周曉明 楊亞麗 付 濱 朱冬舟 朱 敏 葉 海 陸 超 戴 俊 詹 浩 王 強(qiáng)

（1、南京綠環(huán)廢物處置中心，江蘇 南京210047 2、上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200434 3、南京市生態(tài)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江蘇 南京210013）

1 項(xiàng)目概況

江蘇某危廢處置中心是該市環(huán)保“十五”規(guī)劃重點(diǎn)工作之一，是該市第一個(gè)集中控制危險(xiǎn)廢物污染的區(qū)域性基礎(chǔ)設(shè)施。以其一期工程為例，采用下沉式鋼筋混凝土分倉(cāng)結(jié)構(gòu)。地下剛性填埋庫(kù)共設(shè)置2×3 個(gè)庫(kù)，1～3#庫(kù)為3 個(gè)獨(dú)立的填埋庫(kù)聯(lián)成一排，4～6#庫(kù)為整體式底板；總庫(kù)容約為9.07 萬(wàn)m3。

以最先填埋完成的1#剛性填埋庫(kù)為例，分析研究從完建期空庫(kù)工況至運(yùn)行期滿庫(kù)工況底板裂縫寬度的整個(gè)發(fā)展情況。1#剛性填埋庫(kù)尺寸為45.0m×45.0m×6.7m，地下水位不高于15.0m高程；墻后回填土按18.5kN/m3考慮；庫(kù)內(nèi)填埋物重度按15kN/m3設(shè)計(jì)。剛性庫(kù)斷面圖如圖1 所示（圖中尺寸以mm計(jì)，高程以m計(jì)）。

1#剛性填埋庫(kù)示意圖

2 工程實(shí)例計(jì)算分析

原設(shè)計(jì)采用有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108-2001），裂縫寬度按0.2mm 控制。根據(jù)現(xiàn)行《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50046-2018），裂縫控制寬度應(yīng)控制在0.15mm，原設(shè)計(jì)底板裂縫寬度限制達(dá)不到新規(guī)范要求，但實(shí)際計(jì)算裂縫寬度均在0.15mm 以內(nèi)。為更好的復(fù)核原裂縫寬度的誤差范圍，采用最新版三維水池軟件進(jìn)一步復(fù)核，對(duì)比分析兩種計(jì)算結(jié)果，為底板裂縫寬度限制的選取提供相互佐證的理論依據(jù)。

2.1 計(jì)算工況

空庫(kù)工況：主要受剛性填埋庫(kù)自重、庫(kù)周側(cè)向土壓力影響，底板跨中以內(nèi)側(cè)受拉為主，底板與側(cè)墻交匯處以底板外側(cè)受壓為主。

滿庫(kù)工況：主要受填埋廢棄物自重應(yīng)力為主，庫(kù)周側(cè)向土壓力與廢棄物側(cè)向力有近乎抵消的趨勢(shì)，底板跨中以外側(cè)受拉為主，底板與側(cè)墻交匯處受側(cè)墻約束，以外側(cè)受拉為主。

從原始計(jì)算結(jié)果來看，滿庫(kù)工況較空庫(kù)工況底板所受內(nèi)力更大，并且為持久工況，本次主要對(duì)滿庫(kù)工況底板進(jìn)行受力分析及裂縫驗(yàn)算。

2.2 有限元軟件計(jì)算

有限元分析軟件具有強(qiáng)大的建模功能，目前廣泛應(yīng)用于市政、建筑、水利等工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)分析研究。建模時(shí)，需要先建立結(jié)構(gòu)幾何模型，給出材料參數(shù)和單元類型，最后劃分網(wǎng)格，形成結(jié)構(gòu)的有限元模型。

（1）模型簡(jiǎn)化。有限元計(jì)算原理是采用彈性地基模型進(jìn)行模擬，剛性庫(kù)底板兩個(gè)方向的尺寸幾乎相等，不宜取單寬簡(jiǎn)化為梁進(jìn)行計(jì)算，模型簡(jiǎn)化為彈性地基上的雙向板計(jì)算，地基墊層系數(shù)取30000kN/m3，底板四邊位移約束法向位移設(shè)為零，且不考慮外側(cè)底板對(duì)內(nèi)側(cè)底板的作用。模型尺寸為45m×45m，底板劃分為單元尺寸1m×1m的網(wǎng)格。

（2）計(jì)算結(jié)果分析。根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，側(cè)墻和隔墻作用于底板上的彎矩對(duì)底板的內(nèi)力影響很大，底板彎矩的較大值均出現(xiàn)在側(cè)墻和隔墻附近。模型計(jì)算過程中底板四邊按固端計(jì)算，且未考慮底板對(duì)內(nèi)側(cè)底板的作用，計(jì)算結(jié)果略微偏大。根據(jù)最大彎矩值計(jì)算底板最大裂縫寬度為0.14mm，底板面層彎矩分布云圖。

2.3 三維水池模型簡(jiǎn)化計(jì)算。水池設(shè)計(jì)軟件主要用于鋼筋砼水池結(jié)構(gòu)計(jì)算，以二維和三維的方式直觀顯示水池信息，采用有限元方法進(jìn)行內(nèi)力分析，自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格剖分、工況組合，程序根據(jù)相應(yīng)規(guī)范自動(dòng)進(jìn)行配筋、抗裂度及裂縫寬度驗(yàn)算等，使用方便快捷，操作簡(jiǎn)單。

