趙 剛，李 強(qiáng)

（賽鼎工程有限公司，山西太原 030032）

0 引言

在石油化工行業(yè)中，有大量的鋼筋混凝土水池需要結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)。水池按埋深可以分為地上池、半地下池和地下池；按儲存介質(zhì)情況分為清水池和污水池；按使用功能分為調(diào)節(jié)池、均質(zhì)池、隔油池、氣浮池、生化池、污油池、油泥池、浮渣池、沉淀池、污泥池、儲焦池、液硫池、雨水監(jiān)控池、事故水池、消防水池等。

當(dāng)?shù)叵滤惠^淺而埋深較深時(shí)，水池都會有抗浮問題?？垢〕杀居懈哂械?，抗浮成本高的甚至超過水池本體造價(jià)。例如：沿海地區(qū)某事故水池，水池平面凈尺寸為27.3 m×27.3 m，頂板頂-0.500，底板底-5.000，結(jié)構(gòu)類型為柱距3.9 m的無梁樓蓋體系，見圖1、圖2。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告：地基土為淤泥土或砂土，抗浮水位為±0.000，地下水腐蝕性等級為中（干濕交替時(shí)為強(qiáng)）。經(jīng)過方案對比和計(jì)算分析，最終選擇采用防腐抗拔樁抗浮。經(jīng)核算，需要113根40 m長的抗拔樁，抗拔樁的總造價(jià)為180萬。這個(gè)造價(jià)就遠(yuǎn)高出了水池本體造價(jià)的140萬。

圖1 水池剖面圖

圖2 水池平面圖

石油化工水池抗浮失效往往會導(dǎo)致工廠運(yùn)行終止、有害介質(zhì)或污水污染環(huán)境，嚴(yán)重的還會造成重大的人員或財(cái)產(chǎn)損失。所以我們一定要認(rèn)真對待石油化工水池的抗浮問題，合理選擇設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范，精心設(shè)計(jì)，確保石油化工水池的抗浮安全。

1 水池抗浮設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范

目前水池抗浮設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范主要有：《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50069—2002[3]、《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS 138:2002[4]、《石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3132—2013[1]、《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 476—2019[2]。

1.1 《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50069—2002（以下簡稱GB 50069[3]）

GB 50069[3]第5.2.3條規(guī)定：水池在基本組合作用下的抗浮穩(wěn)定性系數(shù)Ks≥1.05；抗浮力只計(jì)入永久作用，可變作用和側(cè)壁上的摩擦力不應(yīng)計(jì)入，抗浮力采用標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)GB 50069[3]第1.0.2條，GB 50069[3]雖然適用于工業(yè)企業(yè)中一般的給水排水工程構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但不適用于工業(yè)企業(yè)中具有特殊要求的給水排水工程構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)規(guī)范對抗浮設(shè)計(jì)也缺乏詳細(xì)的說明，如抗浮設(shè)防水位如何確定、抗浮力如何算、覆土重度如何取、局部抗浮如何考慮、抗浮方法有哪些、施工注意事項(xiàng)、抗浮工程如何驗(yàn)收、抗浮工程如何監(jiān)測等內(nèi)容都沒有表述。

1.2 《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS 138:2002（以下簡稱CECS 138 [4]）

這本規(guī)范影響比較久遠(yuǎn)，很多水池計(jì)算軟件都是基于這本規(guī)范編制的，如世紀(jì)旗云的水池計(jì)算軟件和盈建科的YJK-pool。GB 50069[3]和CECS 138[4]都是北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院主編的，施行日期也都是2003年3月1日。CECS 138[4]第1.0.3條也明確表示：“本規(guī)程系根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50069規(guī)定的原則制訂?！?CECS 138[4]比GB 50069[3]更注重于鋼筋混凝土水池的設(shè)計(jì)，GB 50069[3]適用范圍更寬泛，而CECS 138[4]更具體，更有針對性。但這本規(guī)范也同樣缺乏對抗浮設(shè)計(jì)的詳細(xì)規(guī)定。

1.3 《石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3132—2013（以下簡稱SH/T 3132 [1]）

SH/T 3132[1]認(rèn)為：《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS 138:2002對水池結(jié)構(gòu)的抗浮只提出了原則規(guī)定，考慮到抗浮穩(wěn)定設(shè)計(jì)容易被忽視，所以單列出第8章對抗浮做出較為具體的規(guī)定。

SH/T 3132[1]指出：抗浮穩(wěn)定屬于承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)范疇，但采用的是安全系數(shù)法，且抗浮力取用了標(biāo)準(zhǔn)值，極易混淆概念。為此SH/T 3132根據(jù)相關(guān)資料，詳細(xì)規(guī)定了設(shè)計(jì)原則、荷載取值、計(jì)算公式等，并補(bǔ)充了局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)。但這本規(guī)范對抗浮水位的確定、抗浮工程的驗(yàn)收和監(jiān)測等內(nèi)容都缺乏表述。

