董海印

摘????? 要：主要闡述通過設置剛性地坪的方法增加對壓縮機廠房內管線支架基礎柱墩的側向約束，減少柱頂水平力對基礎的影響，從而減小支架基礎的尺寸，避免基礎之間的碰撞，合理地解決碰撞問題。

關? 鍵? 詞：壓縮機廠房;管線支架基礎;碰撞;剛性地坪;側向約束

中圖分類號：TU318?????? 文獻標識碼： A?????? 文章編號： 1671-0460（2020）06-1245-04

Analysis on Foundation Collision of Pipeline Support in Compressor Plant

DONG Hai-yin

（CNPC Northeast Refining&Chemical Engineering Co.， Ltd.， Shenyang Company， Shenyang Liaoning 110167， China）

Abstract： Compressor is very important equipment in refinery processes， so compressor plant plays a key role in refining units. Compressor plant is covered by a variety of concrete， the foundations of pipeline support often collide with others. In the article， how to set a rigid floor to increase the lateral restraint on the foundation pier to reduce the impact of the horizontal force on the top of the column was investigated， in order to reduce the size of the support foundation， and avoid the collision between the foundations to reasonably solve the collision problem.

Key words： Compressor plant; Foundation of line bracket; Collision; Rigid floor; Lateral restrain

1? 現(xiàn)狀及解析

在煉油裝置中壓縮機屬于大型動力設備，壓縮機廠房在整個工藝裝置中起著重要的作用，同時也是結構專業(yè)設計中的重點和難點。廠房內混凝土基礎通常包含以下兩大類。

1）前期設計的基礎：大型壓縮機設備基礎，廠房柱基礎，廠房二層操作平臺基礎，分液罐設備基礎，油站基礎，冷卻器基礎。其特點是數(shù)量大，種類多，底板尺寸大，地基類型通常采用樁基、天然地基或復合地基。

2）后期設計的基礎：彈簧支架、承重支架、吊架、水平導向架基礎（本文統(tǒng)稱為管線支架）。由于支架高度不等，形式也不統(tǒng)一而且很多支架由水平力起控制作用，導致支架基礎形狀規(guī)則性差，數(shù)量大，基礎大小及埋深均不能統(tǒng)一，地基類型通常為天然地基、復合地基。

通常情況下需要設置支架的管道均為應力管道、脈動計算管線或大直徑管道，需要單獨委托設備制造廠家或應力計算單位進行精準的核算，所以當管線支吊架的設計資料和數(shù)據(jù)返回給設計者時，前期的各種鋼筋混凝土廠房基礎、壓縮機基礎都已設計并施工完畢，如圖1所示。

在壓縮機廠房布滿各種基礎的狹小空間內再安插大量的支、吊架基礎，同時還要滿足管道專業(yè)位置相對固定的要求幾乎是不可能的事。目前常用的方法是深、淺埋和基礎整澆處理。然而根據(jù)工藝技術要求壓縮機廠房內震動設備和震動管線比較多，根據(jù)《石油化工壓縮機基礎設計規(guī)范》（SH/T 3091-2012）4.1.5條^[1] “壓縮機基礎應與廠房及其他構筑物基礎分開，機器基礎的振動對臨近的基礎產(chǎn)生不利影響時應調整基礎平面或者采取有效隔振措施”，所以管道支架基礎不宜與壓縮機基礎或其他振動設備基礎整澆，且基礎整澆后無法進行精確的結構計算和應力分析，無法預估基礎存在的潛在風險。為解決此問題，針對支、吊架水平力較大、垂直荷載相對較小的特點^[2]，結合工程實際，嘗試采用設置剛性地坪對支架及支架基礎提供有效的側向支撐，減少由支架頂水平力產(chǎn)生的彎矩向基地的傳遞，降低基地彎矩，從而減小基礎底板的尺寸，避免基礎的碰撞。

