浅谈超大超重罐槽柔性地基施工技术

杨一斌,曹 峰

(总装备部司令部921工程指挥部,北京 100094)

中性浮力水槽是综合试验训练楼的重要组成部分,他是一个直径23m,深10m的圆柱型不锈钢筒体结构,体积4300m3,自重147t,注水后总重量为4447t.是我国航天员地面模拟太空失重环境训练重要设施,而支撑水槽的柔性基础为其安全和稳定提供保障.

1 超大超重罐中性浮力水槽基础施工技术

1.1 水槽基础施工技术研究内容

依据水槽荷载和传力特点确定基础研究内容,即水槽基础建模--柔性基础、基础底面压力.

(1)基底接触压力的产生

水槽荷重→基础→地基→在地基与基础的接触面上产生的压力(地基作用于基础底面的反力).

(2)接触压力的大小影响因素

地基土和基础的刚度、荷载、基础埋深、地基土性质.

(3)柔性基础基底压力分布,基底压力大小、分布状况与上部荷载的大小、分布状况相同,压力分布见图1.

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1.2 施工技术指标的确定

(1)中性浮力水槽因荷载较大,对基底土层承载力要求相当严格,基础持力层承载不小于fka=180kpa,经过检测满足设计要求.

(2)回填土密实度98%,水槽注水加载后,使环型挡土墙内回填土压缩时沉降均匀,沉降量不得大于30mm.

(3)钢筋砼环型挡土墙,钢筋砼挡墙300 mm厚,砼标号C30,高度2.5 m;底部设抗倾浮钢筋砼基础断面为1000 mmX300 mm.

(4)环型挡土墙要求在槽体注水后产生的侧向位移时,留有足够应变空间.

1.3 基础施工技术

(1)基础施工技术要求

基础如何保证不使钢构水槽筒体和周边建筑结构及装饰破坏.满足整体设施及建筑的耐久性.

一是要满足基底土层承载力要求;二是保证水槽加载后地基土层外扩应变限值;三是环形基础及挡墙施工质量控制;其四是填充料选择与夯实要求.

(2)水槽地基技术应用

①在已清基底直径24.8+2 m的区域内,机械挖至距设计持力层50cm,余土人工挖运,严禁挠动,基底误差± 20mm,静载测试已达到fka=180kpa的承载力要求.由于水槽是航天员试验训练重要设施,为保证其更高安全性,在此基础上又对基础土层进行复合地基处理,保证其有更高的承载能力.

②水槽加载后地基土层外扩应变限值,见图2.

地基土是各向同性的、均质的线性变形体,而且在深度和水平方向上都是无限延伸的.

施工过程中,运用弹性理论法计算出地基沉降的位移解,其基本假定为地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体;此外还假定基础整个底面和地基一直保持接触.荷载作用面为地表面,要求外扩应变限值在30mm内.

③环形基础、挡墙施工.根据受力分布图和荷载大小确定钢筋砼环型挡土墙基本参数.钢筋砼挡墙300 mm厚,砼标号C30,高度2.5 m;底部设抗倾浮钢筋砼基础断面为1000 mm X300 mm.

④回填土施工,待环型基础及挡墙达到设计强度后,进行3:7灰土回填.

回填土要求:用灰CaO+MgO含量大于75%,CO2含量小于11%,0.125筛的筛余量小于18.0,0.9筛的筛余量小于1.5;

用土选用无杂质和有机物,并要求严格过筛,粒径不大于2cm.

灰土搅拌:采用机械搅拌,搅拌时,严格控制含水率,经验检测手纂成团,距地80cm落地开花为适宜.

压实:采用1t压路机和冲击电夯进行压实,击实度要求不小于98%.

⑤钢筋砼水槽支撑底板施工,当回填土填至环型挡墙顶80cm时,在环墙内及回填土顶面浇筑30cm厚钢筋砼水槽支撑底板,周边与挡墙预留3cm空隙,确保受压后土层外扩应变余量和填土地基均匀沉降.

⑥沥青砂施工,钢筋砼底板施工完毕并达到强度后,进行板上沥青砂着力层施工,着力层厚薄与坡向、油石比、压实和施工过程实验检测非常关键.

(3)解决问题

通过环形基础和挡墙形成环型约束结构,环形基础和挡墙外原土与内回填土、沥青砂施工处理,形成接近建模基础设置,解决水槽加载后不均匀沉降和应变值过大的问题.见图3

2 结论

超大超重罐槽柔性地基控制技术:通过环形基础和挡墙形成环型约束结构,将环形基础和挡墙外原土与内回填土、沥青砂进行特殊施工处理,形成接近建模基础设置,从施工技术中解决水槽加载后不均匀沉降和应变值过大的问题,控制了地基不均匀下沉.