關(guān)于化工區(qū)大型儲(chǔ)液罐樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的討論

趙曉輝

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193）

本儲(chǔ)液罐屬于某工廠的5000t過(guò)氧化物工程，位于寧波市鎮(zhèn)海區(qū)。本罐直徑11m，高12.5m，為大型罐，內(nèi)存易燃易爆液體，活荷載大，總重量大，所處地點(diǎn)軟弱土多規(guī)定為不利地段，因此對(duì)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性提出高要求。為了提高穩(wěn)定性本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)。本人對(duì)此工程樁基礎(chǔ)做以下論述。如有不足請(qǐng)各位專家、同行、朋友、斧正。

1 場(chǎng)地

1.1 場(chǎng)地概況

勘測(cè)場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本加速度值為0.10g,設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅳ類，特征周期為0.65s,屬建筑抗震不利地段，通過(guò)勘察為非液化場(chǎng)地，可不考慮地震液化及軟土震陷影響。

地下水穩(wěn)定水位為埋深0.35～0.85m，場(chǎng)地地下水為淺部孔隙水及中深部的孔隙弱承壓水。場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)局為腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，在長(zhǎng)期浸水條件下具微腐蝕性，在干濕交替下具弱腐蝕性。

氣候條件：本地區(qū)年平均氣溫17.3℃。歷年極端高溫40.6℃，極端最低氣溫-5.9℃。本地區(qū)年平均相對(duì)濕度為79%，年極端最小相對(duì)濕度為13%。

1.2 地震液化評(píng)價(jià)

本場(chǎng)地20m深度范圍內(nèi)有1b層粘質(zhì)粉土分布，分別對(duì)四塊地區(qū)根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）4.3節(jié)內(nèi)容。按抗震設(shè)防烈度7度區(qū)考慮，采用標(biāo)貫試驗(yàn)成果進(jìn)行判別。Ncr值應(yīng)按下列公式計(jì)算：Ncr=N0β[ln(0.6ds+1.5)-0.1dw](3/Pc)0.5

Ncr—液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值；N0—液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值（取值為7）；

β—調(diào)整系數(shù);(取值為0.8)；ds—飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度；（m）；dw—地下水位（m）；ds—飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度（m）；Pc—粘粒含量百分率。

場(chǎng)地20m深范圍內(nèi)液化判別成果如下此場(chǎng)地為非液化場(chǎng)地

1.3 場(chǎng)地類別

根據(jù)1×106萬(wàn)“中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖（GB18306-2001）”、寧波市“地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖（2001），按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），本場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，地震動(dòng)峰值加速度為0.10g,設(shè)計(jì)地震分組屬于第一組見(jiàn)表1。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB5023-2008）8.0.3-1條，及3.0.3-2條抗震設(shè)防類別為乙類的重點(diǎn)設(shè)防類別應(yīng)按提高1度要求進(jìn)行抗震措施。

表1 剪切波速成果表

（基巖面埋深）大于80m，地基土20m深度范圍內(nèi)等效剪切波速Vse小于150m/s,根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）表4.1.6綜合判定：建筑場(chǎng)地類別為Ⅳ類，場(chǎng)地特征周期為0.65s，場(chǎng)地土類型為軟弱土?？辈靾?chǎng)地屬建筑抗震不利地段。

2 樁的選型

按照《寧波市建筑樁基設(shè)計(jì)與施工細(xì)則》沉管灌注樁直徑377樁入土深度不應(yīng)超過(guò)28m，單樁承載力設(shè)計(jì)值不宜超過(guò)400kN，直徑426樁入土深度不應(yīng)超過(guò)32m，單樁承載力設(shè)計(jì)值不宜超過(guò)500kP。

對(duì)于預(yù)制樁、沉管灌注樁及鉆孔灌注樁均可按浙江省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DB33／1001－2003）》之 5.2.8 條公式計(jì)算 Ra=πD∑ψsiqsia.l1+ψpApqpa計(jì)算。

分別以5個(gè)地塊為計(jì)算依據(jù)，估算各樁型單樁承載力特征值Ra（kN）如表2。

表2 單樁承載力估算表

2.1 預(yù)應(yīng)力管樁

該樁型主要優(yōu)點(diǎn)有：樁身強(qiáng)度高，樁身質(zhì)量由制作廠商保證，沉樁質(zhì)量易滿足要求?，F(xiàn)場(chǎng)管理容易，質(zhì)量較為可靠，但根據(jù)場(chǎng)地地基土特點(diǎn)和施工環(huán)境需解決問(wèn)題：本場(chǎng)地6a、7a、8a層為中、粗砂層，當(dāng)樁端置于6a層頂面，可采用靜壓方式，當(dāng)樁端進(jìn)入該層足夠深度或穿越該層時(shí)，沉樁困難大，需合理配重或采用錘擊沉樁。其它地層適宜各種沉樁方式。

