谈某热电厂3号冷却塔的加固分析与设计

高 小 龙

(广州市力拓土石方工程有限公司，广东 广州 510620)

谈某热电厂3号冷却塔的加固分析与设计

高 小 龙

(广州市力拓土石方工程有限公司，广东 广州 510620)

介绍了某热电厂3号冷却塔的工程概况，通过检测鉴定该冷却塔的主体结构，从底板空隙充填设计、底板加固、抗浮设计、柱加固等方面，提出了该冷却塔的加固设计方案，保证了冷却塔的安全运行。

热电厂，冷却塔，加固方案，底板

1 工程概况

某热电厂3号冷却塔始建于1989年，1990年12月竣工投入使用至今。3号冷却塔塔高70 m，主塔基础宽4 m，基础中心半径28.287 m，中央水塔(中央竖井)半径2.5 m，基础持力层为页岩(强风化)，其容许承载力为30×104Pa，基础垫层采用C10混凝土，厚度为100 mm(超挖部分超过300 mm深采用毛石混凝土垫层)，钢筋混凝土底板厚度250 mm(下层φ10@100，上层φ8@200)，底板上预制混凝土支柱120根，混凝土强度C30,基础宽度1 500 mm×1 500 mm,高度350 mm，混凝土强度C20,预制混凝土主梁250 mm×500 mm，预制混凝土网格板支承梁150 mm×300 mm，混凝土强度C30，钢筋混凝土底板伸缩缝每90 ℃一条，即径向4条，圆周向沉降缝2条，所有缝上宽25 mm，下宽20 mm，采用聚氯乙烯油膏密封。

现今3号冷却塔检修发现：塔内部分支柱倾斜、断裂、混凝土底板破损，个别网格板支承梁破损，塔内混凝土底板出现裂缝，主塔环墙内壁存在轻微裂缝。

2 检测与鉴定结果

2012年8月底，专业技术人员对该热电厂3号冷却塔主体结构进行安全鉴定。

1)基础持力层勘察。

地基承载力特征值满足300 kPa，未见软化岩层。

2)地下水水质分析。

场地内地下水对建筑物基础部分的混凝土结构腐蚀等级为微级，对混凝土结构中钢筋的腐蚀等级为微级。

3)主塔、中央水塔(中央竖井)、混凝土底板基础沉降观测。

依据该水塔竣工验收资料，根据主塔抗浮验算该工程主塔地基变形值小于国家规范的允许值，未发生较大沉降，可以正常使用；主塔基础基本未发生倾斜；中央水塔(中央竖井)也没有较大变形。

4)主塔内支柱裂缝位置、深度、宽度、钢筋锈蚀检测。

本次检测支柱总数为120根，所有支柱吊环钢筋均出现不同程度锈蚀。仅就支柱混凝土本身而言，未见明显裂缝和钢筋锈蚀的支柱共52根，占支柱总数的43.33%，有裂缝和钢筋锈蚀的支柱共68根，占支柱总数的56.67%。

5)混凝土强度检测。

a.主塔斜支柱混凝土回弹检测。结论：主塔斜支柱混凝土现龄期强度符合设计要求。b.主塔环墙混凝土回弹检测。结论：塔底蓄水池壁混凝土现龄期强度符合设计要求。c.中央水塔(中央竖井)混凝土回弹检测。结论：中央水塔(中央竖井)混凝土现龄期强度符合设计要求。d.自然通风冷却塔淋水装置底板、垫层混凝土钻芯取样检测。结论：自然通风冷却塔淋水装置底板、垫层混凝土现龄期强度符合设计要求。e.自然通风冷却塔淋水装置支柱回弹检测。结论：自然通风冷却塔淋水装置支柱混凝土现龄期强度符合设计要求。f.支柱梁混凝土回弹检测。结论：支柱梁混凝土现龄期强度符合设计要求。g.支柱基础混凝土回弹检测。结论：支柱基础混凝土现龄期强度符合设计要求。

6)混凝土底板地下水检测。

地下水水质分析，其化学成分与冷却塔循环水成分相同；水柱高头为1.7 m～2.0 m(以底板顶为基准面)。

7)主塔环墙内壁裂缝检测。

现场发现塔底蓄水池壁有部分轻微裂缝，经检测发现裂缝长度、宽度及深度均在规范允许范围内，其形成系主体斜支柱压应力扩散不均、温度应力作用所致。

3 加固方案的分析与设计

3.1 鉴定结果分析

1)3号冷却塔主塔、中央水塔(中央竖井)。

a.经实测塔身混凝土强度满足原设计要求。b.塔身无倾斜现象，塔座基础沉降均匀，沉降量在规范允许范围内。c.塔底蓄水池壁存在微小竖向裂缝系主体斜支柱压应力扩散不均和温度应力作用所致，经修复可以正常使用，不影响结构安全。