1.4 《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 476—2019（以下簡稱JGJ 476 [2]）

JGJ 476[2]的發(fā)布在一定程度上解決了上述問題。JGJ 476[2]不僅給出了抗浮設(shè)防水位的確定原則、抗浮力的計(jì)算方法，還較為詳細(xì)地介紹了各種抗浮方法。同時(shí)設(shè)置專門的章節(jié)對施工、檢驗(yàn)與驗(yàn)收、監(jiān)測與維護(hù)等內(nèi)容做出專門的規(guī)定。

2 石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)在規(guī)范執(zhí)行方面的問題

在JGJ 476[2]實(shí)施之前，石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)基本上執(zhí)行SH/T 3132[1]第8章——抗浮穩(wěn)定設(shè)計(jì)。由于SH/T 3132[1]是2013年發(fā)布，JGJ 476[2]是2019年發(fā)布，《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[2]2020年3月1日實(shí)施后，JGJ 476[2]新增的或與SH/T 3132[1]不同的一些內(nèi)容是否執(zhí)行？該如何執(zhí)行？引起設(shè)計(jì)人的廣泛爭論。下面簡要介紹幾個(gè)在具體設(shè)計(jì)中最常見的問題。

2.1 建筑抗浮工程設(shè)計(jì)等級

《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 476—2019[2]考慮到水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性對抗浮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載特性、耐久性以及水浮力、穩(wěn)定性要求等確定會有一定影響，同時(shí)兼顧使用期間對錨固在地下結(jié)構(gòu)底板下地基中的抗浮構(gòu)件修復(fù)難度較大、地下水浮力可能產(chǎn)生的危害程度，以及擬建或既有工程所處的自身荷載特點(diǎn)和在地下水浮力下的穩(wěn)定狀態(tài)及變形要求等因素，提出抗浮設(shè)計(jì)等級的概念，對不同抗浮設(shè)計(jì)等級抗浮工程的設(shè)計(jì)和施工區(qū)別對待。

根據(jù)JGJ 476[2]，建筑抗浮工程設(shè)計(jì)等級是抗浮設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，后續(xù)章節(jié)的許多內(nèi)容都是根據(jù)抗浮設(shè)計(jì)等級確定的，它不僅影響抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，還影響場地巖土工程勘察、抗浮設(shè)防水位的確定、抗浮力的計(jì)算、抗浮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性系數(shù)、抗浮錨桿抗浮樁的裂縫控制、抗浮工程的監(jiān)測與維護(hù)等。

JGJ 476[2]規(guī)定了建筑抗浮工程設(shè)計(jì)等級的劃分方法和按抗浮等級設(shè)計(jì)的方法，而SH/T 3132[1]中沒有此概念。那么石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)是否要區(qū)分設(shè)計(jì)等級，如何區(qū)分設(shè)計(jì)等級？

2.2 兩階段設(shè)計(jì)方法

《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 476—2019[2]采用對施工期和使用期分別進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)的方法?？垢≡O(shè)防水位、抗浮穩(wěn)定性系數(shù)、抗浮力的計(jì)算等都按施工期和使用期做了區(qū)別性的要求。

JGJ 476[2]第3.0.2條條文說明指出：在眾多抗浮穩(wěn)定性不足引發(fā)的工程事故中，大部分發(fā)生在施工期間，主要原因在于無論設(shè)計(jì)單位還是施工單位，普遍忽視施工期間地下結(jié)構(gòu)底板以上的荷載尚不足以抵抗地下水產(chǎn)生浮力的工況，因此，本條強(qiáng)調(diào)必須按施工期和使用期兩個(gè)階段內(nèi)最不利組合工況進(jìn)行穩(wěn)定狀態(tài)分析，并根據(jù)其不同的穩(wěn)定狀態(tài)采取相應(yīng)的抗浮措施。

而SH/T 3132[1]中沒有施工階段的抗浮設(shè)計(jì)內(nèi)容。那么石油化工水池的抗浮是否要分成施工期和使用期來設(shè)計(jì)呢？

2.3 抗浮力的折減

根據(jù)JGJ 476[2]第6.3.7條：用于抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算的總抗浮力應(yīng)按表1組合系數(shù)計(jì)算確定。

表1 抗浮力組合系數(shù)

