隧道風機預(yù)埋基礎(chǔ)承載能力檢測

焦鵬飛

(1.遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司 沈陽市 110166； 2.遼寧大通公路工程有限公司 沈陽市 110005)

1 工程概況

遼寧省某條高速公路隧道，上行隧道長1580m，下行隧道長1570m，上、下行隧道共懸掛射流風機24臺(預(yù)埋板48套)，其中上行方向8臺(預(yù)埋板16套)，下行方向16臺(預(yù)埋板32套)[1]。2017年對風機預(yù)埋基礎(chǔ)進行了無損檢測，檢測結(jié)論如下[2]：

(1)上行方向第四組超車道風機左側(cè)預(yù)埋板、上行方向第四組行車道左右側(cè)預(yù)埋板、下行方向第四組行車道風機右側(cè)預(yù)埋板、下行方向第六組行車道風機右側(cè)預(yù)埋板、下行方向第八組超車道風機右側(cè)預(yù)埋基礎(chǔ)健康狀況等級為一級，預(yù)埋基礎(chǔ)整體健康狀態(tài)良好，無松動。

(2)上行方向第三組超車道風機左右側(cè)預(yù)埋板、上行方向第三組行車道風機左側(cè)預(yù)埋板、下行方向第一組行車道風機左側(cè)預(yù)埋板、下行方向第二組超車道風機右側(cè)預(yù)埋基礎(chǔ)健康狀況等級為三級，預(yù)埋基礎(chǔ)整體健康狀態(tài)較差。

(3)其余射流風機預(yù)埋基礎(chǔ)健康狀況等級為二級，預(yù)埋基礎(chǔ)整體健康狀態(tài)中等。

本次對檢測結(jié)果為三級的4臺風機預(yù)埋基礎(chǔ)進行拉拔試驗，通過拉拔試驗，判定是否需要對風機預(yù)埋基礎(chǔ)進行加固處治。拉拔試驗風機位置詳見表1。

2 試驗方案

通過反力架、加載橫梁、鋼絲繩、油壓千斤頂及配重鋼板等裝置組成反力加載系統(tǒng)。用連接螺栓將反力架固定在預(yù)先設(shè)計的鋼板底座上，通過全站儀對風機位置進行精確放樣，將反力架連同鋼板放在風機預(yù)埋基礎(chǔ)的正下方，然后用鋼絲繩及吊環(huán)等裝置連接風機預(yù)埋基礎(chǔ)及加載橫梁，組成懸吊結(jié)構(gòu)，將千斤頂放置在加載橫梁與反力架間為整個系統(tǒng)提供加載力，對鋼板進行配重為反力系統(tǒng)提供作用力，以上組成整個反力加載系統(tǒng)。試驗裝置如圖1所示。

表1 試驗風機位置

2.1 試驗方法及步驟

將試驗所需反力加載裝置準確定位，完成組裝并檢查各組裝件，連接千斤頂各部件，同時將千斤頂放置在加載橫梁上，調(diào)整高度并嚴格對中。在設(shè)計位置布置應(yīng)變及位移監(jiān)測點，采用全站儀對位移監(jiān)測，連接應(yīng)變采集系統(tǒng)，試驗人員就位，完成試驗準備。試驗過程中采用分級加載的方式逐步連續(xù)施加，共分為三個階段：預(yù)壓、正式加載及卸載。

嚴格控制每一級加載速率、持荷及卸荷時間，直至完成整個試驗。

主要步驟如下：

(1)將反力架及鋼板底座等設(shè)施運至試驗風機處，準確放樣然后進行鋼絲繩的吊裝，連接加載系統(tǒng)。

(2)檢查鋼絲繩與風機預(yù)埋件間的連接是否緊密，吊環(huán)及各連接件有無松動，千斤頂是否放置居中，有無傾斜的現(xiàn)象。

(3)安裝應(yīng)變傳感器并連接采集系統(tǒng)，設(shè)置位移監(jiān)控點，架設(shè)全站儀并完成調(diào)試。

(4)進行預(yù)壓，調(diào)整千斤頂高度，完成試驗加載前準備。

[12] Akhsanna’im, Hendry Syaputra, Kewarganegaraan, Suku Bangsa, Agama, dan Bahasa Sehari-hari Penduduk Indonesia, Jakarta: Badan Pusat Statistik, 2011, p. 31.