2)3号冷却塔内部淋水装置梁、柱、基础底板。

a.梁、柱、基础底板、混凝土强度经实测满足原设计要求。b.基础底板在下部承压水作用下处于悬浮状态，经实测底板下悬浮高度130 mm～180 mm，受主塔和中央水塔(中央竖井)四周约束，致使底板上柱墩不同程度倾斜，基础底板多处出现环状贯通裂缝，基本失去蓄水能力，需加固处理。c.淋水装置结构支柱，由于下部基础倾斜，再受上部梁约束，其中68根柱根部出现不同程度的裂缝(断裂)，使柱承载能力下降，个别支柱甚至丧失承载能力，必须进行加固处理。d.个别梁头、柱头节点部位破损严重，需进行修复。

3.2 加固方案分析

1)重新设立观测点，对主塔和中央水塔(中央竖井)进行定期沉降和倾斜观测；

2)采取措施阻止3号冷却塔周边水进入塔内；

3)混凝土底板和支柱加固施工降水前，应对主梁、网格板支承梁进行支护，防止下沉塌落；

4)对基础底板加固或对冷却塔周边进行帷幕注浆止水，从而恢复蓄水能力；

5)淋水装置结构支柱、主梁、网格板支承梁受损部位修复，确保其恢复支承能力。

3.3 加固方案设计

1)底板空隙充填设计。

在基础底板上打孔，网状2.0 m×2.0 m,孔径为42，孔深为250 mm,在孔内注入水泥浆，排除承压水，在孔内植入φ14钢筋。

2)底板加固与抗浮设计。

a.基础底板加厚混凝土。

计算公式如下：

G底板=S底板d底板γ混凝土，F浮=Hγ水S底板。

式中：G支柱——淋水装置结构支柱重量； γ混凝土——混凝土容重，取24kN/m3； V底座——支柱底座体积,取1.8m3； V上部——支柱上部体积，取0.7m3； S底板——基础底板面积； R底板——基础底板半径，取28.297m； R竖井——中央竖井半径，取2.5m； G底板——基础底板重量； F浮——地下水的浮力； H——水柱高度，分别取1.7m，2.0m； γ水——水的容重，10kN/m3； D底板——新加混凝土厚度； K——安全系数，取1.5。

经计算得，H=1.7时，所需新加混凝土厚度D底板=0.507 m,取0.5 m；H=2.0时，所需新加混凝土厚度D底板=0.694 m,取0.7 m。

b.基础底板加厚200 mm混凝土，并加以锚杆加固，锚杆采用70 kN抗拔拉力，孔径90 mm，φ28钢筋，进入基岩(页岩、强风化混合岩)4 m，孔深7 m。

计算公式如下：

G底板200=0.2S底板γ混凝土。

式中：Na——锚杆轴向拉力设计值，取70kN； M——锚杆个数。

经计算得，H=1.7时，所需锚杆个数M=189.8,取190；H=2.0时，所需锚杆个数M=337.3,取338。

c.基础底板加厚200 mm混凝土，并在3号冷却塔外围进行帷幕注浆。

计算公式如下：

G底板200=0.2S底板γ混凝土。

i=(Kh1-h2)δ/L。

式中：i——允许水力坡降,取0.2～0.4； h1——增加200厚的混凝土之后的水头高度； h2——帷幕注浆之后所要达到的水头高度，取0； L——帷幕厚度; δ——帷幕水头承担系数，取0.5。

经计算得，H=1.7，i=0.2时，帷幕厚度L=1.05,取1.1；H=2.0，i=0.4时，帷幕厚度L=1.18,取1.2。

内层注浆孔间距1.2 m,外层注浆孔间距1.239 m，注浆孔孔径600 mm(根据勘察资料，3号冷却塔场地透水层由粗颗粒组成，不存在发生管涌现象的条件，所以允许水力坡度大于规范所规定0.2～0.4的范围，安全起见下，工时所用数值都在规范取值范围之内)。

3)柱加固设计。

a.对于钢筋锈蚀导致混凝土膨胀脱落的支柱先对脱落的地方进行砂浆砌筑，再用角钢包裹处理。b.对于有裂缝的支柱用环氧树脂粘结。

4 结语

经过业主及相关专业人士对设计方案的审查，以及处于冷却塔的安全考虑，尽快的保证冷却塔正常运行，业主最终选定了加厚底板70 cm厚C30混凝土进行了施工，对于受损的支柱也进行了有效处理。实践证明，按照方案施工后的冷却塔恢复了正常使用，消除了安全隐患，至今没有安全问题，该设计方案可行。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[3] GB 50367—2006，混凝土结构加固设计规范[S].

[4] JGJ 123—2000，既有建筑地基基础加固技术规范[S].

[5] CECS 22∶90，土层锚杆设计与施工规范[S].

On consolidation analysis and design for No.3 cooling tower of some thermal power plant

Gao Xiaolong

(GuangzhouLituoEarthworkEngineeringCo.,Ltd,Guangzhou510620,China)

The paper introduces the engineering survey for the No.3 cooling tower of some thermal power plant, and points out the consolidation design scheme for the cooling tower from the bottom plate filling design, bottom plate consolidation, anti-floating design, and column consolidation, so as to ensure the safe operation of the cooling tower.

thermal power plant, cooling tower, consolidation scheme, bottom plate

1009-6825(2017)02-0095-02

2016-11-01

高小龙(1988- ),男，助理工程师

TU753.8

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