由表1可見，對參與抗浮力的“結(jié)構(gòu)上部填筑體、結(jié)構(gòu)內(nèi)部填筑體”在對抗浮穩(wěn)定有利時(shí)，有0.9或0.95的組合系數(shù)，這相當(dāng)于是對抗浮力進(jìn)行了折減。而按SH/T 3132[1]的抗浮力計(jì)算方法，池頂覆土和池內(nèi)的混凝土配重是不折減的。那么石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)對這類荷載要不要折減呢？

2.4 抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)

表2 抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)

從表2中可以看出，局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)分別為：1.05、1.15、1.27。而JGJ 476[2]中抗浮等級為乙級的抗浮工程在使用期的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)為1.05，也就是說SH/T 3132[1]的局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)高于JGJ 476[2]。

JGJ 476[2]是2019年發(fā)布的，SH/T 3132[1]是2013年發(fā)布的，JGJ 476[2]更加新一些。那么石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)執(zhí)行新的JGJ 476[2]的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)呢，還是執(zhí)行SH/T 3132[1]的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)呢？

3 如何正確選擇石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)依據(jù)

3.1 規(guī)范適用性的探討

（1）《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 476-2019[2]

JGJ 476[2]第1.0.2條規(guī)定：本標(biāo)準(zhǔn)適用于新建、擴(kuò)建與改建建筑和既有建筑抗浮工程的勘察、設(shè)計(jì)、施工、檢驗(yàn)與驗(yàn)收、監(jiān)測及維護(hù)。可見此規(guī)范的主要適用對象是建筑，不是像水池這樣的構(gòu)筑物。

雖然JGJ 476[2]第2.1.1條條文說明指出：建筑工程也包含其他領(lǐng)域如市政工程、水電、港工、軌道交通、公路等涉及抗浮問題的建筑物或構(gòu)筑物。但JGJ 476[2]研究的主體還是具有上部結(jié)構(gòu)的地下室，不是用來貯存水或其他水溶液的水池。

JGJ 476[2]的主編單位及參編單位都來自石油化工行業(yè)以外，也沒有市政工程設(shè)計(jì)單位參編，在標(biāo)準(zhǔn)編制時(shí)不可能會考慮石油化工水池抗浮的具體情況，所以JGJ 476[2]只能作為石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)的參考執(zhí)行規(guī)范，而不能作為主要執(zhí)行規(guī)范。

（2）《石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3132-2013[1]

SH/T 3132[1]第1章就明確指出：本規(guī)范適用于石油化工現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池、非貯液池及地下式、半地下室泵房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。SH/T 3132[1]第8章條文說明還專門指出：“水池因抗浮穩(wěn)定性不能滿足而導(dǎo)致浮起、傾斜、開裂等破壞的情況在工程中不乏實(shí)例，CECS 138《給水排水工程混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》中對水池結(jié)構(gòu)的抗浮只提出了原則規(guī)定，考慮到抗浮穩(wěn)定設(shè)計(jì)容易被忽視的情況，本規(guī)范將它單列一章?！彼許H/T 3132[1]應(yīng)該作為石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)的主要執(zhí)行規(guī)范。

5月中下旬播種，6月上中旬栽插，大田用種量1.5～2公斤/畝，用流水線機(jī)械播種，每畝大田用機(jī)插塑料硬盤約35張，根據(jù)機(jī)械栽插進(jìn)度分批次播種。

（3）小結(jié)

雖然在石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)時(shí)主要依據(jù)SH/T 3132[1]，但該規(guī)范發(fā)布于2013年，由于當(dāng)時(shí)情況所限也存在一些不足，所以我們在石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)時(shí)還要借鑒JGJ 476[2]中的一些內(nèi)容來彌補(bǔ)SH/T 3132[1]的不足。

3.2 規(guī)范具體條文執(zhí)行的探討

3.2.1 建筑抗浮工程設(shè)計(jì)等級是否執(zhí)行？

（1）建筑抗浮工程設(shè)計(jì)等級的劃分

JGJ 476[2]第3.0.1條對建筑抗浮工程設(shè)計(jì)等級做了如下規(guī)定：抗浮工程應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的復(fù)雜程度、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級、使用功能要求及抗浮失效可能造成的對正常使用影響程度或危害程度等劃分為三個(gè)設(shè)計(jì)等級，并按表3確定。

表3 建筑抗浮工程設(shè)計(jì)等級

（2）石油化工水池的具體情況

石油化工水池多數(shù)沒有上部結(jié)構(gòu)，荷載總體比較小，對地基的要求比較低。對照J(rèn)GJ 476[2]表3，石油化工水池的抗浮設(shè)計(jì)等級多數(shù)應(yīng)該是丙級。貯存污染水的水池，可以將抗浮設(shè)計(jì)等級提高到乙級。

