某終端消防水罐基礎設計淺析

孫巖 雷新海

摘 ? ?要：本文在對消防水罐土層地質情況進行分析了解的基礎上，通過對各種基礎形式進行方案比選，結合罐區總圖布置情況，最終確定采用環墻式基礎，并簡述設計方法和流程，以供參考。

關鍵詞：鋼儲罐基礎;環墻基礎;設計方案

1 ?工程概況

1.1 ?地質條件

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，現地形平坦，局部最大高差0.62m。根據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

場地抗震設防烈度為6度，設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，根據該市地方史志資料以及地區經驗數據，擬建場地抗浮設計水位為1.5m。

1.2 ?設備參數

新增的消防水罐為鋼制儲罐。儲罐內直徑13500mm，罐體高度12610mm，液面設計高度12200mm，儲存介質為水，公稱容積1500m3，計算容積1805m3，空罐質量63000kg，儲罐最大質量1810000kg，當地50年一遇基本風壓0.85kPa。

2 ?設計方案

2.1 ?基礎選型

護坡式基礎、環墻式基礎、外環墻式基礎、樁基基礎均可作為儲罐基礎的形式。儲罐基礎的選型應根據儲罐的形式、容積、場地地質條件、施工條件和經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。另外通過該廠區地質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。

經過方案估算，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《鋼制儲罐地基基礎設計規范》（以下簡稱規范）表6.1.3內限值要求。因此本工程可采用護坡式基礎、環墻或外環墻式基礎。但考慮到新增兩消防水罐間距過近，中間還設置有管墩和過橋，如采用環墻基礎可有效節省基礎占地面積。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，環墻只承受罐壁及罐頂的重量和小部分介質的重量，只有在沿儲罐壁板下的地基出現不均勻沉降時， 環墻才能發揮其作用，因此基礎截面比普通鋼筋混凝土基礎要小的多，可有效節約工程造價。

綜上所述采用環墻式基礎為本工程最優選擇。

2.2 ?環墻計算

2.2.1 ?環墻厚度計算

根據《鋼制儲罐地基基礎設計規范》環墻厚度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

取環墻厚度300mm。式中各符號含義詳見規范，此處不再贅述。

2.2.2 ?單位高度環向內力設計值計算

單位高度環向內里設計值應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、環墻內各層材料的自重分項系數，取1.1和1.2;

γQL——為使用階段儲存介質分項系數，取1.3;

hw——為環墻頂面至罐內最高儲水面高度;

hL——為環墻頂面至罐內最高儲液面高度。

（3）環墻截面配筋。

單位高度環向鋼筋截面積計算：

As=γ0Ft/fy=1[×]396.58/360=1101

按構造配筋實配[Φ]12@150。式中γ0為結構重要性系數;fy為鋼筋的抗拉強度設計值。

（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范表6.1.3要求，此處不再列出計算方法。

2.3 ?材料和構造

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。

為避免環墻內各墊層積水，沿周長每隔10m設置直徑50mm的預埋鋼管，并向環墻外側找坡，環墻內預埋鋼管周圍300mm[×]300mm[×]500mm范圍內回填卵石。預埋鋼管與卵石反濾層交界處設置[Φ]6鋼筋焊網。

根據相關規范要求，消防儲罐施工完成后、充水試壓前、充水試壓過程間、充滿水穩壓階段、放水過程、放水后、投產后正常使用過程中應進行沉降觀測。因此應在消防水罐基處上設置沉降觀測點。根據規范6.3.2條相關要求，公稱容積2000m3以下的儲罐應設置4個沉降觀測點。4個觀測點沿環墻周長均勻布置，在環墻外側高出地面部分預埋鋼板，鋼板上焊接L36[×]5的角鋼。

3 ?結束語

本文以某終端二期擴建項目新增1500m3消防水罐為工程實例，系統的介紹了鋼質儲罐的基礎選型方法及環墻基礎的計算和構造設計方法，為今后環墻類基礎的設計提供了參考依據。

參考文獻：

[1] GB 50473-2008.鋼制儲罐地基基礎設計規范[S].