大型石油化工水池的抗浮設(shè)計

1、<p>　　大型石油化工水池的抗浮設(shè)計</p><p>　　摘 要：石油化工地下水池或半地下水池抗浮設(shè)計方案的選擇直接關(guān)系到水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的合 </p><p>　　理性和經(jīng)濟(jì)性，特別是大型水池因設(shè)計方案的不同對工程造價影響極大。本文將根據(jù)實際工 </p><p>　　程，應(yīng)用錨桿技術(shù)解決大型石油化工水池整體抗浮問題，并用錨桿承受池底水浮力，使池底 <

2、/p><p>　　板可以采取接近構(gòu)造底板的結(jié)構(gòu)形式，從而實現(xiàn)大型石油化工水池設(shè)計的合理性和經(jīng)濟(jì)性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：錨桿；整體抗?。徽w式構(gòu)造底板 </p><p>　　中圖分類號：U455.7+1文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　概 述： </b></p><p&

3、gt;　　近年來，隨著石油化工裝置規(guī)模的不斷大型化，隨之而來的是與其配套的消防水池、事故水池等池類結(jié)構(gòu)也隨之大型化，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，水池的抗浮設(shè)計及水池底板的設(shè)計尤為重要，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以較好的降低工程造價，從而做到結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)合理。 </p><p>　　本文結(jié)合自己近年來設(shè)計水池的工程經(jīng)驗，從水池的自重和池底水浮力大小總結(jié)出比較合理的抗浮設(shè)計方案。 </p><p>　　水池抗浮

4、設(shè)計方案的分析比較： </p><p>　　水池抗浮設(shè)計整體穩(wěn)定性驗算公式： </p><p>　　G/F≥1.05 其中：G表示水池內(nèi)不盛水時水池自重等永久性荷載標(biāo)準(zhǔn)值；F表示水浮力標(biāo)準(zhǔn)值。圖1為設(shè)置錨樁或錨桿水池整體抗浮受力示意圖。其中G1表示池體自重，G2表示水池壓重，G3表示池底外挑墻址上土壓重，N1表示池底抗拔樁或錨桿的抗拔力，F(xiàn)1表示由抗拔樁或錨桿劃分的每個計算單元內(nèi)的水浮力，

5、如圖1所示。 </p><p>　　圖1水池整體抗浮受力示意圖 </p><p>　　目前，實際工程中常用的水池抗浮設(shè)計方案有：1） 自重抗?。?） 壓重抗??；3） 打抗拔樁抗浮或者打錨桿抗浮等方法。其中自重抗浮和壓重抗浮的設(shè)計方案適用于平面尺寸較小和地下水浮力較小的情況，一般水浮力為水池自重1.0~1.25倍時采用自重抗浮或壓重抗浮是比較經(jīng)濟(jì)的。對于平面尺寸及水浮力較大的大型石油化工水池

6、，一般情況下，地下水浮力可以達(dá)到水池自重的1.5倍左右，甚至更大，此時若通過水池自重或者壓重是很難滿足水池的抗浮要求的，并且水池底板的計算也將非常困難，因為，水池底板的計算原則是： 1）地基反力按直線分布，有水浮力的情況下，水浮力也應(yīng)按直線分布考慮。2）池底一般視為簡支于池壁之上，按剛性地基板或彈性地基板。由此帶來一個直接的問題是： </p><p>　　大型水池池底板跨度較大，導(dǎo)致底板跨中彎矩很大，為滿足池底板

7、的抗彎，池底厚度會很厚，鋼筋用量較高，造成水池造價過高。 </p><p>　　為了解決這個問題，可以考慮采用打抗拔樁或者設(shè)置錨桿來加以解決。此種設(shè)計方案對大型半地下池和地下池的抗浮是非常好有效的，不僅能滿足水池的整體抗浮，還能通過抗拔樁或錨桿的合理設(shè)置解決水池的局部抗浮問題，同時，因為抗拔樁或錨桿抵抗了池底水浮力，當(dāng)池底地基土的承載力特征值達(dá)到130kp以上時，可考慮水池池底板采用近似整體式構(gòu)造底板的做法，從而

8、為大型石油化工水池底板的計算提供了便利條件。 </p><p>　　抗拔樁的布置宜選用樁徑較小、單樁承載力較低的樁進(jìn)行密布，由于樁端承載力對單樁抗拔力無幫助，故不需要進(jìn)入硬土層。 </p><p>　　錨桿分為土層錨桿和巖石錨桿兩類，錨桿的布置相比抗拔樁較密，故對水池底板的整體作用更接近于均布荷載，有利于減輕池底板抗?jié)B、抗裂的不利影響。但錨桿施工專業(yè)性較強，需要專業(yè)的施工隊伍進(jìn)行施工，其漿

9、液的配置和施工過程的技術(shù)控制對錨桿的抗拔力起著決定性的作用，在使用土層錨桿時應(yīng)考慮其可靠性。 </p><p><b>　　工程設(shè)計實例 </b></p><p>　　寧波某大型化工廠事故水池平面尺寸：45.0mx60.0mx7.0m(深)，單區(qū)格，為露天半地下水池、水池地下凈深度4.0m，無頂蓋，見下圖“事故水池剖面圖”。 </p><p>