根據(jù)JGJ 476[2]表3，乙級抗浮工程的使用期抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)為1.05。而SH/T 3132[1]表2規(guī)定的整體抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)也是1.05，二者一致。

（3）小結(jié)

不論是按SH/T 3132[1]設(shè)計(jì)，還是按JGJ 476[2]區(qū)分抗浮設(shè)計(jì)等級進(jìn)行設(shè)計(jì)，整體抗浮穩(wěn)定安全水平是一致的。

3.2.2 兩階段設(shè)計(jì)方法是否執(zhí)行？

JGJ 476[2]提出了按施工期和使用期進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)的方法，SH/T 3132[1]的抗浮驗(yàn)算沒有明確區(qū)分施工期和使用期，但要求考慮施工階段可能出現(xiàn)的不利情況。

JGJ 476[2]針對的多數(shù)是施工量較大的工程，多數(shù)是高層建筑的地下室，地下結(jié)構(gòu)部分和上部結(jié)構(gòu)部分的施工周期都比較長，所以提出對施工期進(jìn)行抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算的要求。如果總的施工量較小，施工周期較短，通過短期施工降水可以解決抗浮問題，那么就不需要做施工期的抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算。而地下和地上施工量大的工程，由于施工周期長，施工降水的費(fèi)用比較高，通過做施工期的抗浮驗(yàn)算可以確定最早的停止降水的時(shí)間，可以在保證施工期抗浮安全的情況下，大量節(jié)約降水費(fèi)用。

石油化工水池多數(shù)施工量較小，一般沒有上部結(jié)構(gòu)（即便有，也就是1～2層的框架），施工周期較短，可以在一年中的枯水期或水位較低的時(shí)間段完成施工。這樣的話，通過短期施工降水解決施工期的抗浮穩(wěn)定問題總體費(fèi)用也較低。當(dāng)然對于那些施工周期較長的水池，需要跨越豐水期，還是建議做施工期的抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算，綜合考慮各方面因素，找出安全適用經(jīng)濟(jì)合理的抗浮方案。

3.2.3 抗浮力的折減是否執(zhí)行

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009—2012[5]第3.2.4條規(guī)定：當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時(shí)，荷載分項(xiàng)系數(shù)不應(yīng)大于1.0。JGJ 476[2]表1中對部分類型的荷載設(shè)定了0.9～1.0的組合系數(shù)、SH/T 3132[1]表5.2.2備注中指出“當(dāng)荷載對結(jié)構(gòu)有利時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)取1.0”都是基于《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009—2012[5]這一條的精神。JGJ 476[2]和SH/T 3132[1]都符合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009—2012[5]的精神，只不過是安全度不同罷了。

所以在石油化工水池抗浮力計(jì)算時(shí)可以不執(zhí)行JGJ 476[2]的要求，完全按SH/T 3132[1]計(jì)算，不對抗浮力（池頂覆土和池內(nèi)壓重）進(jìn)行折減。

3.2.4 局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)以那本規(guī)范為準(zhǔn)

JGJ 476[2]不區(qū)分局部抗浮與整體抗浮，統(tǒng)一采用相同的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，而SH/T 3132[1]表2詳細(xì)規(guī)定了局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，所以在石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)執(zhí)行SH/T 3132[1]的局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)。

雖然JGJ 476[2]是2019年發(fā)布的，SH/T 3132[1]是2013年發(fā)布的，JGJ 476[2]更加新一些。但兩本規(guī)范都是現(xiàn)行規(guī)范，都沒有廢止，而且石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)按SH/T 3132[1]更合理更適用。

3.3 JGJ 476[2]彌補(bǔ)了SH/T 3132[1]的不足

雖然SH/T 3132[1]第8章針對石油化工水池抗浮也做了較詳細(xì)的規(guī)定，但在抗浮設(shè)防水位的確定，抗浮工程的施工、檢驗(yàn)與驗(yàn)收、檢測與維護(hù)等方面沒有涉及。JGJ 476[2]在對SH/T 3132[1]上述內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充的同時(shí)，還提出了排水限壓法、泄水降壓法、隔水控壓法、壓重抗浮法、錨固抗浮法等六種抗浮方法，大大地豐富了石油化工水池的抗浮設(shè)計(jì)依據(jù)。

4 結(jié)語

在石油化工水池抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，主要以《石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3132—2013[1]為設(shè)計(jì)依據(jù)，以《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 476—2019[2]作為補(bǔ)充。在參照《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 476—2019[2]相關(guān)條文進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對規(guī)范條文進(jìn)行深入解讀，詳細(xì)分析條文的設(shè)置背景和適用條件，根據(jù)石油化工水池的具體情況正確參照《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 476—2019[2]進(jìn)行設(shè)計(jì)，切不可生搬硬套，盲目照搬。