某終端消防水罐基礎(chǔ)設(shè)計淺析

孫巖 雷新海

摘 ? ?要：本文在對消防水罐土層地質(zhì)情況進行分析了解的基礎(chǔ)上，通過對各種基礎(chǔ)形式進行方案比選，結(jié)合罐區(qū)總圖布置情況，最終確定采用環(huán)墻式基礎(chǔ)，并簡述設(shè)計方法和流程，以供參考。

關(guān)鍵詞：鋼儲罐基礎(chǔ);環(huán)墻基礎(chǔ);設(shè)計方案

1 ?工程概況

1.1 ?地質(zhì)條件

某終端二期擴建項目需新增兩個1500m3的消防水罐，擬建場地屬于濱海相堆積階地地貌，場地原始地表為砂地，后用砂土鋪墊，現(xiàn)地形平坦，局部最大高差0.62m。根據(jù)該場地巖土工程勘察報告各土層的承載力特征值（fak）和壓縮模量（Es）如下。

第①層：人工填土。

第②1層：礫砂：

fak=180kPa;Es=16MPa

第②2層：細砂：

fak=150kPa;Es=11MPa

第②3層：粗砂：

fak=160kPa;Es=13MPa

第②4層：黏土：

fak=100kPa;Es=4.8MPa

第②5層：礫砂：

fak=190kPa;Es=17MPa

第③1層：細砂：

fak=180kPa;Es=12MPa

第③2層：粉質(zhì)黏土：

fak=150 kPa;Es=5.8MPa

第④1層：細砂：

fak=200kPa;Es=12MPa

第④2層：粘土：

fak=210kPa;Es=6.3MPa

第④3層：粗砂：

fak=240kPa;Es=14MPa

場地抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g（第一組）。特征周期為0.45s，建筑場地類別為III類。

擬建場地地下水位約2.5m～3.0m，地下水位年變化幅度為1.0m左右，根據(jù)該市地方史志資料以及地區(qū)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，擬建場地抗浮設(shè)計水位為1.5m。

1.2 ?設(shè)備參數(shù)

新增的消防水罐為鋼制儲罐。儲罐內(nèi)直徑13500mm，罐體高度12610mm，液面設(shè)計高度12200mm，儲存介質(zhì)為水，公稱容積1500m3，計算容積1805m3，空罐質(zhì)量63000kg，儲罐最大質(zhì)量1810000kg，當?shù)?0年一遇基本風(fēng)壓0.85kPa。

2 ?設(shè)計方案

2.1 ?基礎(chǔ)選型

護坡式基礎(chǔ)、環(huán)墻式基礎(chǔ)、外環(huán)墻式基礎(chǔ)、樁基基礎(chǔ)均可作為儲罐基礎(chǔ)的形式。儲罐基礎(chǔ)的選型應(yīng)根據(jù)儲罐的形式、容積、場地地質(zhì)條件、施工條件和經(jīng)濟合理性等綜合確定。

本工程消防儲罐基底平均壓力為154.9kPa，小于天然地基承載力特征值180kPa。僅當天然地基承載力小于基底平均壓力，地基變形不能滿足規(guī)范要求或者存在液化土層地基處理有困難或不便做地基處理時才采用樁基礎(chǔ)。另外通過該廠區(qū)地質(zhì)勘察報告可知不存在液化土層，因此本工程不采用造價較高樁基基礎(chǔ)。

經(jīng)過方案估算，消防水罐整體傾斜沉降量、罐周邊不均勻沉降量、罐中心沉降差滿足《鋼制儲罐地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）表6.1.3內(nèi)限值要求。因此本工程可采用護坡式基礎(chǔ)、環(huán)墻或外環(huán)墻式基礎(chǔ)。但考慮到新增兩消防水罐間距過近，中間還設(shè)置有管墩和過橋，如采用環(huán)墻基礎(chǔ)可有效節(jié)省基礎(chǔ)占地面積。與此同時，消防水罐的大部分荷載通過罐底板直接傳至地基，環(huán)墻只承受罐壁及罐頂?shù)闹亓亢托〔糠纸橘|(zhì)的重量，只有在沿儲罐壁板下的地基出現(xiàn)不均勻沉降時， 環(huán)墻才能發(fā)揮其作用，因此基礎(chǔ)截面比普通鋼筋混凝土基礎(chǔ)要小的多，可有效節(jié)約工程造價。

