石油化工企業(yè)鋼儲(chǔ)罐環(huán)墻基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)體會(huì)

李　娟

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司成都分公司,成都610000）

石油化工企業(yè)鋼儲(chǔ)罐環(huán)墻基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)體會(huì)

李娟

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司成都分公司,成都610000）

摘要：本文通過(guò)對(duì)實(shí)際項(xiàng)目中罐基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，分析了在石油化工企業(yè)鋼制儲(chǔ)罐地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中如何對(duì)設(shè)計(jì)條件、基礎(chǔ)選型、環(huán)墻寬度及配筋、地基承載力及穩(wěn)定性、地基變形、罐基礎(chǔ)構(gòu)造與材料等因素進(jìn)行綜合考慮，并由此得出一些結(jié)論。

關(guān)鍵詞：石油化工；罐基礎(chǔ)；地基；構(gòu)造與材料

1　工程概況

此次分析的污水緩沖罐系“塔河油田奧陶系注水工程（一期）一號(hào)聯(lián)污水處理系統(tǒng)擴(kuò)建工程”單體之一，公稱(chēng)容積500m3，充水后最大重量6000KN，罐壁內(nèi)徑為8920mm，總高度8938mm。

工程區(qū)位于塔里木盆地北部邊緣，地貌單元屬塔里木河中、下游沖積平原；地表植物以紅柳、蘆葦為主。

2　設(shè)計(jì)條件

2.1地質(zhì)條件

從本工程巖土工程勘察報(bào)告中可以看出，該污水緩沖罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下地質(zhì)問(wèn)題：

擬建場(chǎng)區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，場(chǎng)地土類(lèi)型為中軟土，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地。

在勘探深度20.0m深度范圍內(nèi)，地層按物理力學(xué)性質(zhì)自上而下可分為三大層，分述如下：

（1）雜填土：干，較為松散，主要由粉砂、粉土組成，含有少量油污。層厚0.70～1.80m。

（2）粉質(zhì)粘土：可塑～硬塑狀態(tài)，表層30～50cm被原油污染。含有氧化鐵斑紋，局部夾有粉土團(tuán)塊和粉砂薄層。無(wú)搖震反應(yīng)，有光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等。壓縮系數(shù)0.105壓縮模量15.66MPa，承載力特征值fak=140kPa。層厚0.60～3.50m。

（3）粉砂：稍濕～飽和，稍密～中密，局部夾有薄層粉土及粉質(zhì)粘土。顆粒級(jí)配不良，顆粒形狀以亞圓形為主，混粒結(jié)構(gòu)，成份以長(zhǎng)石、石英及暗色礦物為主，含粘粒較少。承載力特征值fak=160kPa。本工程中最大勘探深度為18.1m，該層末穿透。

場(chǎng)地土及地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋、混凝土均為強(qiáng)腐蝕性。

本場(chǎng)地地下水埋深2.8～6.3m。

本地區(qū)最大凍結(jié)深度按1.12米考慮，標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為0.63m。

2.2工藝數(shù)據(jù)

罐體重量：323.92KN；保溫層重量：37.51 KN；充水后最大重量：6000 KN。

罐體外形尺寸：內(nèi)徑為8920mm，總高度為8938mm。

3　罐基礎(chǔ)選型及設(shè)計(jì)參數(shù)選取

3.1罐基礎(chǔ)選型

罐基礎(chǔ)型式分護(hù)坡式、環(huán)墻式及外環(huán)墻式。其中，環(huán)墻式罐基礎(chǔ)一般用于軟和中軟場(chǎng)地土，具有減小罐周不均勻沉降、使罐體傳給地基的壓力分布趨于均勻、抗震性能好、利于罐壁安裝、利于事故處理、防潮性能好且占地面積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)?shù)仡?lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該工程“場(chǎng)地土類(lèi)型為中軟土”的具體情況，采用環(huán)墻式基礎(chǔ)。

3.2設(shè)計(jì)參數(shù)選取

場(chǎng)地內(nèi)（2）層粉質(zhì)粘土層力學(xué)性質(zhì)良好，且埋藏深度適宜，可作為持力層使用，基礎(chǔ)埋深取d=1.5m。

考慮到清除（2）層粉質(zhì)粘土層污染層后基槽底標(biāo)高不一致，須考慮采用戈壁土回填至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高，分層回填夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)≥0.97。

