矿山钢井架等截面斜柱基础的应用

2016-08-09汪小东

大科技 2016年21期

关键词：斜柱井架设计规范

汪小东

（长沙有色冶金设计研究院有限公司湖南长沙 410019）

矿山钢井架等截面斜柱基础的应用

汪小东

（长沙有色冶金设计研究院有限公司湖南长沙 410019）

等截面斜柱基础在矿山钢井架斜撑基础应用不多，本文结合贵州某矿山钢井架斜撑基础的应用实例，对等截面斜柱基础的选择背景、设计参数确定及实施中注意事项等进行了简要介绍，可为类似矿山钢井架斜撑基础设计提供参考。

等截面斜柱基础；钢井架

1 问题的提出

贵州某金属矿山新建组合井设计采用单斜撑式井架落地式多绳摩擦式提升机提升，位于矿区范围内某溪沟中，场区内沟渠纵横，地势低洼，多为水田及旱地。组合井钢井架斜撑地基土层为人工填土层、洪积层：褐色、黄褐色泥土、炉渣、粘土含灰岩卵石及白云岩灰岩角砾，层厚1.5～10m。根据室内试验及现场原位测试结果，地基各岩土层的地基承载力特征值faK、天然抗压强度frK、压缩模量Es（或弹性模量E、变形模量E0）详见表 1。

表1 岩土层承载力特征值及变形参数值

根据《矿山井架设计规范》（GB50385）[1]要求，组合井钢井架斜撑地基承载力和变形应符合《建筑地基基础设计规范》（GB50007）[2]的规定。井架（结构简图见图1）立架基础可以坐落在竖井井颈上，而斜撑基础难于满足要求。钢井架斜撑基础拟考虑以下3个方案：①大尺寸独立基础（基底长×宽=8×9m）；②复合桩基（6根直径1.0m基桩）；③等截面斜柱基础（基底长×宽=5×3.5m）。经过技术经济比较，最终确定基础方案为方案三：等截面斜柱基础。等截面斜柱基础已成功推广应用于输电塔架基础[3，4]，在矿山钢井架鲜有应用。本文结合具体工程对等截面斜柱基础在钢井架斜撑基础的应用进行了有益尝试，得到较好的经济效益。

2 等截面斜柱基础顶部荷载确定

根据《矿山井架设计规范》GB50385及设备提升荷载、断绳荷载和风荷载等共计算7个荷载组合（组合1：自重+正常提升；组合2：自重+正常提升+纵向风；组合3：自重+正常提升+横向风；组合4：自重+上断绳+纵向风；组合5：自重+上断绳+横向风；组合6：自重+下断绳+纵向风；组合7：自重+下断绳+横向风），各个荷载组合下井架斜撑底部（基础顶部）荷载值详见表2。井架地基及基础可不进行断绳效应及地震作用效应组合的计算。钢井架计算模型节点分布见图2。

图1 钢井架结构简图

图2 钢井架节点分布图

3 等截面斜柱基础设计及应用

斜撑基础设计应使斜撑柱中心线正交于基础斜顶面，并宜使斜撑柱的合力作用线与基础底面反力中心重合。为满足以上要求，设计基础结构由3部分结构组成：斜柱、锥台和矩形台，详见图3。底板尺寸为长×宽=5×3.5m，斜柱倾角及方位与井架斜撑相同，中心偏心落点于基底平面。为方便锥台施工，锥台结构展平详见图5。斜撑等截面斜柱基础配筋与柱独立扩展基础类似，见图6。斜撑柱脚基础螺栓按地震作用效应组合验算其抗拉和抗拔强度。经验算，斜撑柱脚基础螺栓采用M56，埋入基础混凝土深度2m，底部采用200×200×30mm钢板穿孔塞焊。

表2 斜撑底部荷载值

图3 斜撑等截面斜柱基础简图

图4 斜撑等截面斜柱基础俯视图

图5 锥台展平图

图6 斜撑等截面斜柱基础配筋图

以上荷载及结构设计均是考虑使用阶段荷载及其组合，对于钢井架还应考虑其斜撑安装所需承受荷载。对于某些施工场地受限、吊车难于进入的情况下，金属桅杆吊装也是常用手段。考虑到井架安装荷载情况下，等截面斜柱基础抗倾覆稳定性较难满足《建筑地基基础设计规范》（GB50007）规定。为确保施工安全，对等截面斜柱基础底板增设抗拔锚杆，锚杆的平面布置及安装详见图7。

钢井架等截面斜柱基础的施工过程中应重点控制基础顶面地脚螺栓的预埋精度以及等截面斜柱的方位及倾角的精度。

（1）基础顶面预埋地脚螺栓的安装精度直接影响井架斜撑的安装和后期的安全使用。考虑到上述因素，设计中定位了地脚螺栓的上顶面及下底面的精确坐标值，施工中采用适当长度的短钢筋将螺栓底板锚板与等截面斜柱钢筋笼焊接固定，可满足安装要求。

（2）等截面斜柱基础的施工要求比普通斜撑大体积独立扩展基础要严格些。考虑其受力的特殊性，等截面斜柱的方位及倾角控制要求较高。图8给出了应用实例中的等截面斜柱的方位图。作为与钢井架斜撑的直接传力构件，等截面斜柱基础施工质量控制方面还应重点注意预埋锚栓底部锚板附近混凝土的振捣密实。