2? 工程實例分析

下面結合1個工程實例來探討此方法的可行性。中化泉州1 200萬t·a^-1煉油項目壓縮機廠房，建廠地區(qū)地震烈度為7度，設計基本地震加速度值0.15 g，設計地震分組為第二組，場地土類別為Ⅱ類，地面粗糙度類別為A類，基本風壓值（10 m高度）0.82 kN·m^-2。當脈動計算的廠家返回支、吊架荷載數(shù)據(jù)資料時，廠房基礎、二層平臺基礎、壓縮機基礎已經(jīng)設計并施工完畢。管道專業(yè)根據(jù)脈動計算結果提供的管道支架條件圖（其中一種）如圖2所示。

這種支架高度大，水平荷載大而垂直荷載相對較小，主要以水平推力為主。根據(jù)懸臂構架靜力分析的彎矩圖可知，彎矩越往下越大，傳至基礎底部時彎矩已遠遠大于垂直荷載。根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）5.2.1條^[3]，當基礎底面形狀為矩形且偏心距e>b/6時，會造成基礎底很大的偏心，基礎零應力區(qū)明顯，處理不好很容易發(fā)生基礎的傾覆。根據(jù)上述的情況進行分析，地基承載力特征值取地質勘察報告提供的數(shù)據(jù)：f_a=105 kPa，并按照15%的基礎零應力區(qū)控制標準在PKPM中支架模塊建模、加荷載，計算得到基礎底板尺寸（1∶1）為2.2 m×2.2 m（不設置剛性地坪，不打樁）。把附加的幾個支架的基礎落在基礎平面布置圖中，結果如圖3所示。基礎底板尺寸過大，與設備基礎、廠房柱基礎碰撞嚴重，導致無法施工。

3? 采用剛性地坪的方案進行處理

根據(jù)上述的分析和計算，支架基礎尺寸過大導致其與廠房內其他基礎碰撞嚴重，無法進行正常的設計和施工。現(xiàn)嘗試通過設置剛性地面的方法進行優(yōu)化。該項目建筑專業(yè)設計的室內地面為100 mm厚不發(fā)火素混凝土地面，混凝土強度等級為C25。從現(xiàn)場實際情況和結構的重要性等級及經(jīng)濟性原則考慮在整個廠房區(qū)域內滿鋪設置雙向雙層鋼筋網(wǎng)片不太實際，太浪費而且沒有必要?，F(xiàn)僅對基礎柱墩四周不小于400 mm的范圍進行地面加厚，厚度初步定為400 mm，對加厚區(qū)域的地面按照樓板的要求配置雙層雙向的鋼筋網(wǎng)片，直徑不小于10 mm，間距不大于200 mm。通過這一加固措施可以使柱墩周圍的一定區(qū)域形成一個具有很大剛性的“板”，該“板”的剛性遠遠大于柱墩的側移剛度，可以視為無限剛^[3]。剛性板對柱墩具有良好的側向約束作用，相當于柱墩在地面位置處附加了一個滑動支座，很好地吸收了柱頂水平力產(chǎn)生的彎矩，阻止其繼續(xù)向下面的基礎傳遞。具體的簡化模型及剛性地坪做法如圖4所示。

考慮到現(xiàn)場實際施工與理論的差距，按照剛性地坪吸收60%彎矩來計算，同樣按照15%的基礎零應力區(qū)控制標準在PKPM中支架模塊建模計算得到基礎底板尺寸（1∶1）為1.4 m×1.4 m，基礎尺寸遠遠小于未設置剛性地坪時的尺寸。調整后基礎的碰撞問題基本解決，再通過基礎的深、淺埋處理完全可以避免基礎間的碰撞。如果進一步的優(yōu)化采用矩形基礎，擴大基礎底板主要彎矩作用方向的截面抵抗矩可以更好地減小基礎底板尺寸，進一步地解決基礎碰撞問題。對本項目經(jīng)過上述方案的處理后，經(jīng)過對廠房使用情況的回訪，證實該方案通過了現(xiàn)場實際工程的檢驗，該區(qū)域性的剛性地坪對基礎柱墩可以起到很好的約束作用，保證了柱墩及上部鋼結構支架的穩(wěn)定性，同時可以在很大程度上減少基礎的底板尺寸，解決了該壓縮機廠房內基礎碰撞嚴重的問題。

