浅谈钢筋混凝土圆筒仓基础设计.pdf

煤炭工程 2 0 1 0年第 6期 浅谈钢筋混凝土圆筒仓基础设计 王宁生 ( 兰州煤矿设计研究院，甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘要：钢筋混凝土圆筒仓设计时，基础设计是否合理 ，直接关 系到筒仓结构的安全和经济 效果。文章通过分析钢筋混凝土圆筒仓基础的受力特征和设计要 求，结合 以往 的设计 经验，对 目 前几种常用基础形式的结构特点、使用条件及经济效果进行 了分析 ，指 出钢筋混凝土 圆筒仓在基 础设计时，必须考虑多种 因素 ，通过综合比较 ，才能确定最佳基础方案。论文总结了一些设计经 验和体会 ，供结构设计人 员参考。 关键词 ：钢筋混凝土筒仓 ；基础形式；设计要求 中图分类号：T D 2 1 4 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 0) 0 6 4 3 0 1 6 - 0 2 Co mme n t s o n d e s i g n o f f o un da t i o n f o r r e i n f o r c e d c o nc r e t e s i l o W ANG Ni n g s he n g ( L a n z h o u D e s i g n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e o f C o a l Mi n e ， L a n z h o u 7 3 0 0 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Du ri n g t h e d e s i g n o f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s i l o，t h e f o u n d a t i o n d e s i g n r a t i o n a l o r n o t w o u l d b e d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e s a f e t y a n d e c o n o mi c r e s u l t s o f t h e s i l o s t r u c t u r e Wi t h t h e a n a l y s i s o n t h e s t r e s s e d f e a t u r e s a n d d e s i g n r e q u i r e me n t s o f t h e f o u n d a t i o n f o r t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s i l o ， i n c o mb i n a t i o n wi t h t h e p r e v i o u s d e s i gn e x p e ri e n c e s ，t h e p a p e r a n aly z e d t h e s t ruc t u r a l f e a t u r e s o f t he pr e s e n t s e v e r a l c o nv e nt i o n a l f o u n d a t i o n t y p e s a nd t he a p p l i e d c o n d i t i o n a n d e c o no mi c r e s u l t s Th e p a p e r p r o v i d e d t h a t d u rin g t h e fou n d ati o n d e s i g n o f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s i l o，s e v e r a l f a c t o r s s h o u l d b e c o n s i d e r e d a n d t h e o p t i mi z e d f o u n d a t i o n p l a n c o u l d b e d e t e r mi n e d a f t e r a c o mp r e h e n s i v e c o mp a r i s o n T h e p a p e r s u mma r i z e d s o me d e s i g n e x p e rie n c e s a n d c o mme n t s a s t h e r e f e r e n c e s f o r t h e s t ruc t u r e d e s i g n i n g p e r s o n n e 1 Ke y wo r d s ：r e i nfo r c e d c o n c r e t e s i l o ；f o u n d a t i o n f o r m；d e s i g n r e q u i r e me n t 钢筋混凝土圆筒仓被广泛应用于煤炭、粮食、电力等 行业用于储存散装物料。