【加固糾偏工程案例】預應力技術在回轉窯墩基加固工程中的應用
貴州省某水泥廠回轉窯為長100.94m、直徑3m的筒體，由4個窯墩基礎支承，筒體安裝坡度為4%。轉窯投產運行僅3個月，廠方便發現2號墩基在距墩頂下2.5m處，有1條最大縫寬達3.2mm的水平裂縫，此裂縫與窯筒體坡度方向恰相反。由于墩基搖動幅度越來越大，故被迫停產。
2號墩基的建筑場地位于巖溶洼地中部，地勢平坦，地表水排泄不暢，雨季時局部有積水，其地質狀況自上而下為：（1）人工填土，為黃褐色粘土含少量磚屑和碎石，結構松散，厚0.7m；（2）第四系殘積土層，為黃褐色粘土，可塑或軟塑狀，厚7.6~8.4m，fk=110kPa；（3）三疊系中統關嶺組巖石強風化帶，厚1.0~1.4m，泥質白云巖破碎疏松，呈粉砂或碎塊狀，黃灰色，fk =300kPa；（4）巖石中風化帶，泥質白云巖較堅硬完整，有風化褪色現象，fk =1500kPa。
為控制墩基沉降，設計以巖石中風化帶作持力層。2號窯墩由4根樁身直徑為1.3m、擴底直徑為2.0m的人工挖孔灌注樁支承，要求樁嵌入泥質白云巖中風化帶不小于0.5m。
據資料顯示，樁下部在灌注混凝土時，投放了約20%的毛石，使設計C18的混凝土變成了毛石混凝土。并在毛石拋入過程中，打壞了固定樁豎筋用的三角加強箍筋，造成有的豎筋環向間距偏移84~116mm，設計單位曾在樁頂使用5Φ25鋼筋與各樁伸出的豎筋作過焊接連接處理。墩基施工時，混凝土又未能連續澆注，兩次混凝土澆灌間隔時間達2個月之久，在距墩頂2.5m處留下了施工縫。
1、裂縫原因分析
轉窯簡體通過托輪對2號墩基作用的豎向力為1900kN，水平推力為380kN，設計動力系數取值為1.2。墩基裂縫開展與筒體坡度方向相反的原因成為分析時爭議的焦點。
原設計2號窯墩在轉窯及墩基自重作用下總的豎向力為6.0×103kN，由水平推力作用在墩基底面及合力偏心引起的彎矩值為3.94×103kN.m，用它們來復核樁身及樁擴底后地基土對端承樁的承載能力，設計均能滿足使用要求?？紤]到樁下部混凝土放有部分毛石，使混凝土強度等級降低，采用C13來驗核樁身，仍留有足夠的安全儲量。因此，原設計及加部分毛石于樁下部混凝中致使窯墩產生裂縫的可能性應予排除。
從施工資料了解到，墩基下樁深雖達10m，但在第四系土層挖孔成型較好，施工中又是按先做100~150mm厚混凝土護壁，后灌注混凝土樁的工序施工的，從未發生過垮塌，因此存在斷樁的可能性極小。如果墩基裂縫是由樁的施工質量使樁沉降引起，則轉窯筒體以1.35r/min的速度運行時，由于筒體有一定的撓曲，會造成筒體與托輪的間隙的大小隨筒體的運轉不斷變化，墩基側面會因此每隔0.74min被反復拉開又被反復壓緊，位于露天的窯墩，遇雨地表水滲入會引起地基上逐漸軟化成泥漿，通過墩基與基土之間的縫隙不斷被擠出，在基礎與地坪兩側就會出現泥漿。而現場觀察未見此種痕跡，也無墩基斜傾、下陷等現象發生。因此亦可排除因沉降誘發窯墩產生裂縫的可能。
根據計算，2號窯墩在裂縫截面處最大壓應力為82.5kPa，最大拉應力為26.5kPa；在上下模板交界處恰為施工縫位置。由于距窯墩頂2.5m處的施工縫界面，未經適當的技術處理，上下混凝土結合差，抗拉強度很低，在窯體往上竄的水平推力作用下，就會發生與轉窯筒體坡度方向相反的窯墩水平裂縫。
2、加固設計
因對原墩基豎向配筋不明，且混凝土己產生較寬的裂縫，故本工程加固不宜在計算中考慮原墩基豎向鋼筋的作用。加固計算按《混凝土結構設計規范》中預應力混凝土結構有關計算公式進行，主要驗算墩基正截面承載力及抗裂。在計算預應力損失時，因本加固預應力筋上端錨固與原墩基頂部鋼筋用焊接連接，下端錨固在墩基底部擴展基礎中，無張拉端錨具變形和鋼筋內縮問題，但考慮到原墩基有較寬的水平裂縫，雖用環氧樹脂漿液注入填滿，但兩個裂開的塊體會有一定的預壓變形，其值取α=lmm計算。對構件抗裂驗算，要求加固后的墩基在使用階段，混凝土受拉邊緣處不應出現裂縫，并僅驗算原墩基已產生水平裂縫的最薄弱處，其截面只用加固后新增的外包矩形環截面，換算成工字形偏心受壓構件來計算。
3、結語
用折線法預應力加固水泥回轉窯墩產生的水平裂縫，其結構受力狀況比常規加大截面法更合理經濟，施工也簡單有效。窯墩僅經15d搶救即投產運行，比預計提前一半時間，僅計算水泥熟料產值便可增加120萬元，經濟效果十分顯著。轉窯運行2年后復查，墩基無裂縫等異?，F象產生，說明加固方案正確。
原墩基頂以下2.5m水平裂縫處，經計算混凝土邊緣受拉應力并不大，如施工時混凝土能連續澆注，不留施工縫，一般不會造成事故，應引以為戒。
墩基產生的水平裂縫方向與轉窯簡體坡度方向相反，是一次少見的事故實例，認識它對事故產生原因及設計加固方案正確與否起關鍵的作用。從事故處理中得到的啟示是建筑物鑒定工作者不但須具備設計與施工經驗，還須熟知生產工藝流程，才不致失誤。