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摘要：随着化工行业的发展，我国东部沿海地区化工园如雨后春笋般的发展了起来。众所周知东部沿海地区多是软土地基，地基承载力弱，土体压缩性高，而化工生产装置如各种反应高塔设备、储罐区等通常对地基承载力及变形能力要求较高，天然地基常常不能满足结构设计的要求。
关键词：化工；地基处理；沉降；承载力；压缩模量；孔隙比
引言
近年来，部分地区出现化工装置或设备基础不均匀沉降导致生产受到影响甚至设备和管道损坏的案例，尤其是管道与阀门处由于不均匀沉降，管道应力集中造成损坏而引起物料泄漏，而化工物料通常是易燃易爆的物品，极易产生火灾甚至爆炸。再比如南京化工园某物流高架仓库由于地面不均匀沉降，地坪严重开裂，最大沉降差约20公分，货架倾斜，已经无法正常使用。那么结构在地基基础设计时如何处理这个问题不仅意味着能否安全生产，同时又对企业的建设成本有着很大的影响。
1地基基础设计要点概述
对于建构筑物基础设计主要包含两大方面的内容：一是基础形式的选择，二是基础尺寸及配筋等方面的确定。基础形式的选择根据上部结构荷载情况和地勘报告中的地基承载力及压缩模量、持力层深度等因素综合确定。第二方面基础尺寸及配筋方面的内容是在第一方面确定的条件下确定的，这里我们不讨论。
我们知道在常见基础中，桩基础对于减小地基沉降效果最好，尤其是端承型桩。但在东部沿海地区，尤其是长江中下游软土地区，由于软土层厚度很大，部分地区地表土层下常常有20~30米厚的淤泥或淤泥质土，端承型桩或摩擦端承型桩桩长常常达到40~50米，桩基础设计常常让一些中小企业主承受巨大的经济压力。另一方面由于桩基施工占用场地较大，在一些改扩建项目中因场地限制不太适用。而且时常又由于单桩承载力很高，对于管廊和仓库等一般单层工业建筑荷载较小显得又有些不经济。于是桩基础常常用于生产主框架、高塔设备、烟囱、塔架和储罐区等对地基承载力或变形控制严格的地方。而对于一些荷载不是太大且对沉降要求不是特别高的地方，在天然地基不满足的情况下，我们优先采用地基处理的方式来满足设计要求，尽量做到经济与适用的统一。
2地基基础设计的三个重要因素
我们知道地基处理的方式有很多种，选择什么样的地基处理方式能获得最大的效果是摆在我们面前最重要的问题。为了搞清这个问题，我们首先要搞清楚地基基础设计时主要考虑三个方面的因素：强度、变形、稳定性。我主要讲述一下前两方面：
2.1地基土的强度机理及破坏形式
地基土的强度即地基承载力，是对建筑基础对地基的第一要求，也是最基本的要求。如果地基土的承载力不够，地基土就会产生剪切破坏，所以地基土的承载力问题实质上是土的抗剪强度问题，但二者又不是直线关系，然而根据摩尔-库伦强度破坏准则， 土体的破坏面却并不是发生剪应力最大的面上，两者之间有个夹角。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这个夹角的大小与土的内摩擦角有关系，因不同的土内摩擦角不同，所以这个夹角也不同。地基土的承载力不仅与土的颗粒组成、级配、密实度等许多因素相关，而且与地下水位、基础埋深以及基础尺寸都有关系。我们知道基础埋深越深，地基土由于深度修正带来的地基承载力提高就越大，可是基础越深基础开挖带来的费用就越大，尤其是在地下水位较浅的沿海区域，有时候基础多深两米带来地基承载力的提高节省的基础材料费用可能还远没有施工措施费增加的多，基础埋深增加后施工可能需要采取井点降水或者钢板支护桩等措施，在遇到粉土或粉砂的位置，地下水往往容易造成流沙，基坑坍塌等事故。所以，选择合适的基础形式及埋深需要综合考虑技术、经济、施工可行性等多方面的因素综合确定。
2.2地基土的变形性能的重要性及其原理和运用
