大型油罐桩基础的设计优化

大型油罐桩基础的设计优化摘要：结合工程实例，说明油罐采用桩基础时，要根据其负摩阻力的产生和发展，具体恰当地予以考虑，采用周边圆形，中间方形布桩，减少承台上的荷载。关键词：罐基础桩基负摩阻力承台概况某国家储备油库位于沿海地区，三面环山，中间为一簸箕形山沟。沟中间自然地面标高约为4m，场地整平标高分别为6.5m、7.5m、8.5m。地基土划分为9个工程地质层，地表有一个硬壳层；其下为软土层，厚薄不均，厚的地方达50多米，其各土层厚度及物理力学性质见下表：各土层物理力学性质指标层号岩性名称层厚（m）含水量ω天然重度kN/m3孔隙比e塑性指数IP液性指数IL压缩系数MPa-1压缩模量MPa内聚力CkPa)内摩擦角Φ度承载力特征值kpa1素填土0～1.002淤泥质粉质粘土土2.20～5..4045.417.71.24515.91.480.882.5516.48.6503淤泥质粘土7.1～39..8048.617.31.35417.21.501.152.0515.58.3554含粘性土粗砂0.80～4..9023.919.5零星分布2005粘土1.8～21..4028.119.60.79917.90.350.35.9444.617.12006粘土0.9～8.0037.718.41.05720.10.690.484.2231.714.31107粉质粘土5.10～299.130.219.30.85114.70.750.355.1232.317.42108含粘性土角烁3.10～211.819.520.50.58112.20.440.1610.032309eq\o\aac(○,2)强风化晶屑熔结结凝灰岩0.3～3.884009③中风化晶屑熔结凝凝灰岩岩石饱和单轴抗抗压强度标标准值（ffrc）35MPPa罐基础原设计要点罐基础原设计为嵌岩灌注桩，桩直径Φ800mm，单桩承载力特征值为5000kN。单罐公称容积为10×104m3，罐体直径80m，高为21.2m。设计地基处理方案，在有软土存在的地区，打塑料排水板，然后堆土6m进行预压半年以上。在实际施工时，先施工的几个罐，达不到预压半年的时间。初步设计时，单罐基础为550根桩，考虑了负摩擦力的存在。2.1在施工图时，就负摩擦力进行了分析论证。因为有30～40m厚的软弱土层存在，上部又回填开山土石，会引起软弱土层的固结沉降，也就会使桩承受负摩阻力。有时负摩阻力会很大，可以达到1000kN以上。[1]在本工程建筑基桩检测报告（第一版）[2]中，根据桩基规范[3]，计算出桩的负摩阻力约为350kN。这样，桩的承载力有很大一部分消耗在抵抗负摩阻力上，使桩的数量大大增加。但是进一步分析负摩阻力产生的条件和发展过程，可以清楚地知道，负摩阻力的产生是由于土的固结沉降超过了桩的沉降。负摩阻力也有一个由产生到增大，到最后消失的过程，即当固结沉降基本结束时，负摩阻力也就消失了。根据本工程的具体情况，打了排水板，经过半年的预压，固结率可以达到0.7～0.8。本工程的堆载预压的试验研究总结报告[4]指出，经过3个多月的预压，固结率达到0.7以上。当油罐满负荷试水时，那将在1年之后，软土固结率可以达到0.9左右，负摩阻力也就可以不考虑了。根据以上分析，设计出了305根桩的布桩图，见图1：桩的平面布置图桩的平面布置图开始为外围有两圈园形布置的桩，中间为正方形布置，见图1。对这样的布桩进行了分析：3.1周围两排园形布桩，使承台的计算模型不明确，造成承台周圈为环形和径向配置受力钢筋，而中间为纵横向布筋。为此，改为沿圆周一圈为园形布桩，其余中间全为正方形布桩，见图2。这样受力明确，计算模型为无梁楼盖，按柱上板带，跨中板带分别计算，分别配筋，除环梁外，承台钢筋纵横向布置，施工方便。在工程实例中，也有采用八角形布桩的，这样的布桩，受力也不明确，承台加大，砼增加，边梁设置困难，也不如图2的布桩方式。3.2油罐基础下的桩，承受的荷载是不完全相同的，边梁基桩承受的荷载要远低于中间桩。因此，沿周边的桩的桩距应该比中间桩的桩距大一些，以环梁受力合理，来确定周边桩的桩距。经过这样的调整，桩数为289根，见图2。4、承台上垫层的优化设计最初的承台设计见图3，承台上有500mm厚的回填开山土，要求其中的碎石粒径小于等于3cm，压实系数大于等于0.94。在回填土的上面为砂垫层，施工中，为将砂垫层密实要采用水撼砂法，有大量的水流进回填土中，土就会变成泥，难以密实。因而，将回填的开山土改为回填级配碎石，而工地上级配碎石很少，从外地用船运进来价格也较贵。最重要的是，承台上回填开山土对基础来讲并不是必需的，可以取消回填土，抬高承台，在罐壁下方设置下沉式边梁即可。取消回填土，还可以减少承台上多余的荷载，使桩的受力减小。可以减少桩的用量，修改后的承台见图4。结语在罐基础桩基的设计施工中，不断分析、总结、不断改进、优化设计，方便施工、节约投资，有以下几点体会：5.1伴随着油罐的大型化，油罐使用桩基的会越来越多，已成为不可避免的事实。桩基虽然是一种成熟的地基处理技术，但还有很多问题，要不断改进，不断完善，以求安全可靠，节约投资。5.2当有软土、填土存在的时候，有可能对桩产生负摩阻力，降低桩的有效承载力，但对桩的负摩阻力产生的条件、发展过程要全面分析，合理地确定桩的承载力，避免造成大的浪费。5.3园形油罐布桩，以周边罐壁下布一圈园形桩，中间正方形布桩较为合适，计算模型简单明确，配筋施工方便。5.4承台上尽量减少回填物，减少桩的荷载。在这里对审阅本文的同志和制图打字的同志表示感谢！参考文献：1、《地基处理》叶书麟中国建筑工业出版社2004年7月24日2、《舟山国家石油储