為了使剛性地坪可以發(fā)揮更好的作用，結構專業(yè)可以在管道規(guī)劃的前期階段進行提前的介入，參與到管道規(guī)劃設計中，提出有利于結構設計的管道規(guī)劃方案。管道支架雖然看似雜亂無章、高低不等，其實也有一定的規(guī)律可言：支架是順著管道進行分布的，每一條管線上都分布著若干個大小不一的支架，也就是說某幾個特定的管線支架都是為這一條管道服務的，改變了管道的路線也就改變了支架的位置，同時只要能達到對管道預想的約束作用，部分支架的位置是可以在管道路線范圍內小幅變動的。這種特定的情況就為結構專業(yè)提前介入管道規(guī)劃提供了可能，結構可以根據(jù)場地情況給管道專業(yè)提供一個對自己專業(yè)有利的支架布置方案并在此方案的基礎上與管道專業(yè)進行協(xié)商和修改。這個過程需要兩個專業(yè)來回多次的協(xié)商和調整，同時對專業(yè)設計人員的設計經(jīng)驗有很高的要求，提出的方案必須是同時考慮兩個專業(yè)都總體可行的。規(guī)劃的總體原則是保障管道和支架的正常實施，同時為保證剛性地坪的整體性支架盡量布置在相對集中的矩形區(qū)域內，可以使零散的支架基礎連成片，更加有利于剛性地坪形成整體并且更好地發(fā)揮地坪的側向約束作用。

4? 剛性地坪的施工

剛性地坪的施工是本方案的關鍵之一，本方案利用的主要是地坪的側向剛度而不是豎直方向的剛度，所以設計時必須要保證地坪良好的側向剛度。保證地坪剛度的首要條件就是保證廠房內地坪的整體性，而作為大面積的工業(yè)廠房地坪現(xiàn)實中最常見的問題就是地面的開裂或者起殼，所以采取切實可靠的施工措施和方法防止壓縮機廠房地坪開裂，保證其整體性就顯得尤為重要。

造成壓縮機廠房地坪出現(xiàn)質量問題的原因主要有以下幾項。

1）廠房混凝土地面設計厚度較薄并且沒有構造配筋進行加強，混凝土地面基層局部出現(xiàn)沉降時可能造成混凝土地面的拉伸裂縫。

2）地坪混凝土澆筑時廠房內好多露出地面的設備基礎及廠房柱柱墩已經(jīng)澆筑完畢，剛性地坪澆筑時沒有將混凝土地面與已有結構之間的連接進行有效的處理，造成后澆筑的剛性地面與現(xiàn)有結構之間形成了剛性連接，限制了混凝土地面的伸縮及沉降，從而造成了混凝土的開裂。

3）混凝土地面澆筑時未設置合理的伸縮縫，大面積混凝土自身的收縮而產(chǎn)生的拉力造成在地面結構薄弱處的形成收縮裂縫，嚴重的地方形成了地面通縫。

為處理廠房地坪的質量問題，保證地坪的整體性，需要在設計及施工過程中做好諸多細節(jié)問題，具體操作時需要做好以下幾點來保證地坪的完整性及側向剛度。

1）與建筑專業(yè)協(xié)商，設置合理的廠房地坪厚度。正常情況下廠房地面是由建筑專業(yè)單獨來確定的，其規(guī)劃地坪厚度和做法時并沒有考慮支架基礎的影響，所以結構專業(yè)應提前與建筑專業(yè)做好溝通，提出自己專業(yè)的需求，保證地面的厚度和整體剛度，與此同時地坪下基層需要分層壓實防止出現(xiàn)局部沉降。

2）剛性地坪與已經(jīng)澆筑完畢的現(xiàn)有混凝土基礎或者柱墩之間設置軟連接，采用柔性材料進行隔離、填充。如果支架基礎距離地坪的邊界比較近，還需要對該處的地坪進行特殊的加強處理（比如加大配筋的數(shù)量和范圍）防止地坪局部的開裂。