（1）模型簡(jiǎn)化。水池底板計(jì)算原理是采用溫克爾地基模型，假定底板下為彈性支座，基床系數(shù)即為彈性剛度，邊緣處基床系數(shù)與中心處呈線性變化，近似模擬半無(wú)限彈性體模型。模型簡(jiǎn)化為鋼筋砼水池結(jié)構(gòu)，剛性填埋庫(kù)內(nèi)填埋物及表面堆載換算為恒載加至側(cè)墻和底板，通過結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度來分配彎矩。

（2）計(jì)算結(jié)果分析。根據(jù)三維有限元模型計(jì)算結(jié)果，底板彎矩的較大值均出現(xiàn)在側(cè)墻和隔墻附近，最大彎矩為負(fù)值，表示內(nèi)側(cè)底板受拉。模型計(jì)算過程中側(cè)墻與底板之間按彈性支撐計(jì)算，考慮結(jié)構(gòu)整體的變形協(xié)調(diào)，但程序中無(wú)法剔除隔墻的土壓力，四邊均按側(cè)墻考慮，對(duì)計(jì)算結(jié)果略有影響，主要對(duì)側(cè)墻、隔墻的受力分配。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，底板最大裂縫寬度為0.12mm，底板面層彎矩分布云圖。

2.4 數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析。從底板彎矩云圖來看，兩種模型有限元計(jì)算結(jié)果彎矩分布情況基本一致，彎矩較大值均位于側(cè)墻外側(cè)底板面層附近。有限元計(jì)算底板四邊直接按固端考慮，且忽略外側(cè)底板對(duì)內(nèi)側(cè)底板的影響，由于兩種計(jì)算軟件模型簡(jiǎn)化過程存在一定差異，模型計(jì)算結(jié)果比三維水池計(jì)算結(jié)果略大，但兩種方法計(jì)算結(jié)果裂縫寬度均在最新規(guī)范規(guī)定的0.15mm以內(nèi)。同時(shí)，兩種計(jì)算方式，對(duì)地下水的影響均按定值考慮，未列入雨棚荷載，地下水及雨棚活荷載均未按波動(dòng)考慮，這將與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定差別。

3 項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自身分析。1#剛性填埋庫(kù)底板靠近側(cè)墻處兩側(cè)埋設(shè)有水平向裂縫計(jì)，用以監(jiān)測(cè)剛性填埋庫(kù)底板全生命周期裂縫發(fā)展情況。1#剛性填埋庫(kù)2007 年建設(shè)完成至今已有近12 年，封場(chǎng)已有3 年，從完建至今積累了大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為分析剛性庫(kù)各個(gè)階段底板裂縫發(fā)展情況提供可靠依據(jù)。為更好的分析裂縫發(fā)展趨勢(shì)，將剛性填埋庫(kù)分成以下幾個(gè)監(jiān)測(cè)期：空庫(kù)- 穩(wěn)定期、空庫(kù)-2#庫(kù)（臨庫(kù)）填埋期、填埋期及滿庫(kù)- 封場(chǎng)后穩(wěn)定期?？諑?kù)- 穩(wěn)定期、空庫(kù)-2#庫(kù)（臨庫(kù)）填埋期及填埋期與理論計(jì)算無(wú)直接聯(lián)系，但可進(jìn)行趨勢(shì)分析，理論計(jì)算值應(yīng)與滿庫(kù)- 封場(chǎng)后穩(wěn)定期進(jìn)行對(duì)比。

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值對(duì)比。根據(jù)上述分析，理論計(jì)算只能與滿庫(kù)- 封場(chǎng)穩(wěn)定期監(jiān)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，主要得出以下結(jié)論：①理論值計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值基本相吻合，基本未超過0.15mm；②理論計(jì)算值只考慮永久荷載，未考慮地下水位波動(dòng)、雨棚自重、風(fēng)荷載、施工荷載等，因此，理論計(jì)算值為定值，監(jiān)測(cè)值為波動(dòng)值；③理論計(jì)算值

對(duì)監(jiān)測(cè)預(yù)警值起到控制性上限作用。

4 結(jié)論

剛性填埋庫(kù)底板裂縫寬度理論計(jì)算，不管通過什么模型計(jì)算，只能考慮某個(gè)組合的永久或偶然荷載，其計(jì)算值均為定值，屬于一維尺度，只能對(duì)最不利工況進(jìn)行控制性計(jì)算，作為監(jiān)測(cè)預(yù)警值上限依據(jù)；而監(jiān)測(cè)值實(shí)際反應(yīng)了周邊環(huán)境實(shí)時(shí)變化，其計(jì)算值屬于動(dòng)態(tài)值，屬于二維尺寸，可以按照時(shí)間軸與實(shí)際影響荷載關(guān)聯(lián)分析，通過趨勢(shì)分析進(jìn)行預(yù)判，作為指導(dǎo)剛性填埋庫(kù)安全填埋的依據(jù)；監(jiān)測(cè)值理論上不應(yīng)大于理論計(jì)算值。

從剛性填埋庫(kù)安全運(yùn)行角度出發(fā)，結(jié)合模型計(jì)算及長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，剛性填埋庫(kù)底板裂縫預(yù)警值可根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50046-2018）從嚴(yán)設(shè)置，定為0.15mm，但實(shí)際安全運(yùn)行值應(yīng)按照老規(guī)范、原設(shè)計(jì)定為0.20mm。實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)監(jiān)測(cè)值有超過預(yù)警值趨勢(shì)時(shí)，建議關(guān)聯(lián)分析地下水位、沉降、填埋均勻填埋程度、周邊場(chǎng)地荷載等指標(biāo)是否異常，及時(shí)調(diào)整影響因子，增加監(jiān)測(cè)頻率，確保剛性填埋庫(kù)安全運(yùn)行。