(5)正式加載，加載過程中注意應(yīng)變-荷載曲線、位移有無明顯突變現(xiàn)象；注意觀察風機預(yù)埋件及安裝支架是否松動、焊縫開裂、破損、周邊二襯混凝土裂縫等異?，F(xiàn)象。

(6)卸載，觀察風機預(yù)埋件及反力架是否出現(xiàn)松動等異?，F(xiàn)象，并記錄。

根據(jù)風機預(yù)埋基礎(chǔ)是否出現(xiàn)松動嚴重或掉落、焊縫開裂、無法達到規(guī)范要求荷載等異常情況，確定是否對其采取加固措施。

2.2 試驗荷載

試驗過程中在千斤頂?shù)捻斖屏ψ饔孟峦ㄟ^鋼絲繩將試驗荷載傳遞至風機預(yù)埋基礎(chǔ)上，根據(jù)《公路隧道通風設(shè)計細則》(JTG/T D70/2-02-2014)[3]支撐風機的結(jié)構(gòu)承載力不應(yīng)小于風機實際靜載的15倍，因此整個試驗過程中為風機預(yù)埋基礎(chǔ)提供的作用力為15倍風機靜荷載。試驗風機質(zhì)量為730kg，計算的最大荷載為109.5kN，試驗中采用的最大荷載為109.5kN，預(yù)壓荷載設(shè)定為5%(5.5kN)最大荷載。試驗采用分級加載的方式，其中預(yù)壓2級、正式加載5級、卸載3級。通過千斤頂緩慢連續(xù)加載，加荷、卸荷速率均為10kN/min，由于千斤頂指示器示值單位為MPa，據(jù)千斤頂?shù)男史匠?P=0.126406F+0.6849)得出千斤頂示值P與試驗荷載F的關(guān)系。加載控制方案及千斤頂指示器相關(guān)參數(shù)情況見表2。

表2 試驗相關(guān)參數(shù)對應(yīng)表

2.3 監(jiān)控測點設(shè)置

在加載過程中主要對測點位移及所在斷面應(yīng)變進行監(jiān)控，實時掌握風機預(yù)埋基礎(chǔ)的位移變化及所在斷面的應(yīng)變變化，進而判斷測點是否滿足要求，同時及時控制加載條件。

(1)位移測點

位移點布置在風機預(yù)埋基礎(chǔ)鋼板上，測點的設(shè)置應(yīng)便于全站儀的監(jiān)測，每級加載前后對測點進行測量，測量精度為0.1mm。

(2)應(yīng)變測點

2.4 計算結(jié)果分析

(1)位移

在風機位置施加五級荷載，通過模擬分析得出：第一級荷載作用下風機加載點位移為0.08mm，如圖4，第五級荷載作用下風機加載點位移為0.4mm，如圖5，在整個分級加載過程中監(jiān)測點位移成線形變化，最大位移為0.4mm，各級加載的位移變化如圖6所示。

(2)應(yīng)變

通過模擬數(shù)據(jù)分析，5處應(yīng)變監(jiān)測點中，測點2(加載點拱頂側(cè)0.5m位置)最大彎曲應(yīng)變最大，測點4(加載點邊墻側(cè)2.5m位置)最大彎曲應(yīng)變最小。第五級加載時最大彎曲應(yīng)變達15.3微應(yīng)變，如圖7，各監(jiān)測點位各級加載應(yīng)變曲線見圖8。

3 實測數(shù)據(jù)分析

3.1 位移監(jiān)測

通過對檢測結(jié)果為三級的4臺風機預(yù)埋基礎(chǔ)進行位移監(jiān)測分析得出：風機預(yù)埋基礎(chǔ)的位移量在1.5mm以內(nèi)，且在卸載后位移恢復為初始狀態(tài)，表明結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受到15倍風機靜載后發(fā)生的變形是彈性變形，風機預(yù)埋基礎(chǔ)沒有發(fā)生不可恢復的變形或破壞，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。四座風機預(yù)埋基礎(chǔ)的位移變化量詳見圖9、圖10。其中，上行行車道第三組風機位移曲線為風機底座下緣鋼板變形，對風機預(yù)埋基礎(chǔ)變形不具有代表性，作為試驗參考。

3.2 應(yīng)變監(jiān)測

在整個試驗過程中，所監(jiān)測斷面內(nèi)隧道應(yīng)變均未發(fā)生突變現(xiàn)象，應(yīng)變變化幅度較小，從應(yīng)變角度分析風機預(yù)埋基礎(chǔ)整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，四組風機預(yù)埋基礎(chǔ)斷面應(yīng)變曲線詳見圖11、圖12。

4 試驗結(jié)論

在試驗荷載作用下，結(jié)構(gòu)及預(yù)埋件變形和表面應(yīng)變都非常小，尚處于彈性變形階段，未出現(xiàn)整體或局部破壞，襯徹整體結(jié)構(gòu)和風機預(yù)埋件結(jié)構(gòu)均能夠滿足風機動荷載條件下的使用安全。