10、　　該水池所在場地地下水最高水位為地表處，根據(jù)地質(zhì)勘查報告，用于水池抗浮計算的計算水位為地表標(biāo)高，本工程地質(zhì)土層分布情況如下： </p><p>　　第一層： 素填土，fak=100KPa，層厚0.5m；第二層： 淤泥質(zhì)粘土，fak=50KPa，層厚1.2~3.0m；第三層：粉質(zhì)粘土，層厚8~10m，承載力特征值140KN；第四層：強風(fēng)化凝灰?guī)r400KN，層厚大于8.0m。 </p><p&g

11、t;　　以下分別采用壓重抗浮、打抗拔樁抗浮和巖石錨桿抗浮的設(shè)計方案進(jìn)行對比分析。 </p><p><b>　　壓重抗浮設(shè)計方案 </b></p><p>　　采用池周外挑墻址上壓重和池內(nèi)壓重聯(lián)合使用的方法，經(jīng)計算： </p><p>　　池壁、底板鋼筋混凝土工程量：4021.4.0m3 </p><p>　　池內(nèi)填筑毛

12、石混凝土或低標(biāo)號素混凝土工程量：2700.0m3 </p><p>　　池壁周邊外挑墻址上毛石混凝土工程量：1580.0m3 </p><p>　　總浮力： F=184785.0kN </p><p>　　總抗浮力： G=4021.4x25+(2700+1580)x23=198975.0kN </p><p>　　抗浮穩(wěn)定驗算： G/F=19

13、8975.0/184785.0=1.08＞1.05，滿足要求。 </p><p>　　抗拔樁抗浮設(shè)計方案 </p><p>　　池壁、底板鋼筋混凝土工程量：2669.4m3 </p><p>　　池壁周邊外挑墻址上毛石混凝土工程量：784.0m3 </p><p>　　總浮力： F=141064.0kN， 采用直徑600mm鉆孔灌注樁做為抗拔

14、樁， </p><p>　　抗拔樁需要承擔(dān)的力： F’=141064x1.05-(2669.4x25+784x23)=63350.2kN </p><p>　　經(jīng)計算，單樁抗拔承載力特征值為： Ra=201.0kN </p><p>　　抗浮需要的抗拔樁數(shù)量為：n=63350.2/201.0=315.2根， 取324根。 </p><p>　

15、　抗浮穩(wěn)定驗算：G/F=[(2669.4x25+784x23)+324x201.0]/141064.0=1.06＞1.05,滿足要求。 </p><p>　?。?） 巖石錨桿抗浮設(shè)計方案 </p><p>　　池壁、底板鋼筋混凝土工程量： 2669.4m3 </p><p>　　池壁周邊外挑墻址上毛石混凝土工程量：784.0m3 </p><p&

16、gt;　　總浮力： F=141064.0kN； </p><p>　　巖石錨桿需要承擔(dān)的力：F’=141064x1.05-(2669.4x25+784x23)=63350.2kN </p><p>　　考慮錨桿貫穿土層，且進(jìn)入強風(fēng)化凝灰?guī)r巖層，錨桿直徑100mm，長8m，錨固體 </p><p>　　采用C4O細(xì)石混凝土，錨桿受拉桿采用HRB400級鋼筋，經(jīng)計算，單

17、根錨桿的抗 </p><p>　　拔承載力特征值為： </p><p>　　Rt=(La∏Dqs)/K+0.8∏d1lf =8x3.14x0.1x0.050x103/1.6+0.8x3.14x0.1x3.0x0.12x103=168.9kN </p><p>　　抗浮需要的錨桿數(shù)量為：n=63350.2/168.9 =375.1根， 經(jīng)布排后，取400根。 <

18、/p><p>　　抗浮穩(wěn)定驗算： G/F=[(2669.4x25+784x23)+400x168.9]/141064.0=1.08＞1.05，滿足要求。 </p><p>　　表一是根據(jù)以上抗浮設(shè)計方案，得到的經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比。 </p><p>　　表一：大型石油化工水池抗浮設(shè)計方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比 </p><p>　　由以上可知，本工程由于采用了錨

19、桿抵抗水池所承受的浮力，水池底板采用了整體構(gòu)造式底板，因而減少了池底板的工程量，簡化了池底板的計算過程，采用錨桿抗浮設(shè)計即可滿足大型石油化工水池的整體抗浮設(shè)計，同時可以有效降低工程建設(shè)成本。 </p><p><b>　　結(jié) 論 </b></p><p>　?。?）對于石油化工水池的整體抗浮設(shè)計，需要考慮水池的大小、水池進(jìn)入地下水的深度（水浮力的大小），池底地質(zhì)狀況等

20、因素，綜合考慮采用何種抗浮設(shè)計方案。大型石油化工事故池的抗浮設(shè)計方案是否合理，對結(jié)構(gòu)受力和工程造價有著直接的影響，且投資費用相差較大。 </p><p>　　（2） 與相關(guān)專業(yè)協(xié)商，通過修改部分設(shè)備性能及減小水池地下部分的深度，以減小水浮力，從而減少因抗浮增加的建設(shè)費用。 </p><p>　　（3） 為使水池抗浮設(shè)計方案更加合理經(jīng)濟(jì)，還應(yīng)根據(jù)地下土層性質(zhì)進(jìn)行抗浮設(shè)計方案的分析對比，從而選

21、擇出適用于單體工程的抗浮設(shè)計方案。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]《石油化工鋼筋混凝土水池設(shè)計規(guī)范》 SH T 3132-2002 </p><p>　　[2]《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊 (第二版)》中國建筑工業(yè)出版社 </p><p>　　[3]《鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)與特種結(jié)