…… 此处隐藏0字 ……

半地下式水池抗浮稳定性分析与研究

半地下式水池抗浮稳定性分析与研究 半地下式水池抗浮稳定性分析与研究 李增涛1，付长波1，马孝云2，郭 璐2，潘信梅2 （1.海工英派尔工程有限公司设计部，山东 青岛 266101；2.青岛理工大学研究生学院，山东 青岛 266033） 摘 要：抗浮稳定性为水池结构设计的重中之重，不同抗浮方案选择将会直接影响工程施工与造价。以某港口石化有限公司3万t/a硫磺回收及溶剂再生装置液硫池单元为例，分析研究了半地下式水池的抗浮稳定性影响因素及其设计方案选择。 关键词：水池；抗浮稳定性；影响因素；设计方案 0 引 言 半地下式水池指池壁高度一半及一半以上位于地面以下的水池。目前，石油化工行业各类钢筋混凝土水池在工艺运行过程中起到储存、连接、转换、过渡等作用。由于石化行业钢筋混凝土水池用途的特殊性，一旦出现问题，将会对工厂正常化运营造成不可估计的损失，而且水池直接与土壤接触，隐蔽性强，对地下水源环境、地表水环境的影响更为突出。 由于池外侧地下水位长期处于动态变化，所以水池底部所受浮力时常变化，使得工程设计参考水位处于模糊状态，加之水池设计过程中所考虑实际情况不尽相同，给设计产品安全带来不确定性。地下水的变化，将会造成水池上浮倾斜，严重时池体会出现裂缝、位置漂移、池底上拱

破裂等现象。本文着重探讨如何正确分析与研究水池抗浮稳定性，同时通过对比分析，结合实际工程设计项目进行合适抗浮方案的选择。 1 水池抗浮稳定性验算及影响因素分析 抗浮问题是水池稳定性问题的核心问题，所谓基础决定上层建筑，因此存在上浮问题的水池是不能具备水池使用功能的。在前期设计水池过程中，验算水池抗浮稳定性是否合格有两个方面：总体抗浮验算；局部抗浮验算。 1.1 总体抗浮验算 式中：K浮为抗浮安全系数；γw为水的容重，kN/m3；AD为水池底面积（池外壁），m2；h为池底板板厚，m；H为池底内表面算起的地下水深度，m。 1.2 局部抗浮验算 存在柱子的多格水池，在水池总体不上浮情况下，为杜绝出现池底板上拱开裂现象的出现，还应验算支撑区域的局部抗浮稳定性，即进行局部抗浮验算，按下列公式［1］计算：式中：K浮为抗浮安全系数；G1为盖板自重，kN；G2为壁板自重，kN；G3为底板自重，kN；γw为水的容重，kg/m3；H为池底内表面算起的地下水深度，m；h为池底板板厚，m；A为单元网格面积；m2。 1.3 影响因素分析 从抗浮验算公式看出，影响水池抗浮稳定性的因素包括水池自重、水池埋置深度、水池底板面积等几个方面，可采用如下措施提高水池稳定性： （1）增加水池自身重量，如加厚池底、池壁厚度。 （2）增大水池外压重量，增大水池顶板、池底板外挑部分覆土重量或增加池内底板配重。 （3）减小水池埋置深

