關于剛性填埋庫底板裂縫的研究及應用

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

（1、南京綠環廢物處置中心，江蘇 南京210047 2、上海勘測設計研究院有限公司，上海200434 3、南京市生態環境保護科學研究院，江蘇 南京210013）

1 項目概況

江蘇某危廢處置中心是該市環保“十五”規劃重點工作之一，是該市第一個集中控制危險廢物污染的區域性基礎設施。以其一期工程為例，采用下沉式鋼筋混凝土分倉結構。地下剛性填埋庫共設置2×3 個庫，1～3#庫為3 個獨立的填埋庫聯成一排，4～6#庫為整體式底板；總庫容約為9.07 萬m3。

以最先填埋完成的1#剛性填埋庫為例，分析研究從完建期空庫工況至運行期滿庫工況底板裂縫寬度的整個發展情況。1#剛性填埋庫尺寸為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；庫內填埋物重度按15kN/m3設計。剛性庫斷面圖如圖1 所示（圖中尺寸以mm計，高程以m計）。

1#剛性填埋庫示意圖

2 工程實例計算分析

原設計采用有限元軟件進行計算，根據《地下工程防水技術規范》（GB50108-2001），裂縫寬度按0.2mm 控制。根據現行《工業建筑防腐蝕設計規范》（GB/T 50046-2018），裂縫控制寬度應控制在0.15mm，原設計底板裂縫寬度限制達不到新規范要求，但實際計算裂縫寬度均在0.15mm 以內。為更好的復核原裂縫寬度的誤差范圍，采用最新版三維水池軟件進一步復核，對比分析兩種計算結果，為底板裂縫寬度限制的選取提供相互佐證的理論依據。

2.1 計算工況

空庫工況：主要受剛性填埋庫自重、庫周側向土壓力影響，底板跨中以內側受拉為主，底板與側墻交匯處以底板外側受壓為主。

滿庫工況：主要受填埋廢棄物自重應力為主，庫周側向土壓力與廢棄物側向力有近乎抵消的趨勢，底板跨中以外側受拉為主，底板與側墻交匯處受側墻約束，以外側受拉為主。

從原始計算結果來看，滿庫工況較空庫工況底板所受內力更大，并且為持久工況，本次主要對滿庫工況底板進行受力分析及裂縫驗算。

2.2 有限元軟件計算

有限元分析軟件具有強大的建模功能，目前廣泛應用于市政、建筑、水利等工程領域的結構分析研究。建模時，需要先建立結構幾何模型，給出材料參數和單元類型，最后劃分網格，形成結構的有限元模型。

（1）模型簡化。有限元計算原理是采用彈性地基模型進行模擬，剛性庫底板兩個方向的尺寸幾乎相等，不宜取單寬簡化為梁進行計算，模型簡化為彈性地基上的雙向板計算，地基墊層系數取30000kN/m3，底板四邊位移約束法向位移設為零，且不考慮外側底板對內側底板的作用。模型尺寸為45m×45m，底板劃分為單元尺寸1m×1m的網格。

（2）計算結果分析。根據有限元計算結果，側墻和隔墻作用于底板上的彎矩對底板的內力影響很大，底板彎矩的較大值均出現在側墻和隔墻附近。模型計算過程中底板四邊按固端計算，且未考慮底板對內側底板的作用，計算結果略微偏大。根據最大彎矩值計算底板最大裂縫寬度為0.14mm，底板面層彎矩分布云圖。

2.3 三維水池模型簡化計算。水池設計軟件主要用于鋼筋砼水池結構計算，以二維和三維的方式直觀顯示水池信息，采用有限元方法進行內力分析，自動進行網格剖分、工況組合，程序根據相應規范自動進行配筋、抗裂度及裂縫寬度驗算等，使用方便快捷，操作簡單。

（1）模型簡化。水池底板計算原理是采用溫克爾地基模型，假定底板下為彈性支座，基床系數即為彈性剛度，邊緣處基床系數與中心處呈線性變化，近似模擬半無限彈性體模型。模型簡化為鋼筋砼水池結構，剛性填埋庫內填埋物及表面堆載換算為恒載加至側墻和底板，通過結構相對剛度來分配彎矩。

（2）計算結果分析。根據三維有限元模型計算結果，底板彎矩的較大值均出現在側墻和隔墻附近，最大彎矩為負值，表示內側底板受拉。模型計算過程中側墻與底板之間按彈性支撐計算，考慮結構整體的變形協調，但程序中無法剔除隔墻的土壓力，四邊均按側墻考慮，對計算結果略有影響，主要對側墻、隔墻的受力分配。根據計算結果，底板最大裂縫寬度為0.12mm，底板面層彎矩分布云圖。

2.4 數值計算結果對比分析。從底板彎矩云圖來看，兩種模型有限元計算結果彎矩分布情況基本一致，彎矩較大值均位于側墻外側底板面層附近。有限元計算底板四邊直接按固端考慮，且忽略外側底板對內側底板的影響，由于兩種計算軟件模型簡化過程存在一定差異，模型計算結果比三維水池計算結果略大，但兩種方法計算結果裂縫寬度均在最新規范規定的0.15mm以內。同時，兩種計算方式，對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考慮，這將與實測數據存在一定差別。

3 項目監測數據分析

3.1 監測數據自身分析。1#剛性填埋庫底板靠近側墻處兩側埋設有水平向裂縫計，用以監測剛性填埋庫底板全生命周期裂縫發展情況。1#剛性填埋庫2007 年建設完成至今已有近12 年，封場已有3 年，從完建至今積累了大量監測數據，為分析剛性庫各個階段底板裂縫發展情況提供可靠依據。為更好的分析裂縫發展趨勢，將剛性填埋庫分成以下幾個監測期：空庫- 穩定期、空庫-2#庫（臨庫）填埋期、填埋期及滿庫- 封場后穩定期。空庫- 穩定期、空庫-2#庫（臨庫）填埋期及填埋期與理論計算無直接聯系，但可進行趨勢分析，理論計算值應與滿庫- 封場后穩定期進行對比。

3.2 監測數據與理論計算值對比。根據上述分析，理論計算只能與滿庫- 封場穩定期監測值進行對比，主要得出以下結論：①理論值計算值與監測值基本相吻合，基本未超過0.15mm；②理論計算值只考慮永久荷載，未考慮地下水位波動、雨棚自重、風荷載、施工荷載等，因此，理論計算值為定值，監測值為波動值；③理論計算值

對監測預警值起到控制性上限作用。

4 結論

剛性填埋庫底板裂縫寬度理論計算，不管通過什么模型計算，只能考慮某個組合的永久或偶然荷載，其計算值均為定值，屬于一維尺度，只能對最不利工況進行控制性計算，作為監測預警值上限依據；而監測值實際反應了周邊環境實時變化，其計算值屬于動態值，屬于二維尺寸，可以按照時間軸與實際影響荷載關聯分析，通過趨勢分析進行預判，作為指導剛性填埋庫安全填埋的依據；監測值理論上不應大于理論計算值。

從剛性填埋庫安全運行角度出發，結合模型計算及長期監測數據結果，剛性填埋庫底板裂縫預警值可根據《工業建筑防腐蝕設計規范》（GB/T 50046-2018）從嚴設置，定為0.15mm，但實際安全運行值應按照老規范、原設計定為0.20mm。實際運行過程中，當監測值有超過預警值趨勢時，建議關聯分析地下水位、沉降、填埋均勻填埋程度、周邊場地荷載等指標是否異常，及時調整影響因子，增加監測頻率，確保剛性填埋庫安全運行。