因場(chǎng)地土及地下水對(duì)鋼筋、混凝土均為強(qiáng)腐蝕性，根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，鋼筋混凝土環(huán)墻采用C40級(jí)混凝土（采用抗硫酸鹽水泥）現(xiàn)澆，在基礎(chǔ)與土壤接觸部分外刷環(huán)氧瀝青涂層，厚度≥500μm。

鋼筋混凝土環(huán)墻采用HPB300、HRB400級(jí)鋼筋，混凝土保護(hù)層厚45mm。

場(chǎng)地地下水埋深為2.8～6.3m,施工時(shí)可不考慮地下水的影響。

場(chǎng)地最大凍結(jié)深度為1.12 m，標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為0.63m，均小于罐基礎(chǔ)埋深，可不考慮其影響。

4　環(huán)墻計(jì)算

4.1環(huán)墻寬度

環(huán)墻尺寸示意圖如下：

等截面環(huán)墻的寬度：

式中：

b—環(huán)墻寬度（m）；

g—罐壁底端傳給環(huán)墻頂端的線(xiàn)分布荷載標(biāo)準(zhǔn)值（僅考慮罐體及保溫層重量）（KN/m）：

γL—罐內(nèi)使用階段儲(chǔ)存介質(zhì)的重度，考慮到充水試壓，按9.8KN/m3取用；

hL—環(huán)墻頂面至罐內(nèi)最高儲(chǔ)液（介質(zhì)）面高度（m），在此，按罐體高度8.938m取用；

γc—環(huán)墻的重度，即混凝土重度25 KN/m3；

γm—環(huán)墻內(nèi)各層的平均重度，可取18KN/m3；

h—環(huán)墻高度（m），取1.5m；

β—罐壁伸入環(huán)墻頂面寬度系數(shù)，一般取0.4～0.6，宜取0.5。

將上述各值代入式中，求得：

討論：

根據(jù)以往類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，寬度為0.40m的環(huán)墻對(duì)500m3的罐基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)顯得太大，那么，該如何進(jìn)行調(diào)整呢？

在《石油化工鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說(shuō)明中有“環(huán)墻寬度的計(jì)算可先假定β值，按規(guī)范公式求出b，再根據(jù)選用的b值適當(dāng)調(diào)整β值”。按照上述思路，參照當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)取b=0.30m，則可反算出β≈0.39。根據(jù)《石油化工鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，β一般取0.4～0.6，而上述β≈0.39接近0.4，且符合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)。因此，可取環(huán)墻寬度為：b=0.30m

4.2環(huán)墻上作用效應(yīng)

環(huán)墻的徑向位移沿豎向的分布趨于直線(xiàn)，其豎向彎矩很小，因此，環(huán)墻可僅進(jìn)行環(huán)向力計(jì)算，而不考慮豎向力，僅按構(gòu)造要求配置豎向鋼筋。

環(huán)墻單位高環(huán)向力設(shè)計(jì)值：

式中：

Ft—環(huán)墻單位高環(huán)向力設(shè)計(jì)值（KN/m）；

γQW、γQm—分別為水、環(huán)墻內(nèi)各層自重分項(xiàng)系數(shù)，分別取1.1、1.0；

hW—環(huán)墻頂面至罐內(nèi)最高儲(chǔ)液面高度（m），取8.938m；

K—環(huán)墻側(cè)壓力系數(shù)，一般地基可取0.33；軟土地基可取0.50；

R—環(huán)墻中心線(xiàn)半徑（m），在此為4.56m。

將上述各值代入式中，求得：

4.3環(huán)墻截面配筋

根據(jù)環(huán)墻單位高環(huán)向力設(shè)計(jì)值進(jìn)行環(huán)墻配筋計(jì)算。

環(huán)墻單位高環(huán)向鋼筋截面面積：

式中：

Ac—環(huán)墻單位高環(huán)向鋼筋的截面面積（mm2）；

γo—重要性系數(shù)，取1.0；

fy—鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（KN/mm2）。

鋼筋配置：

環(huán)向鋼筋配置為 16＠200（1005mm2）；

箍筋配置為 12＠200；

另外，配置3根12拉結(jié)鋼筋及2根16附加環(huán)向鋼筋（上、下各一根）。

配筋圖如下：

5　地基承載力及變形計(jì)算

5.1地基承載力計(jì)算

罐基礎(chǔ)底面處的平均壓力設(shè)計(jì)值：

地基承載力設(shè)計(jì)值：

由此可見(jiàn)，地基承載力滿(mǎn)足要求。

5.2軟弱下臥層驗(yàn)算

由于下臥層（即（3）粉砂層）承載力特征值fak=160kPa，高于持力層（即（2）層粉質(zhì)粘土層），且下臥層力學(xué)性質(zhì)良好，因此，不需要做軟弱下臥層驗(yàn)算。

