[发明专利]一种功能梯度混凝土复合井壁及制作方法

说明书

本发明公开了属于立井施工技术领域的一种功能梯度混凝土复合井壁及其制作方法。所述功能梯度混凝土复合井壁采用预制或者现场浇筑方式制成；包括多层同轴紧密结合的弹性模量不同的混凝土井壁，层间设阻尼材料层，各层井壁设置成不同厚度。本发明充分利用混凝土材料性能，制成一种对混凝土强度要求较低、壁厚较小、工程造价低的功能梯度混凝土复合井壁。厚壁圆筒的弹性极限承载力显著提高不需使用高强度混凝土。井壁厚度减小，材料使用量降低，大幅度减少工程造价。

技术领域

本发明属于立井施工技术领域，特别涉及一种功能梯度混凝土复合井壁及其制作方法。

背景技术

立井常见于地下工程，在矿产开采、隧道修建、水利工程等方面都有着广泛应用。传统的单层均质立井在外边缘作用有径向压力时，井壁中的应力分布不均，在内边缘附近将产生较大的切向应力集中现象，若井壁厚度或强度不够，则会发生破坏。为使井壁结构的极限承载力得到提高，现阶段采用的一种方法是增大壁厚，但当井壁厚度增大到一定限度时，内缘附近的切向应力难以大幅度减小，即井壁极限承载力不能得到有效提高。另一种方法是增大混凝土强度，以此来提高井壁的极限承载力，但此种方法对混凝土材料性能的利用不够充分。而且这两种方法均大大增加了立井的成本，增加了工程的造价

发明内容

本发明的目的是提出一种功能梯度混凝土复合井壁及其制作方法，其特征在于，所述功能梯度混凝土复合井壁可采用预制或者现场浇筑方式制成；包括多层同轴紧密结合的弹性模量不同的混凝土井壁，层间设阻尼材料层，各层井壁设置成不同厚度；

一种功能梯度混凝土复合井壁的制作方法，其特征在于，其施工步骤为：

(1)在施工位置开挖半径为R2的竖井，选取半径分别为R0和R1的模板分别作为内层井筒的内模和外层井筒的内模，将两模板固定，为保证井壁厚度均匀，应该使内、外模中轴线重合；

(2)进行外层混凝土浇筑，半径为R1的模板在混凝土达到预定强度后作为阻尼材料层，不进行拆除；阻尼材料就是包括木质或钢质的模板材料；

(3)在半径分别为R0的模板外表面均匀涂抹脱模剂，浇筑内层混凝土；

(4)待内外层混凝土强度均达到预定值后拆除半径为R0的内模；

(5)继续向下开挖半径为R2的竖井，重复以上步骤，直至达到预定深度，功能梯度混凝土复合立井施工完成。

所述R0R1R2

本发明的有益效果是本发明充分利用混凝土材料性能，制成一种对混凝土强度要求较低、壁厚较小、工程造价低的功能梯度混凝土复合井壁。厚壁圆筒的弹性极限承载力显著提高、与现有均质混凝土立井相比，本发明具有如下显著的技术优势与特点：

(1)井壁的承载力显著提高。功能梯度混凝土复合井壁在破坏时发生的最大径向位移与应变均比传统的单层均质井壁有明显增大。功能梯度混凝土复合井壁通过材料组成沿径向方向的变化，减小内边缘处切向应力集中的现象，从而使极限承载力得到提高。

(2)减小井壁厚度，对混凝土强度要求较低，造价低。功能梯度混凝土复合井壁具有较高的极限承载力，与传统的单层均质井壁相比，不需使用高强度混凝土。井壁厚度减小，材料使用量降低，大幅度减少工程造价。

(3)充分发挥井壁的材料性能。复合混凝土井壁受到周围土体压力作用时，弹性模量较小的内层井壁有较大压缩，实现径向柔性让压，使井壁沿径向应力分布更为均匀。井壁达到极限承载力时各层井壁同时发生塑性破坏，使井壁的材料性能得到充分发挥。

附图说明

图1a、图1b为功能梯度混凝土复合井壁示意图。

图2为理想功能梯度井壁不同半径处弹性模量变化图

图3为分层功能梯度井壁不同半径处弹性模量变化图