摘要：根据 浓缩池基础的设计实例，探讨浓缩池基础设计的模式，和不同地质条件下设计方案选择。尽量达到结构设计的安全和经济上的合理。
关键词：浓缩池；弹性板；经济合理
1、简介
浓缩池是一种广泛用于有色工程项目的构筑物，主要分为架空式（图1）和落地式（图2）两种。
（图1）浓缩池位于地面以上，框架支撑
（图2）池壁部分埋入土中
其中架空式浓密池上部荷载很大，柱子多，基础通常采用整体圆板（如图1）。此圆板的受力特点为：○1上部建筑物柱子多而密，所以荷载可以近似的看作竖向均布荷载；○2圆板基础直径很大，荷载影响深；○3地基的沉降量从圆心到周边逐渐减小。
对此基础圆板的分析方法通常有：
1、地基反力直线分布
2、文克尔假定或半无限弹性体假定
3、无梁楼盖设计模型（桩基）
这3中方法在工程中都有很强的实用价值。
在具体的基础设计时，应根据地基的情况，技术标准，工程造价，施工可行性等因素综合考虑，采用合理的基础设计方案，使构筑物在最合理的受力状态去工作，即满足结构可靠性，同时也带来良好的经济效益。以基本的理论和概念为依托，大胆使用更简单更合理的体系和方案，达到优化和创新。
2、工程概况
本工程为巴布亚新几内亚沿海地区某项目的架空式浓缩池（见图片1），36m直径。共7个，每台浓密池物料总重约13000吨。浓缩池基础采用整体圆形底板，直径36m。经工程地质勘察，其中4个浓缩池地基为中风化泥质粉砂岩（以下称情况一），地基承载力特征值为400 kpa，压缩模量Es为47.9 Mpa.此场地的天然地基情况很好；其它3个浓缩池地基为粉质粘土或半粉质粘土半碎石土（以下称情况二），由于底板直径很大，在上部荷载的作用下，很难控制地基的不均匀沉降。
3、工程设计方案比较
（1）采用地基反力直线分布的分析方法。考虑基础底板为刚性底板，忽略底板在荷载作用下的弹性变形，也不考虑土的弹性沉降。根据这种假定设计出的底板厚度将达到3m~3.6m之间，配筋量也很大。对于这样一个海外项目，人工和物料价格很高，工程量如此巨大，在经济和施工可行性上显然都是无法接受的。
（2）文克尔假定或半无限弹性体假定。
考虑底板的变形和土的弹性变形。可以按照弹性地基上圆板的计算模型进行设计（见图3）。根据地基土的变形模量E0和混凝土的弹性模量Ec比值按公式（1－1）计算底板的柔性指数S，从而求出底板的弯矩。
（图3）弹性地基上圆板
S = 3（1-v2）（E0 /Ec）（R/h）3/（1-vo2）（1-1）
式中：s：柔性指数
Ec：混凝土弹性模量
E0：地基土的变形模量
V：混凝土泊松比
V0：地基土泊松比
R：底板的直径
h：底板的厚度
由于地基土的变形模量E0没有在现场进行试验，所以在设计时，采用的变形模量是由压缩模量Es根据公式（1－2）（1-3）计算得来。
E0=βEs （1-2）
β=1-[2 V02/（1- V0）] （1-3）
式中：V0：地基土泊松比
E0：地基土的变形模量
Es：地基土的压缩模量
实际设计时，对于情况一，由于地基条件很好，采用的底板厚度1000mm.弯矩图见图4.
（图4）弯矩图
情况二的地基条件复杂，底板不能直接采用弹性地基上圆板的模型进行计算。
（3）无梁楼盖设计模型（桩基）
情况二在设计时首先考虑采用预应力管桩方案。把桩看作底板的支撑柱，不考虑土的反力，把基础底板看作支撑于桩上的无梁楼盖。这样设计出的底板较薄，即能保证安全可靠，经济上也相对合理，但和现场结合时，发现当地采用预应力管桩施工，存在严重的断桩和接桩问题，施工过程中的损耗很大。
实际采用的是整体换填的方案，基础底板仍按文克尔假定的弹性地基板设计，底板厚度加大到1800mm。
4、小结
根据工程A设计过程中多种设计方案的比较，笔者有如下几点看法：
（1）设计方案时，应对工程实际情况做全面的了解，要考虑施工的可行性。理论上合理的方案脱离的实际也达不到好的效果。如上述的情况二，在当地不适用桩基的情况下，另择方法。
（2）方案比较，应考虑经济上合理，强调优化节约的意识。例如如情况一按照地基反力直线分布的分析方法，采用刚性基础方案。仅仅混凝土工程量将增加8000多立方，造价1000万以上。同时，由于海外工程混凝土供应相当紧缺，增加的工程量也会使工期延误。
（3）地基反力直线分布的分析方法，更适合于小型的架空式浓密池。根据以往的设计经验，对于直径≤15m，基础底板宜设计成刚性底板。
（4）在地基条件较好时，建议采用文克尔假定或半无限弹性体假定，按照弹性地基上圆板的计算模型设计，能比较精确的反应地基反力的分布。同时也能很好的节约成本，缩短工期。但设计时，应注意地基土的变形模量E0的取值，尽量通过现场试验确定。
（5）当地基条件较差时，尽量避开不良地段。当不能避开时，可考虑采用桩基或地基处理方法解决。
（6）在设计过程中也有一些不足的地方，例如架空式浓缩池上部结构的刚度是很大的，但基础设计时并没有考虑上部结构形式和刚度的影响，只是把上部结构作为荷载加入计算模型。此方法对于基础设计偏于保守，在本工程设计中作为安全储备。
参考文献：
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[5]殷家驹.张元冲.计算力学[M]，西安交通大学出版社.
[6]徐芝纶.弹性力学[M]，高等教育出版社
论文作者:张鹏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/18
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