根据生产需要，筒仓除了采用单 仓独立布置形式 以外 ，常 由多个筒仓按 照单排 或多排 行列 布置成群仓。筒仓具有 高度大 、荷 载重的特 点 ，尤其 群仓 在工作过程中各仓空满程度不一，引起地基基础的受力变 形不均匀。因此筒 仓基础 设计时需 要考虑 的因素很 多 ，设 计是否合理，直接关系到筒仓结构的安全和经济效果，尤 其在基础形式的选择上，只有经过多种方案的综合比较， 才能确定最佳的基 础设 计方 案。通过对大 量工程 实例 的分 析比较，总结出各种基础形式的特点及使用范围，可供设 计时参考。 1 钢筋混凝土圆筒仓基础的设计要求 1 )根据 钢筋混凝土筒仓设计规 范G B 5 0 0 7 7 2 0 0 3 ，筒仓的地基基础设计等级应为乙级；筒仓地基基础 设计时，除应满足承载力计算的有关规定外，应按地基变 1 6 形设计。按 承载 能力极 限状态 设计筒 仓基础 时 ，应 采用基 本组合 ，并应 符合下 列规定 ：整 体相连 的群仓基 础 ，应 取 空仓、满仓的荷载效应组合，基底边缘处地基的最小压应 力值应大于零；按正常使用极限状态设计简仓基础时，应 取标准组合，其倾斜率不应大于0 0 0 4，平均沉降量不应大 于2 00mm，同时应满足工艺专业的要求。圆筒仓的 自重及 储料荷载大，而平面面积及占地面积较小，单位面积荷载 大，基础形式必须适应上部结构性能和地基强度条件，才 能满足规范要求 ，保证筒仓 的使用安全 。 2 )基础设计时既要充分利用地基承载力，又要将地基 变形控制在允许的范围内。鉴于筒仓基础的受力特征，应 仔细研究原位地质勘探报告，综合分析压缩层深度内各土 层的性状和相互作用，主要取决于土层在垂直和水平方向 的均匀程度、排水 固结能力、土层受力稳定条件等。设计 时，通过调整基础的平面形状及各部分尺寸以控制基底压 应力，充分利用电算进行反复试算 ，使基础结构能够抵抗 收稿 日期 ：2 0 0 9 0 3 0 8 作者简介：王宁生( 1 9 6 9一) ，男，甘肃宁县人，工程师，国家一级注册结构工程师，1 9 9 4年毕业于中国矿业大学建筑 系工业与民用建筑专业 ，主要从事工业与民用建筑结构设计。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 6期 煤炭工程 各种不同 因素 的复 合作用 ，保证筒 仓 在各 种空 、满 仓组 合 和各种不同荷载组合下均安全可靠。 3 )在满足抗震稳定及整体倾斜限值的前提下，尽量减 小基础埋置深度，以缩短工期 ，降低单位工程造价。根据 对以往地震区筒仓的调查和正常使用中的实际观察，基础 埋深较大的筒仓，地震时震害轻，倾斜小 ；但如果基础埋 置过深，将增加投资费用及施工工期，达不到较好的经济 的效果 ，尤其采用板式基础或筏式基础的筒仓，其整体倾 斜及地震 时的危害 程度 与基础 埋深 没有 明显关 系 。除采用 箱形基础 的筒仓基 础埋 置较深 以外 ，大部 分筒仓 基 础 的埋 深只需满足规范要求：天然地基或复合地基，可取筒仓高 度的 1 1 5 ；桩基础可取筒仓高度的 1 1 8 ( 桩长不计在内) 。 4 )基础 形式应 结 合仓 下 支撑 结 构及 仓 底物 料 运输 方 式 ，在满足生产要求的前提下，力求构造简单、整体性好 ， 以方 便施工并 达到较好 的经济效果 。 2 钢筋混凝土圆筒仓基础形式 目前钢筋混凝土圆筒仓常用的基础形式有：环形基础 、 板式基础、筏式基础、箱形基础 、桩基础。除桩基础外， 其余均为天然地 基或 复合 地基 上的 基础形 式 ，具 有整 体性 好，基底受力较均匀，能减小基础不均匀沉降的特点。 1 )环 形基 础 ：适 用 于地 质 条件 好 的情 况 ：如 岩石 地 基 、卵石 地 基 等。 当地 基 承 载 力 特 征值 大 于等 于 5 0 0 k P a 时，经济效果最明显，是一种造价低、用材省、工期短的 基础形式 ，基础 部分 的 工程 费用 约 占总 费 用 的 1 2 左右 。 