2.2 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁屬于非擠土樁，無(wú)振動(dòng)、低噪音，成樁直徑大，單樁承載力高，樁徑及樁長(zhǎng)易控制，適宜本廠區(qū)巖土工程條件及施工環(huán)境，總體對(duì)環(huán)境影響較小。但其成樁質(zhì)量存在著受施工單位的施工工藝、施工設(shè)備和施工人員技術(shù)素質(zhì)等因素的影響，樁底沉渣及樁側(cè)泥皮厚度等直接影響單樁承載力。采用后壓漿鉆孔樁，其承載力特征值因通過(guò)設(shè)計(jì)試樁確定。該樁型經(jīng)濟(jì)造價(jià)相對(duì)較高。

2.3 沉管灌注樁

沉管灌注樁具有樁長(zhǎng)控制方便、工程造價(jià)低等特點(diǎn)，但其單樁承載能力偏低、成樁質(zhì)量相對(duì)較差、施工噪音大，一般用于低層或多層建筑。按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）第3.3.2.2條規(guī)定，沉管灌注樁用于淤泥及淤泥質(zhì)土層時(shí)，僅局限于多層住宅的樁基。

沉管灌注樁屬于部分?jǐn)D土樁，對(duì)鄰近已有建構(gòu)筑物造成一定的影響，因此需要采取切實(shí)有效的防護(hù)措施，如合理安排沉樁順序、進(jìn)度。

根據(jù)寧波市行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《寧波市建筑樁基設(shè)計(jì)與施工細(xì)則》（2001甬 DBJ02-12）第 3.2.7t條，φ377沉管灌注樁樁長(zhǎng)不宜超過(guò)28m，單樁承載了設(shè)計(jì)值不宜超過(guò)400kN，φ426沉管灌注樁樁長(zhǎng)不宜超過(guò)32m，單樁承載力設(shè)計(jì)值不宜超過(guò)500kN。

本場(chǎng)地該樁型作為不推薦樁型。

綜上所述，就本場(chǎng)地工程地質(zhì)條件與環(huán)境條件及經(jīng)濟(jì)造價(jià)而言，采用預(yù)制混凝土樁較適宜。

選用圖集為《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（10G409）。

樁基礎(chǔ)施工對(duì)周邊環(huán)境影響評(píng)價(jià)：預(yù)制樁屬于擠土樁，對(duì)鄰近已有建構(gòu)筑物造成一定的影響，因此需要采取切實(shí)有效的防護(hù)措施，如合理安排沉樁順序、進(jìn)度，如在場(chǎng)地內(nèi)施工應(yīng)力釋放孔、沿場(chǎng)地周邊開(kāi)挖防震溝等，以防止發(fā)生基樁偏斜及浮樁，同時(shí)避免對(duì)鄰近建筑物的影響。

若采用預(yù)制樁，樁長(zhǎng)應(yīng)按貫入度進(jìn)行控制，確保樁身垂直度和接樁質(zhì)量。

3 樁的計(jì)算

3.1 罐的物理數(shù)據(jù)

直徑11m，高12.5m，容積1000m3。罐本體重270kN，內(nèi)存溶液滿載時(shí)重量為13110kN，爬梯重量為25kN。

3.2 罐的荷載計(jì)算

Q=1.2（恒荷載+爬梯恒載）+1.4（液體活載+罐頂活載）

=1.2×(470+25)+1.4×(13110+2)=18951（kN）。

3.3 風(fēng)荷載計(jì)算

Wk：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）

βz：高度Z處風(fēng)振系數(shù)（《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》8.4.1條本工程不考慮）；μs：風(fēng)荷載體系系數(shù)（《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表 8.3.1第 37項(xiàng)（b）采用 0.5）；μz：風(fēng)壓高度變化系數(shù)(《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》8.2.1條及表8.2.1.；μz=[（1.42-1.28）/(15-10)]*(12.5-10)+1.28=1.35)W0：基本風(fēng)壓（kN/m2）(《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表E.5因臺(tái)風(fēng)多取100年基準(zhǔn)為0.6)所以 Wk=0.5×1.35×0.6=0.405（kN/m2）q風(fēng)=活載系數(shù)×風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值×直徑q風(fēng)正面=6.237(kN),q風(fēng)反面=6.237(kN)，合計(jì)12.474（kN）