5.3 地基變形計(jì)算

罐基礎(chǔ)地基最終沉降量，可采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)于本工程，由于下臥層為稍密～中密狀態(tài)，且承載力、壓縮性能等優(yōu)于上部土層，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可只考慮上部土層（即（1）雜填土、（2）粉質(zhì)粘土）具有壓縮性。在地基變形計(jì)算中，采用對(duì)罐基礎(chǔ)考慮“基礎(chǔ)預(yù)抬高度”的方法來(lái)消除地基變形的影響。該500m3污水緩沖罐基礎(chǔ)預(yù)抬高度取△=50mm。

6　材料要求

6.1罐基礎(chǔ)材料：

鋼筋混凝土環(huán)墻采用C40級(jí)混凝土（采用抗硫酸鹽水泥）HPB300、HRB400 級(jí)鋼筋現(xiàn)澆，混凝土保護(hù)層厚45mm。

環(huán)向受力鋼筋接頭，應(yīng)采用焊接連接或機(jī)械連接。

鋼筋混凝土環(huán)墻宜留后澆縫，在保證鋼筋連續(xù)的原則下均分三段澆灌，縫寬宜為300～500mm，接縫應(yīng)采用C45級(jí)微膨脹混凝土澆灌并搗實(shí)或采取其他有效措施。

混凝土澆筑后必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)防干裂，頂面抹30mm厚1：2水泥砂漿找平，頂表面的水平度每9m圓周長(zhǎng)不得超過(guò)±3mm。

鋼筋混凝土環(huán)墻外刷環(huán)氧瀝青涂層，厚度≥500um。

6.2瀝青砂絕緣層

重量比：中砂/石油瀝青=93/7；中砂含泥量不得超過(guò)5％，瀝青采用30號(hào)甲或30號(hào)乙建筑石油瀝青。

配制時(shí)應(yīng)先將砂加熱至120～140℃，瀝青加熱至160～180℃，然后按配合比倒入盤(pán)中，拌和均勻。

瀝青砂應(yīng)鋪設(shè)均勻，鋪設(shè)后應(yīng)用振動(dòng)板或其他工具振動(dòng)壓實(shí)，用烙鐵燙平表面，防止表面凹凸不平，從中心向周邊拉線(xiàn)，測(cè)量表面凹凸不得超過(guò)25mm。

整個(gè)罐基礎(chǔ)的瀝青砂墊層要求一次施工完畢，如需設(shè)置施工縫時(shí)，在接縫處應(yīng)涂一層熱石油瀝青，以利結(jié)合。注意，不宜在雨天，大風(fēng)天及氣溫低于5℃條件下施工。

6.3砂墊層

砂墊層采用質(zhì)地堅(jiān)硬的中砂或粗砂，亦可采用最大粒徑不超過(guò)20mm的砂石混合料。不宜采用細(xì)砂，不得采用粉砂或冰結(jié)砂，不得含有鹽漬土、草根等有機(jī)雜質(zhì)，含泥量不得超過(guò)5％。

鋪設(shè)時(shí)可采用振實(shí)、撼實(shí)、夯實(shí)，壓實(shí)等方法。施工時(shí)應(yīng)分層進(jìn)行，下層密實(shí)度經(jīng)檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行上層施工。砂墊層密實(shí)度的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)用干密度控制，即γ=16kN/m 。

6.4戈壁土墊層：

其粒徑不得大于50mm，且應(yīng)具有良好級(jí)配，不得含鹽漬土，不含有植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。

施工時(shí)應(yīng)分層夯實(shí)（或壓實(shí)），壓實(shí)系數(shù)0.97。

7　總結(jié)

在石油化工行業(yè)中，鋼儲(chǔ)罐主要用于存放原油、中間產(chǎn)品及成品油，所作用荷載的特點(diǎn)是荷載強(qiáng)度大、分布面積大，若地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)，一旦失穩(wěn)，后果將是不堪設(shè)想的。因此，在進(jìn)行鋼儲(chǔ)罐地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮各方面因素的影響，才能確保安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]（GB50007-2011）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).石油化工鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]（SH/T 3068-2007）.北京：中國(guó)石化出版社，2008.

[3]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范[S]（GB 50046-2008）.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：李娟（1986- ），女，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，工程師。