大型石油化工水池抗浮设计

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1、大型石油化工水池抗浮设计　　摘要：石油化工地下水池或半地下水池抗浮设计方案的选择直接关系到水池结构设计的合理性和经济性，特别是大型水池因设计方案的不同对工程造价影响极大。本文将根据实际工程，应用锚杆技术解决大型石油化工水池整体抗浮问题，并用锚杆承受池底水浮力，使池底板可以采取接近构造底板的结构形式，从而实现大型石油化工水池设计的合理性和经济性。关键词：锚杆；整体抗浮；整体式构造底板中图分类号：U455.7+1文献标识码：A文章编号：概述：近年来，随着石油化工装置规模的不断大型化，随之而来的是与其配套的消防水池、事故水池等池类结构也随之大型化，当地下水位较高时，水池的抗浮设计及水池底板的设计尤

2、为重要，合理的结构设计可以较好的降低工程造价，从而做到结构安全、经济合理。本文结合自己近年来设计水池的工程经验，从水池的自重和池底水浮力大小总结出比较合理的抗浮设计方案。水池抗浮设计方案的分析比较：水池抗浮设计整体稳定性验算公式：7G/F≥1.05其中：G表示水池内不盛水时水池自重等永久性荷载标准值；F表示水浮力标准值。图1为设置锚桩或锚杆水池整体抗浮受力示意图。其中G1表示池体自重，G2表示水池压重，G3表示池底外挑墙址上土压重，N1表示池底抗拔桩或锚杆的抗拔力，F1表示由抗拔桩或锚杆划分的每个计算单元内的水浮力，如图1所示。图1水池整体抗浮受力示意图目前，实际工程中常用的水池抗浮设计方案

3、有：1）自重抗浮；2）压重抗浮；3）打抗拔桩抗浮或者打锚杆抗浮等方法。其中自重抗浮和压重抗浮的设计方案适用于平面尺寸较小和地下水浮力较小的情况，一般水浮力为水池自重1.0~1.25倍时采用自重抗浮或压重抗浮是比较经济的。对于平面尺寸及水浮力较大的大型石油化工水池，一般情况下，地下水浮力可以达到水池自重的1.5倍左右，甚至更大，此时若通过水池自重或者压重是很难满足水池的抗浮要求的，并且水池底板的计算也将非常困难，因为，水池底板的计算原则是：1）地基反力按直线分布，有水浮力的情况下，水浮力也应按直线分布考虑。2）池底一般视为简支于池壁之上，按刚性地基板或弹性地基板。由此带来一个直接的问题是：7大

4、型水池池底板跨度较大，导致底板跨中弯矩很大，为满足池底板的抗弯，池底厚度会很厚，钢筋用量较高，造成水池造价过高。为了解决这个问题，可以考虑采用打抗拔桩或者设置锚杆来加以解决。此种设计方案对大型半地下池和地下池的抗浮是非常好有效的，不仅能满足水池的整体抗浮，还能通过抗拔桩或锚杆的合理设置解决水池的局部抗浮问题，同时，因为抗拔桩或锚杆抵抗了池底水浮力，当池底地基土的承载力特征值达到130kp以上时，可考虑水池池底板采用近似整体式构造底板的做法，从而为大型石油化工水池底板的计算提供了便利条件。抗拔桩的布置宜选用桩径较小、单桩承载力较低的桩进行密布，由于桩端承载力对单桩抗拔力无帮助，故不需要进入硬土

5、层。锚杆分为土层锚杆和岩石锚杆两类，锚杆的布置相比抗拔桩较密，故对水池底板的整体作用更接近于均布荷载，有利于减轻池底板抗渗、抗裂的不利影响。但锚杆施工专业性较强，需要专业的施工队伍进行施工，其浆液的配置和施工过程的技术控制对锚杆的抗拔力起着决定性的作用，在使用土层锚杆时应考虑其可靠性。工程设计实例宁波某大型化工厂事故水池平面尺寸：45.0mx60.0mx7.0m(深)，单区格，为露天半地下水池、水池地下净深度4.0m，无顶盖，见下图“事故水池剖面图”。7该水池所在场地地下水最高水位为地表处，根据地质勘查报告，用于水池抗浮计算的计算水位为地表标高，本工程地质土层分布情况如下：第一层：素填土，f

6、ak=100KPa，层厚0.5m；第二层：淤泥质粘土，fak=50KPa，层厚1.2~3.0m；第三层：粉质粘土，层厚8~10m，承载力特征值140KN；第四层：强风化凝灰岩400KN，层厚大于8.0m。以下分别采用压重抗浮、打抗拔桩抗浮和岩石锚杆抗浮的设计方案进行对比分析。压重抗浮设计方案采用池周外挑墙址上压重和池内压重联合使用的方法，经计算：池壁、底板钢筋混凝土工程量：4021.4.0m3池内填筑毛石混凝土或低标号素混凝土工程量：2700.0m3池壁周边外挑墙址上毛石混凝土工程量：1580.0m3总浮力：F=184785.0kN总抗浮力：G=4021.4x25+(2700+1580)x2

7、3=198975.0kN抗浮稳定验算：G/F=198975.0/184785.0=1.08＞1.05，满足要求。抗拔桩抗浮设计方案池壁、底板钢筋混凝土工程量：2669.4m37池壁周边外挑墙址上毛石混凝土工程量：784.0m3总浮力：F=141064.0kN，采用直径600mm钻孔灌注桩做为抗拔桩，抗拔桩需要承担的力：F’=141064x1.05-(2669.4x25+784x23)=63350.2kN经计算