地基土满足强度设计要求后，第二个重要的问题就是解决地基变形问题，也就是地基土的压缩性问题。在浅基础设计时常常遇到的问题不是强度不满足要求，而是在强度满足要求的情况下地基变形过大（包括不均匀沉降），超出建构筑或设备所能承受的范围。因为变形会在结构内部产生次应力，而这个次应力是结构产生裂缝的主要原因。而结构裂缝的加大不紧紧影响美观、降低承载力，更重要的是影响建构筑物的耐久性，尤其是化工建构筑物，因为所处环境腐蚀性相对较强，腐蚀性水气通过裂缝对于钢筋混凝土结构中的钢筋常年累月的侵蚀，轻则影响结构使用年限，重则导致结构垮塌。再比如对于化工园区的储罐区，浮顶罐对于基础的沉降差有着严格的要求，沉降差过大会造成浮顶罐的浮顶无法上下浮动甚至浮顶损坏。无论对于固定顶罐还是浮顶罐如果沉降过大还容易引起与罐连接的管道或阀门产生附加应力造成损坏或泄露，尽管设计时会考虑部分接头采用软管连接以消除这种影响，但实际配管中由于种种原因还是会有例外发生。而且罐区的沉降会使储罐基础与罐区地坪交界处产生缝隙，如果有泄露容易造成土壤的污染。
从上面可以看出，基础设计仅仅要求地基土满足强度要求是远远不够的，有时变形反而显得更重要，从某种意义上说基础设计常常是变形控制的。因为变形满足要求了，地基承载力都能满足要求，而承载力满足要求，变形却不一定满足要求。地基土的变形除了与地基土的附加应力有关系，还与地基土的平均变形模量有关系。简单的说就是变形=附加应力/变形模型，类似于我们中学所学的弹簧变形，与弹簧变形不同的是，弹簧的曲强系数在一定范围内是定值，外力也是定值。但是地基土不一样，地基土往往不是单一的土层，每层土都各自的弹性模量。区别更大的是，随着深度的增加，基底附加应力传到不同深度的附加应力也是变化的，而且随着深度的增加附加应力在减小，而这种减小还是非线性的。由于沉降计算的两个主要计算参数都是变动的，这就给沉降计算带来了一定的复杂性。而且由于基底附加应力比与平均压缩模型的不同，沉降计算的经验系数也不同，总体规律是附加应力比越大，沉降修正用的经验系数越大，反之越小；平均压缩模量越大，经验系数越小，反之越大。值得注意的是，这里的平均压缩模量不是数学意义上的几个土层模量的平均值。这里的平均压缩模量是与土层厚度积分相关的值，也就是相当于压缩模量沿土层厚度积分的加权平均值。实际工程中控制基底附加应力与地基承载力特征值的比值是一种有效的控制沉降方式。
我们知道要减小地基沉降，在外荷载不变的情况下还有就是改变土的压缩模量，那么如何改变土的压缩模量就成为主要任务。通过比较我们会发现，压缩模量低的土通常孔隙比都很大，那么改变土的孔隙比就成为主要任务。通过土力学课本中土的三相简图我们知道，土体的沉降压缩实际上是土中孔隙不断被压缩挤密的过程。通过土的三相简图公式推导我们知道土的沉降值与1+e成线性关系（e为土中孔隙体积与土颗粒体积的比值）。那么要降低沉降，减小土的孔隙比则成了主要任务。减小土的孔隙比有多种方式：常用的有夯实、排水固结预压，还有增加竖向增强体，如挤密碎石桩、CFG桩、水泥土搅拌桩等。然而由于在降低原土孔隙比的过程中，竖向增强体的加强作用分担荷载作用更加明显，也就形成了所谓的复合地基。复合地基作为处理软弱地基土的方式在工程上得到了广泛的运用。
结束语
地基基础采用什么样的形式，选择什么样的持力层不是一概而论的，需要综合地质条件、荷载情况、施工可行性及经济性价比等多方面综合比较，具体情况具体分析。
参考文献
[1]冯骏骥.探讨工业厂房地基基础与加固技术[J].建材与装饰,2016,(15):40-41.
论文作者:孙兵
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/15
标签：地基论文; 基础论文; 应力论文; 孔隙论文; 承载力论文; 土层论文; 荷载论文; 《基层建设》2017年第35期论文;