綜上所述采用環(huán)墻式基礎(chǔ)為本工程最優(yōu)選擇。

2.2 ?環(huán)墻計算

2.2.1 ?環(huán)墻厚度計算

根據(jù)《鋼制儲罐地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》環(huán)墻厚度b計算如下：

b=gk/[（1-β）γLhL-（γc-γm）h]=

10.85/[（1-0.5）[×]10[×]12-（25-18）[×]1.8]=228mm

取環(huán)墻厚度300mm。式中各符號含義詳見規(guī)范，此處不再贅述。

2.2.2 ?單位高度環(huán)向內(nèi)力設(shè)計值計算

單位高度環(huán)向內(nèi)里設(shè)計值應(yīng)分以下兩種情況計算，并在配筋計算時取較大值：

（1）充水試壓：

Ft=（γQW γWhw+0.5γQm γmh）KR=

（1.1[×]10[×]12.2+0.5[×]1.2[×]18[×]1.8）[×]0.33[×]6.75=342.23kN/m

（2）正常使用：

Ft=（γQLγLhL +0.5γQm γWh）KR=

（1.3[×]10[×]12.2+0.5[×]1.2[×]18[×]1.8）[×]0.33[×]6.75=396.58kN/m

式中：

γQW、γQm——為水、環(huán)墻內(nèi)各層材料的自重分項系數(shù)，取1.1和1.2;

γQL——為使用階段儲存介質(zhì)分項系數(shù)，取1.3;

hw——為環(huán)墻頂面至罐內(nèi)最高儲水面高度;

hL——為環(huán)墻頂面至罐內(nèi)最高儲液面高度。

（3）環(huán)墻截面配筋。

單位高度環(huán)向鋼筋截面積計算：

As=γ0Ft/fy=1[×]396.58/360=1101

按構(gòu)造配筋實配[Φ]12@150。式中γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);fy為鋼筋的抗拉強度設(shè)計值。

（4）地基承載力及地基變形驗算。

本工程地基承載力驗算滿足規(guī)范要求;儲罐整體傾斜、罐周邊不均勻沉降和儲罐中心與儲罐周邊沉降差均符合規(guī)范表6.1.3要求，此處不再列出計算方法。

2.3 ?材料和構(gòu)造

本工程消防水罐底部填料層挖除耕植土后回填粘性土，分層壓實，壓實系數(shù)0.94。填料層上部為砂墊層和瀝青絕緣層，由中心向四周找坡。瀝青絕緣層為100mm厚，比重7：93。

為避免環(huán)墻內(nèi)各墊層積水，沿周長每隔10m設(shè)置直徑50mm的預(yù)埋鋼管，并向環(huán)墻外側(cè)找坡，環(huán)墻內(nèi)預(yù)埋鋼管周圍300mm[×]300mm[×]500mm范圍內(nèi)回填卵石。預(yù)埋鋼管與卵石反濾層交界處設(shè)置[Φ]6鋼筋焊網(wǎng)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，消防儲罐施工完成后、充水試壓前、充水試壓過程間、充滿水穩(wěn)壓階段、放水過程、放水后、投產(chǎn)后正常使用過程中應(yīng)進行沉降觀測。因此應(yīng)在消防水罐基處上設(shè)置沉降觀測點。根據(jù)規(guī)范6.3.2條相關(guān)要求，公稱容積2000m3以下的儲罐應(yīng)設(shè)置4個沉降觀測點。4個觀測點沿環(huán)墻周長均勻布置，在環(huán)墻外側(cè)高出地面部分預(yù)埋鋼板，鋼板上焊接L36[×]5的角鋼。

3 ?結(jié)束語

本文以某終端二期擴建項目新增1500m3消防水罐為工程實例，系統(tǒng)的介紹了鋼質(zhì)儲罐的基礎(chǔ)選型方法及環(huán)墻基礎(chǔ)的計算和構(gòu)造設(shè)計方法，為今后環(huán)墻類基礎(chǔ)的設(shè)計提供了參考依據(jù)。

參考文獻：

[1] GB 50473-2008.鋼制儲罐地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].