度，在满足工艺要求下，尽可能减少高度H。 （4）合理控制回填土类型与水池底面积之间关系，适当增大池底板外伸长度。 然而，地下水位变化是影响水池抗浮稳定性的直接因素，如果采用缺乏严谨性的资料，直接的后果就是导致水池结构计算的失误，设计阶段就存在安全隐患。 其次，基础处理方面应考虑地基土有未密实的杂填土、冲填土、淤泥、黏性土等饱和软弱松散的土层，重视相邻地区差别，不同项目水池应单独按实际勘察地质情况进行设计，避免出现想当然的情况。在防止因地下水位过高而引发的浮力过大导致水池倾覆同时，还应考虑由于地下水流动使得水池底板下方土体被淘蚀导致水池不均匀沉降的而引发的沉浮现象。综合分析各个相关因素才能正确设计安全稳定性的水池。 2 水池抗浮方案的优劣对比分析 水池的设计方案合理与否与建设场地、结构体型、埋置方案不同而异，这对后期的结构受力与工程造价产生直接的影响。本文总结目前最广泛使用的几种设计方案［2～5］，并且从抗浮形式、设计原理、适用范围、材料用量、工程危险期及管理成本六个方面进行对比分析，直观反映所取设计方案的优劣点，见表1。 随着抗浮设计方案越来越完善，抗浮验算已经开始探索新的设计思路，例如： （1）引入浮力折减系数［6］，即在设计计算时，浮力是可以折减的，在水池自重不变的情况下，安全系数得到明显提高。但其受到地基土质条件的限制，须因地制宜，防

止错用。 （2）水池周围设置水位自动报警装置，在限定值以下时不允许水池放空检修，其使用须在专家会审后才可建议现场管理人员使用。 （3）采用设平衡层的方法，平衡层与池底板用吊筋锚固或者平衡层设置凹槽，表现在增重池底板外侧，施工前期的危险性大大降低，相比池底内侧配重更为经济，造价也有降低。 3 半地下式水池抗浮案例分析 半地下式液硫池单体设计位于某港口石化有限公司3万t/a硫磺回收及溶剂再生装置项目，根据业主提供的岩土勘察报告，地下水位埋深0.5 m，场地类别II类，抗震等级丙类，抗震基本加速度0.10g，地震分组第三组，7度设防，环境类别具有强腐蚀性。基础持力层按粉质黏土、地基承载力特征值fak=160 kPa设计，具体结构形式见图1。 根据SH/T 3132—2013《石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范》［1］抗浮公式自制excel计算表格进行水池抗浮验算，所选用参数及其计算结果见表2，该案例仅作整体抗浮验算。 表1 不同抗浮方案优劣对比分析项目配重方案降水方案锚固方案桩基方案观察井方案埋置深度方案抗浮形式被动抗浮主动抗浮被动抗浮被动抗浮主动抗浮主动抗浮设计原理简单力系平衡，增加结构本身自重，只与排水体积有关，与地层无关降低地下水位，减小水的浮力池底预设锚杆体，锚杆提供大量抗浮力，用来抵抗水浮力适用范围适用于小型水池，同时保证水池自重与水浮力相差10%最为经济降雨量相对不多

且易控制的地区依靠土体提供侧阻力和桩自重抵抗多余浮力观测池体外部水位变化，来决定水池内部水位按照抗浮公式，水池埋置深度越小，所受浮力也越小池体本身抗浮力很小时采用，锚固地层要求严格，适用体积大埋置深的池体材料用量覆盖毛石混凝土、等级低的混凝土，额外施工材料增多，导致不经济相对用料较少，施工降水工程量增加多用于土层厚度均匀利于布置桩体地区一般不受限制受当地环境及工艺结构限制，对工艺流程要求高水池本身用料减少，锚杆用料显著增加危险期施工前期危险地下水位变化频繁不定时工程桩体用料增加，且对桩型、桩距、桩长要求过多附属结构材料用量增加，施工要求高开挖量显著减少，费用降低明显施工前期危险，做好技术交底工作施工前期危险后期使用期危险管理成本前期施工成本一般较高降水维护费用增加受地下水位变化影响减小，危险程度降低明显费用一般是配重方案的50%一般施工费用较高后期管理费用增加明显较经济合理 图1 液硫池结构 表2 excel表格抗浮运算水池设计参数指标水池抗浮计算指标水池顶板的覆土厚度/m0水池顶板的混凝土用量/m314.076水池顶板的厚度/m0.15水池底板的混凝土用量/m331.752水池内的净高度/m1.9水池侧壁的混凝土用量/m317.48水池底板的厚度/m0.3水池的混凝土用量/m363.308地下水位埋深/m0.5水池的混凝土重量/kN1 582.7水池内的净长度/m9.7水池顶板范围覆土重量/kN0水池