fe。

經(jīng)過計(jì)算，柱腳內(nèi)力具體數(shù)值見表3。

經(jīng)過挑選，作用在基礎(chǔ)短柱頂面的最不利內(nèi)力組合為0.9Fd－FeX，相應(yīng)的內(nèi)力：軸力N＝－761 kN，水平剪力為S＝－289kN。

如果考慮基礎(chǔ)和土的自重Wz＝1 333.1kN，水浮 力Fb＝172.2 kN，則 傾 覆 力 矩Mo＝1 011.5kN·m，抗傾覆力矩Mr＝（N＋Wz－Fb）×2.3＝919.8kN·m，則抗傾覆安全系數(shù)fo＝Mr/Mo＝0.91＜1.5，抗傾覆不滿足要求。

印度業(yè)主工程師認(rèn)為不但這個(gè)基礎(chǔ)，整個(gè)電除塵器所有的柱下基礎(chǔ)都不滿足抗傾覆要求，中方的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題非常嚴(yán)重，要求重新修改設(shè)計(jì)。

3 對(duì)抗傾覆計(jì)算的探討

針對(duì)業(yè)主工程師提出的問題，經(jīng)過與中方計(jì)算對(duì)比分析，認(rèn)為印度方計(jì)算荷載組合存在問題，與中方相比，多出一組0.9Fd±Fe。經(jīng)與電除塵器制造廠家工程人員溝通，計(jì)算地震產(chǎn)生水平力的時(shí)候，灰斗積灰荷載與檢修活荷載均按活載計(jì)入重力荷載，沒有進(jìn)行折減。也就是說地震水平荷載是由恒載、灰斗積灰荷載和檢修活荷載共同作為重力荷載產(chǎn)生的。印方業(yè)主工程師采用的荷載組合0.9Fd＋Fe，對(duì)于基礎(chǔ)抗傾覆，只考慮因灰斗積灰荷載和檢修活荷載產(chǎn)生的地震水平力的不利作用，而沒有考慮因灰斗積灰荷載和檢修活荷載產(chǎn)生的豎向重力荷載的有利作用，該組組合不符合實(shí)際情況，也不符合邏輯。也就是說如果采用這組組合，相應(yīng)的地震水平力應(yīng)僅由恒載作為重力荷載產(chǎn)生，地震水平力會(huì)大大減小。

表3 按印度規(guī)范計(jì)算的電除塵器柱腳內(nèi)力 kN

因?yàn)榛叶贩e灰荷載和檢修活荷載在計(jì)算地震水平力時(shí)未進(jìn)行折減，則按比例可以求出恒載、灰斗積灰荷載和檢修活載分別產(chǎn)生的地震水平力，見表4。

表4 各重力荷載產(chǎn)生的地震水平力

按照表4中數(shù)據(jù)，如果采用0.9Fd±Fe這組組合，相應(yīng)的地震水平力就應(yīng)該取僅由恒載產(chǎn)生的地震水平力78.9kN 計(jì)算傾覆力矩，傾覆力矩Mo＝78.9×3.5＝276.2kN·m，抗傾覆力矩Mr＝（N＋Wz－Fb）×2.3＝919.8kN·m，則抗傾覆安全系數(shù)fo＝Mr/Mo＝3.33＞1.5，抗傾覆滿足要求。

在數(shù)據(jù)及邏輯面前，印方工程師不得不承認(rèn)對(duì)于電除塵器制造廠提供的柱腳內(nèi)力數(shù)據(jù)理解有誤，0.9Fd±Fe這組組合是存在問題的，中方設(shè)計(jì)的電除塵器基礎(chǔ)是滿足要求的，最終通過確認(rèn)。

4 結(jié)束語

本文討論了印度實(shí)際項(xiàng)目審查過程中發(fā)生的爭(zhēng)議，對(duì)電除塵器基礎(chǔ)抗傾覆按中印規(guī)范計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，說明按中國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)完全能滿足印度規(guī)范要求。對(duì)于國(guó)際項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不能因?yàn)闃I(yè)主工程師認(rèn)為不滿足要求，就簡(jiǎn)單修改設(shè)計(jì)，既加大設(shè)計(jì)的工作量，又造成投資增加，而應(yīng)該認(rèn)真消化設(shè)備廠家提供的荷載資料，仔細(xì)對(duì)比分析，據(jù)理力爭(zhēng)。

［1］ 孫德霖、謝建民.塔機(jī)獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)若干問題探討［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（3）：65－66.

［2］ IS：13063－1991，Structure safety of buildings on shallow foundations on rocks－code of practice［S］.

［3］ IS：1893－2002，Criteria for Earthquake Resistant Design of Structures Part 1General Provisions and Buildings（Fifth Revision）［S］.