当简仓内径 d n 1 0 m，由筒壁支撑或筒壁与壁柱共同支撑 时 ，采用环形 基础 ；当 d n1 0 m，采用 通道 式仓 底 ，由部 分筒壁和中间承重墙支撑时，可以设计成条形和部分环形 基础 。设计时 ，钢筋混凝土基础 在与筒壁 连接处应 设环梁 ； 素混凝土基础 和毛石混凝 土基础台阶应满足 刚性角 的要 求。 2 )板式基础及筏式基 础 ：适用 于地基 条件较 差 ，上部 结构传来的荷载较大的情况；当地基承载力特征值在 2 0 o 3 5 0 k 时选用较为合理。板式基础及筏式基础构造简单，施 工较方便 ，是圆筒仓最常用的基础形式 ，工程造价也比较经 济 ，基础部分 的工程费用 约占总费用的 2 0 2 5 左 右。对 于依靠筒壁或筒壁和中间柱共同支撑的筒仓，根据筒仓的直 径和荷载情况，当简仓内径 1 0 m时，宜采用板式基础； 当 d nl O m且为双跨铁路线的大型筒仓可采用筏式基础 。板 式基础或筏式基础设计时，基础与筒壁相连处均应设环梁或 放大脚，板式基础与柱底相连处应设柱墩。 3 )箱形基础：当地基上部荷载较大或上层软弱土层较 厚 ，采用前两 种基 础 不 能满 足地 基 承载 力 或变 形 要求 时 ， 可采用箱形 基础 。箱 形基 础施 工较 复杂 ，工 期较 长 ，基 础 部分的工程费用约占总费用的2 5 2 8 ，但其整体刚度 大 ，可将筒仓上 部荷载 有效 地扩 散传 给地 基 ，同时又能 调 整与抵抗地基的不均匀沉降，并减少不均匀沉降对上部结 构的不利影响；由于箱基的宽度及埋深均较大，地基承载 力特征值经宽度及埋深修正后大幅提高，且箱基为空心结 构 ，基坑开挖时挖除的土方 自重可抵消部分上部结构荷载， 属于补偿型设计，可有效减小基底 的附加应力，使地基沉 降减小。建于软弱地基土层 的简仓采用箱基可避免打桩或 加固地基 ，可 以达到较 好 的综合 经济效 果 。设 计 时 ，箱形 地下室基础高度 应不小于筒仓高度 h的 1 1 21 1 0 。对 于单排布置的群仓，由于简仓之间联系少 ，纵向刚度较差， 可在群仓外围紧靠筒壁沿纵向增设两道附加地下纵墙，把 彼 此几乎是独立的 圆筒 地下 室连 成一个 具有 足够 刚度 的整 体 ，以满足箱基纵 向整 体弯 曲 的刚度要 求 。对 于筒壁 和 中 间柱共同支撑的筒仓，应沿仓底 内柱设置纵横向基础梁， 既能增加箱形基础底板 的刚度，又可 以减少基础底板 的 厚度 。 4 )桩基础 ：当筒仓荷载较大而地基上部土层比较软 弱 ，采用其他基础形式不能满足设计要求 ，或地基会发生 地震液化时可以采用桩基础。桩基础由设置于岩土中的桩 和与桩顶连接的平板式或梁板式承台共同组成。若地基坚 硬土层埋深不大时，可以采用端承桩 ，否则采用摩擦桩。 基桩形式根 据工程地质情况及施工条件 可选用钻孔 灌注桩 、 人工挖孔灌注桩及预制桩。桩的人土深度根据土层条件和 单桩 承载力 而定 。 当采 用单 桩承 载力较 高 的大直径 钻孔 灌 注桩或人 工挖孔灌 注桩 时 ，应 沿简 壁及柱 布置 井桩 ，这样 可 以减 小承台厚 度 ；当采 用预 制桩 时 ，应在 承台 范围 内均 匀 布桩 ，桩 间距一般采用 2 4倍 桩直径 ，承台厚度应 以冲 切计算确定。采用桩基础时，筒仓倾斜及基础沉降都较小， 基础抗震性能也较好，如果有好的桩基持力层，且具备施 工条件，采用桩基可以缩短工期 ，节约投资；桩基础工程 费用主要与桩的入土深度及基桩形式有关，往往要 占整个 筒仓工程费用 的一半 左右 ，而且施 工时需 要专业 的队伍 及 相应 的机械设备 。采用 桩基础 时必 须充 分考 虑施工 能力 和 工程条件 ，如果 考虑 不周 ，往 往会 增大施 工难 度并 提高基 础 的工程费用 。 3结语 钢筋 昆 凝土筒仓作为一种散料装储设施 ，在许多行业 广泛应用 。而我 国及其 他 国家均 发生过 群仓 倾斜 、沉 降过 大甚至倒 塌 的事 故 ，严 重影 响 生 产 ，造成 很 大 经 济损 失。 因此总结已有的设计经验，分析筒仓基础的设计要求及不 同基础的特点和使用条件，对于提高设计技术水平，预防 事故、降低工程造价十分必要。简仓 的基础形式要综合考 虑多种因素，经多方案比较后方可确定。 参 考文 献 ： 1 G B 5 o o 7 7 2 0 0 3 钢筋混凝土筒仓设计规范 S 2 G B 5 0 0 7 2 0 0 2 建筑地基基础设计规范 S 3 陈希哲 土力学地基基础 M 北京 ：清华大学 出版社 4 朱彦鹏 特种 结构 M武汉 ：武汉工业大学 出版社 ( 责任编辑章新敏) 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m