[發明專利]一種功能梯度混凝土復合井壁及制作方法

在審

• 申請號: 202010181862.4
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111287754A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 張寧;張雨辰;呂愛鐘;陳旭光
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: E21D5/11
• 分類號: E21D5/11;E21D5/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于立井施工技術領域的一種功能梯度混凝土復合井壁及其制作方法。所述功能梯度混凝土復合井壁采用預制或者現場澆筑方式制成；包括多層同軸緊密結合的彈性模量不同的混凝土井壁，層間設阻尼材料層，各層井壁設置成不同厚度。本發明充分利用混凝土材料性能，制成一種對混凝土強度要求較低、壁厚較小、工程造價低的功能梯度混凝土復合井壁。厚壁圓筒的彈性極限承載力顯著提高不需使用高強度混凝土。井壁厚度減小，材料使用量降低，大幅度減少工程造價。

技術領域

本發明屬于立井施工技術領域，特別涉及一種功能梯度混凝土復合井壁及其制作方法。

背景技術

立井常見于地下工程，在礦產開采、隧道修建、水利工程等方面都有著廣泛應用。傳統的單層均質立井在外邊緣作用有徑向壓力時，井壁中的應力分布不均，在內邊緣附近將產生較大的切向應力集中現象，若井壁厚度或強度不夠，則會發生破壞。為使井壁結構的極限承載力得到提高，現階段采用的一種方法是增大壁厚，但當井壁厚度增大到一定限度時，內緣附近的切向應力難以大幅度減小，即井壁極限承載力不能得到有效提高。另一種方法是增大混凝土強度，以此來提高井壁的極限承載力，但此種方法對混凝土材料性能的利用不夠充分。而且這兩種方法均大大增加了立井的成本，增加了工程的造價

發明內容

本發明的目的是提出一種功能梯度混凝土復合井壁及其制作方法，其特征在于，所述功能梯度混凝土復合井壁可采用預制或者現場澆筑方式制成；包括多層同軸緊密結合的彈性模量不同的混凝土井壁，層間設阻尼材料層，各層井壁設置成不同厚度；

一種功能梯度混凝土復合井壁的制作方法，其特征在于，其施工步驟為：

(1)在施工位置開挖半徑為R2的豎井，選取半徑分別為R0和R1的模板分別作為內層井筒的內模和外層井筒的內模，將兩模板固定，為保證井壁厚度均勻，應該使內、外模中軸線重合；

(2)進行外層混凝土澆筑，半徑為R1的模板在混凝土達到預定強度后作為阻尼材料層，不進行拆除；阻尼材料就是包括木質或鋼質的模板材料；

(3)在半徑分別為R0的模板外表面均勻涂抹脫模劑，澆筑內層混凝土；

(4)待內外層混凝土強度均達到預定值后拆除半徑為R0的內模；

(5)繼續向下開挖半徑為R2的豎井，重復以上步驟，直至達到預定深度，功能梯度混凝土復合立井施工完成。

所述R0R1R2

本發明的有益效果是本發明充分利用混凝土材料性能，制成一種對混凝土強度要求較低、壁厚較小、工程造價低的功能梯度混凝土復合井壁。厚壁圓筒的彈性極限承載力顯著提高、與現有均質混凝土立井相比，本發明具有如下顯著的技術優勢與特點：

(1)井壁的承載力顯著提高。功能梯度混凝土復合井壁在破壞時發生的最大徑向位移與應變均比傳統的單層均質井壁有明顯增大。功能梯度混凝土復合井壁通過材料組成沿徑向方向的變化，減小內邊緣處切向應力集中的現象，從而使極限承載力得到提高。

(2)減小井壁厚度，對混凝土強度要求較低，造價低。功能梯度混凝土復合井壁具有較高的極限承載力，與傳統的單層均質井壁相比，不需使用高強度混凝土。井壁厚度減小，材料使用量降低，大幅度減少工程造價。

(3)充分發揮井壁的材料性能。復合混凝土井壁受到周圍土體壓力作用時，彈性模量較小的內層井壁有較大壓縮，實現徑向柔性讓壓，使井壁沿徑向應力分布更為均勻。井壁達到極限承載力時各層井壁同時發生塑性破壞，使井壁的材料性能得到充分發揮。

附圖說明

圖1a、圖1b為功能梯度混凝土復合井壁示意圖。

圖2為理想功能梯度井壁不同半徑處彈性模量變化圖

圖3為分層功能梯度井壁不同半徑處彈性模量變化圖