某终端消防水罐基础设计浅析

孙岩 雷新海

摘    要：本文在对消防水罐土层地质情况进行分析了解的基础上，通过对各种基础形式进行方案比选，结合罐区总图布置情况，最终确定采用环墙式基础，并简述设计方法和流程，以供参考。

关键词：钢储罐基础;环墙基础;设计方案

1  工程概况

1.1  地质条件

某终端二期扩建项目需新增两个1500m3的消防水罐，拟建场地属于滨海相堆积阶地地貌，场地原始地表为砂地，后用砂土铺垫，现地形平坦，局部最大高差0.62m。根据该场地岩土工程勘察报告各土层的承载力特征值（fak）和压缩模量（Es）如下。

第①层：人工填土。

第②1层：砾砂：

fak=180kPa;Es=16MPa

第②2层：细砂：

fak=150kPa;Es=11MPa

第②3层：粗砂：

fak=160kPa;Es=13MPa

第②4层：黏土：

fak=100kPa;Es=4.8MPa

第②5层：砾砂：

fak=190kPa;Es=17MPa

第③1层：细砂：

fak=180kPa;Es=12MPa

第③2层：粉质黏土：

fak=150 kPa;Es=5.8MPa

第④1层：细砂：

fak=200kPa;Es=12MPa

第④2层：粘土：

fak=210kPa;Es=6.3MPa

第④3层：粗砂：

fak=240kPa;Es=14MPa

场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g（第一组）。特征周期为0.45s，建筑场地类别为III类。

拟建场地地下水位约2.5m～3.0m，地下水位年变化幅度为1.0m左右，根据该市地方史志资料以及地区经验数据，拟建场地抗浮设计水位为1.5m。

1.2  设备参数

新增的消防水罐为钢制储罐。储罐内直径13500mm，罐体高度12610mm，液面设计高度12200mm，储存介质为水，公称容积1500m3，计算容积1805m3，空罐质量63000kg，储罐最大质量1810000kg，当地50年一遇基本风压0.85kPa。

2  设计方案

2.1  基础选型

护坡式基础、环墙式基础、外环墙式基础、桩基基础均可作为储罐基础的形式。储罐基础的选型应根据储罐的形式、容积、场地地质条件、施工条件和经济合理性等综合确定。

本工程消防储罐基底平均压力为154.9kPa，小于天然地基承载力特征值180kPa。仅当天然地基承载力小于基底平均压力，地基变形不能满足规范要求或者存在液化土层地基处理有困难或不便做地基处理时才采用桩基础。另外通过该厂区地质勘察报告可知不存在液化土层，因此本工程不采用造价较高桩基基础。

经过方案估算，消防水罐整体倾斜沉降量、罐周边不均匀沉降量、罐中心沉降差满足《钢制储罐地基基础设计规范》（以下简称规范）表6.1.3内限值要求。因此本工程可采用护坡式基础、环墙或外环墙式基础。但考虑到新增两消防水罐间距过近，中间还设置有管墩和过桥，如采用环墙基础可有效节省基础占地面积。与此同时，消防水罐的大部分荷载通过罐底板直接传至地基，环墙只承受罐壁及罐顶的重量和小部分介质的重量，只有在沿储罐壁板下的地基出现不均匀沉降时， 环墙才能发挥其作用，因此基础截面比普通钢筋混凝土基础要小的多，可有效节约工程造价。

综上所述采用环墙式基础为本工程最优选择。

2.2  环墙计算

2.2.1  环墙厚度计算

根据《钢制储罐地基基础设计规范》环墙厚度b计算如下：

b=gk/[（1-β）γLhL-（γc-γm）h]=

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

取环墙厚度300mm。式中各符号含义详见规范，此处不再赘述。

2.2.2  单位高度环向内力设计值计算

单位高度环向内里设计值应分以下两种情况计算，并在配筋计算时取较大值：

（1）充水试压：

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——为水、环墙内各层材料的自重分项系数，取1.1和1.2;

γQL——为使用阶段储存介质分项系数，取1.3;

hw——为环墙顶面至罐内最高储水面高度;

hL——为环墙顶面至罐内最高储液面高度。

（3）环墙截面配筋。

单位高度环向钢筋截面积计算：

As=γ0Ft/fy=1[×]396.58/360=1101

按构造配筋实配[Φ]12@150。式中γ0为结构重要性系数;fy为钢筋的抗拉强度设计值。

（4）地基承载力及地基变形验算。

本工程地基承载力验算满足规范要求;储罐整体倾斜、罐周边不均匀沉降和储罐中心与储罐周边沉降差均符合规范表6.1.3要求，此处不再列出计算方法。

2.3  材料和构造

本工程消防水罐底部填料层挖除耕植土后回填粘性土，分层压实，压实系数0.94。填料层上部为砂垫层和沥青绝缘层，由中心向四周找坡。瀝青绝缘层为100mm厚，比重7：93。

为避免环墙内各垫层积水，沿周长每隔10m设置直径50mm的预埋钢管，并向环墙外侧找坡，环墙内预埋钢管周围300mm[×]300mm[×]500mm范围内回填卵石。预埋钢管与卵石反滤层交界处设置[Φ]6钢筋焊网。

根据相关规范要求，消防储罐施工完成后、充水试压前、充水试压过程间、充满水稳压阶段、放水过程、放水后、投产后正常使用过程中应进行沉降观测。因此应在消防水罐基处上设置沉降观测点。根据规范6.3.2条相关要求，公称容积2000m3以下的储罐应设置4个沉降观测点。4个观测点沿环墙周长均匀布置，在环墙外侧高出地面部分预埋钢板，钢板上焊接L36[×]5的角钢。

3  结束语

本文以某终端二期扩建项目新增1500m3消防水罐为工程实例，系统的介绍了钢质储罐的基础选型方法及环墙基础的计算和构造设计方法，为今后环墙类基础的设计提供了参考依据。

参考文献：

[1] GB 50473-2008.钢制储罐地基基础设计规范[S].