某井控設(shè)備試壓間設(shè)計(jì)淺析

孫 巖 莫 偉

（湛江南海西部石油勘察設(shè)計(jì)有限公司， 廣東 湛江 524057）

1 項(xiàng)目概況

某公司因業(yè)務(wù)要求，需在工字梁車間內(nèi)新建井控設(shè)備試壓間，該試壓間用于防噴器、節(jié)流管匯、閥件的壓力檢測試。檢測系統(tǒng)工作原理為對設(shè)備充水試壓，檢測其承壓能力，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備承壓不足出現(xiàn)漏水立即停止試驗(yàn)，記錄所承受壓力限值。為防止試驗(yàn)時對人員和其他設(shè)備造成傷害，該試壓間設(shè)置在車間室內(nèi)地面以下，四周及底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部無頂板，凈空尺寸為：6000X5000X3700mm(長X 寬X 深)，為防止人員跌落，頂部沿四周設(shè)置鋼筋混凝土擋板，擋板上設(shè)鐵門，試壓間側(cè)壁設(shè)置鋼爬梯供試驗(yàn)人員出入。試壓間四壁和底板設(shè)置錨固設(shè)施用以固定接受檢驗(yàn)的設(shè)備。根據(jù)上述條件和要求，結(jié)合試驗(yàn)后僅極少量水流入試壓間底部，因此試壓間可按照無水地下水池進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程各土層工程地質(zhì)特征如下：第①層：素填土，為老填土，堆填時間超過十年。層厚4,5-5.1m；fak=60 kPa。 --第②層：淤泥質(zhì)粉砂，呈灰黑色，飽和，松散。層厚1.4m-2.6m；fak=60 kPa。--第③層：黏土,呈淺黃、灰黃色，粘性較強(qiáng)，土質(zhì)均勻，層厚2.6-4.3m；fak=100 kPa。--第④層：黏土，灰色，軟可塑，由粉黏粒組成，層間夾粉砂粒。層厚5.4-20.7m；fak=120 kPa。擬建區(qū)域抗震設(shè)防烈度為7 度0.10g，基本地震動加速度反應(yīng)譜特征周期為0.45s，抗震設(shè)防類別丙類。抗浮水位為車間室內(nèi)地面0.00

2 設(shè)計(jì)方法

2.1 設(shè)計(jì)總信息

敞口水池池外設(shè)計(jì)地面標(biāo)高: 0.00；池壁壁板按下端固定上端自由進(jìn)行設(shè)計(jì)；先假定池壁厚300mm；水池底板厚600mm;壁板軸線尺寸5300X6300mm,水池底板自壁板軸線算起外挑500mm;主要材料采用C30 抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級P8，鋼筋HPB300 和HRB400 兩種規(guī)格；各構(gòu)件裂縫寬度限值0.2mm。

2.2 配筋和裂縫寬度計(jì)算

壁板和底板配筋計(jì)算采用荷載基本組合值，分內(nèi)側(cè)外側(cè)兩個方向計(jì)算得出配筋。但常見的情況是，滿足強(qiáng)度控制的配筋不一定能滿足裂縫寬度控制的要求，故還須做裂縫寬度計(jì)算，同時將所求裂縫寬度的配筋和所求強(qiáng)度的配筋進(jìn)行比較，確定設(shè)計(jì)配筋的控制目標(biāo)。經(jīng)計(jì)算池壁配筋為雙層雙向ψ14@200；底板配筋為雙層雙向ψ20@200。

值得注意的是本工程荷載主要有水池自重和池壁外側(cè)土的側(cè)向壓力產(chǎn)生的永久荷載；檢修設(shè)備荷載、地下水壓力等產(chǎn)生的可變荷載和地震作用。按規(guī)范本工程只需考慮水池?zé)o水即空池?zé)o設(shè)備和空池有檢測設(shè)備（附加活荷載90kN）與地震作用兩種工況進(jìn)行荷載效應(yīng)組合，取二者最不利的情況進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算。還應(yīng)按照規(guī)范相關(guān)要求進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)下的驗(yàn)算，包括抗裂驗(yàn)算和裂縫寬度驗(yàn)算。各荷載分項(xiàng)系數(shù)和組合值系數(shù)詳見規(guī)范對應(yīng)章節(jié)，此處不再贅述。實(shí)際工作時可根據(jù)裂縫寬度限值0.2mm 反算配筋，提高工作效率。

2.3 地基承載力驗(yàn)算

fa= faE= 98.0 kPa;基底控制壓力計(jì)算:pk= (結(jié)構(gòu)自重 + 覆土重 + 池內(nèi)水重) / 底板面積

= (1396.20 kN + 976.80 kN + 0.00 kN) / 50.16 m2= 47 kPa ＜ fa= faE= 98 kPa 滿足要求。

pkmax= (結(jié)構(gòu)自重 + 覆土重 + 池內(nèi)水重) / 底板面積 + y 向水平地震彎矩 / y向抗彎截面模量 = (1396.20 kN + 976.80 kN + 0.00 kN) / 50.16 m2+ 149.60 kN.m / 55.18 m3= 50kPa ＜ 1.2faE= 118 kPa 滿足要求。

pkmin= (結(jié)構(gòu)自重 + 覆土重 + 池內(nèi)水重) / 底板面積 - y 向水平地震彎矩 / y向抗彎截面模量= (1396.20 kN + 976.80 kN + 0.00 kN) / 50.16 m2- 149.60 kN.m / 55.18 m3= 45 kPa

＞ 0 滿足要求。

2.4 抗浮驗(yàn)算

本工程屬地下水池，按規(guī)范要求應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算時應(yīng)注意不應(yīng)計(jì)入檢測設(shè)備重量。 Ksb=ΣGk/ Qf=2373/2156.88 = 1.10 ＞KS= 1.05, 滿足要求。式中Gk為水池整體抗浮力標(biāo)準(zhǔn)值；Qf為作用于水池底板上的浮力標(biāo)準(zhǔn)值；KS為水池整體抗浮穩(wěn)定系數(shù)，對于地下水池的整體抗浮計(jì)算取1.05。

2.5 構(gòu)造要求

除了按規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)算和配筋計(jì)算外，水池的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足構(gòu)造要求，對于直接與土和地下水接觸地下水池，壁板的混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于30mm;底板的保護(hù)層厚度不應(yīng)小于40mm（有墊層），本工程取規(guī)范最小值30mm 和40mm。

為避免水池壁板與底板交界處應(yīng)力集中產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，在轉(zhuǎn)角處設(shè)置加腋構(gòu)造，并配置了ψ12@200 的構(gòu)造鋼筋。壁板的頂端設(shè)置了直徑16mm 的水平加強(qiáng)筋，內(nèi)外側(cè)各三根。

3 結(jié)束語

本文以現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)并結(jié)合工程實(shí)例，闡明了地下敞口水池的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法，為今后類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。