3.4 水平地震力計(jì)算

按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》4.4.1條本工程進(jìn)行地震力計(jì)算；按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）式5.2.1-1

Fek=α1×Geq=0.16×（25+470+13110）=2176.8(kN)

α1：水平地震影響系數(shù)（《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》表5.1.4-1，且乙類7度按提高1度取值為0.16）；Geq：結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)應(yīng)取總重力荷載代表值

3.5 上部覆土及承臺(tái)中

承臺(tái)尺寸：長(zhǎng)12.1m，寬12m，厚0.5m，密度25kN。

Q承臺(tái)及覆土重量=12×12×0.5×25=1800（kN）；豎向荷載合計(jì)：1800+18951=20751（kN）

3.6 樁基豎向承載力

由于地面下為新填土所以不考慮承臺(tái)效應(yīng)只計(jì)算樁的承載力。設(shè)計(jì)樁的受力形式為磨阻加端承型，持力層選定為6a層，樁的總長(zhǎng)度為60m。樁頂標(biāo)高為3.0m。

根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（10G409）7.2.1條和7.2.6條選用PHC、直徑700、AB型、壁厚110的預(yù)應(yīng)力樁。

3.6.1 樁的極限承載力計(jì)算

按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）

1）21孔計(jì)算

∑qsik=786.6（kN），μ=2.198，μ∑qsik=1729（kN）

hb/d=2.6/0.7＜5,所以 λp=0.16×hb/d=0.594；Aj=0.111（m2）；Ap1=0.273（m2）

樁端持力層為6a,端阻力3500kN

qpk(Aj+λpApl)=955.5（kN）。合計(jì)為 2685（kN）

2）23孔計(jì)算

∑qsik=795.3（kN），μ=2.198，μ∑qsik=1748（kN），hb/d=2.7/0.7＜5,

所以 λp=0.16×hb/d=0.594；Aj=0.111（m2）；Ap1=0.273（m2）

樁端持力層為6a,端阻力3500kN

qpk(Aj+λpApl)=955.5（kN），合計(jì)為 2703（kN）

3）25孔計(jì)算

∑qsik=750.2（kN）

μ=2.198；μ∑qsik=1648.5（kN）；hb/d=1.4/0.7＜5

所以 λp=0.16×hb/d=0.32 Aj=0.111（m2）；Ap1=0.273（m2）

樁端持力層為6a,端阻力3500kN

qpk(Aj+λpApl)=693（kN）合計(jì)為 2341（kN）

4）平均值

（2685+2703+2341）/3=2576(kN)

極差為2576-2341=235（kN），235/2576=9.1%＜30%,按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附（GB50007-2001）錄 Q0.10-6 條取平均值，為 2576（kN）

3.6.2 單樁承載力特征值

按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）

Nk＜R 5.2.1-1 式

Nk：荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合軸心豎向力作用下，樁基和復(fù)合樁基的平均豎向力；R：樁基和復(fù)合樁基豎向承載力特征值

1）按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）

單樁豎向承載力特征值Ra應(yīng)按下式確定Ra=(1/k)Quk5.2.2式

Quk：?jiǎn)螛敦Q向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值K：安全系數(shù)取為 2；Ra=2576/2=1288（kN）

2）求所需樁數(shù)

按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）

Nk=(Fk+Gk)/n 式5.1.1-1，及5.2.1-1反求樁數(shù)20751/1288=16.1(根)，取 18 根。

3.7 樁基水平力計(jì)算

按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）Hk=Hik/n(5.1.1-3)

1） 風(fēng)荷載作用下：Hk=12.474/18=0.693(kN)；2）地震荷載作用下；Hk=2176.8/18=120.9(kN)

3.8 驗(yàn)算樁身承載力

樁身計(jì)算水平荷載最大值121kN，計(jì)算豎向荷載最大值2685kN。查圖集《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（10G409）第17頁(yè)P(yáng)HC-700-AB-110的力學(xué)性能為：樁身受彎承載力設(shè)計(jì)值419kn/m,樁身受剪承載力設(shè)計(jì)值369kn,樁身受拉承載力設(shè)計(jì)值1306kn，軸心受壓承載力設(shè)計(jì)值為5124kN。

符合要求。

由工程最終選用預(yù)應(yīng)力P1+C-700-AB-110型管樁。