淺談航煤儲罐基礎的設計與施工

陳友平（華南藍天航空油料有限公司 廣東 廣州 510470）

引言

儲罐基礎對儲罐整體的安全性和可靠度起到決定性作用，對于大中型航煤儲罐，一般采用鋼筋混凝土環墻基礎，它不僅能為儲罐提供穩定安全的基礎結構和平整堅實的安裝平面，還有利于罐底下向錐形設計。本文以民航某機場油庫2000m3航煤儲罐為例，簡要闡述儲罐基礎的技術要求、型式、選型及設計與施工要點，提出采用滲漏檢測管、HDPE環保防滲層等理念。

一、儲罐基礎型式

儲罐基礎是指將罐體及罐內油品重量傳遞到地基持力層的結構組成部分，基礎型式通常有護坡式、外環墻式、環墻式、樁基等。

1.護坡式基礎是由罐壁外的混凝土護坡或碎石護坡和護坡內的回填土層、墊層、瀝青砂絕緣層等組成。特點是罐壁底部直接坐落在碎石墊層上，碎石墊層直接承擔儲罐豎向壓力。

2.外環墻式基礎是由罐壁外的鋼筋混凝土環墻和環墻內的回填土層、墊層、瀝青砂絕緣層等組成。特點是罐壁底部直接坐落在碎石墊層上，碎石墊層外側設置鋼筋混凝土環墻，外環墻可約束地基基礎材料的變形和滑動流失（類似“箍桶”效應）。

3.環墻式基礎是由罐壁下的鋼筋混凝土環墻和環墻內的回填土層、墊層、瀝青砂絕緣層等組成。特點是罐壁直接坐落在鋼筋混凝土環墻上，環墻可傳遞儲罐上部荷載，減少罐壁變形，保證儲罐均勻、安全抵達沉降位置。

4.樁基基礎是由灌注樁或預制樁和連接于樁頂的鋼筋混凝土樁承臺及承臺上的回填土層、墊層、瀝青砂絕緣層等組成。特點是罐壁底部坐落在鋼筋混凝土樁承臺。

二、儲罐基礎技術要求

儲罐基礎的主要功能是支持來自罐體自身及罐內油品傳來的荷載，對儲罐整體安全性和可靠度起到決定性作用，基礎損壞失效造成的后果是不堪設想的。一般來說，基礎應具有如下技術要求：

1.基礎結構應具有可靠的安全性，能滿足地基穩定與變形的需要，不均勻沉降不超過允許值。

2.儲罐罐體柔性、易變性，易受基礎沉降變形的影響，基礎應具有足夠的整體穩定性和剛強度。

3.儲罐基礎深處承受著罐內油品大面積、高強度的液體壓力，應具有足夠的承載力和耐久性。

4.儲罐基礎頂面應具有一定的柔韌性，以確保底板在液體壓力作用下緊密地附著在基礎上，減少焊縫變形開裂。

5.儲罐存在油品泄漏的危險，基礎應采用不怕浸泡和沖洗的構造，同時設置泄漏孔、滲漏檢測管、防滲漏膜等環保措施。

6.儲罐的底部鋼板易被腐蝕，儲罐基礎材料應不具有腐蝕性。

三、儲罐基礎選型

儲罐基礎選型應堅持因地制宜、就地取材、保護環境和節約資源的原則。選型通常從工程地質條件入手，考慮儲罐容量、工藝要求、允許承載力、變形要求、抗震設防及施工條件、同類工程經驗等因素，經地質分析、承載力和沉降計算，優化選擇出安全可靠、經濟合理的方案。

當地基土層能滿足承載力和沉降要求且場地不受限制時，宜采用護坡式或外環墻式基礎；當地基土層不能滿足承載力要求、但沉降量不超過允許值時，可采用環墻式或外環墻式基礎；當地基土層為軟土層時，宜對地基處理后再采用外環墻式基礎，也可直接采用鋼筋混凝土承臺樁基基礎。

四、民航2000m3航煤儲罐基礎案例

1.儲罐設計

（1）儲罐公稱容積為2000m3、內半徑為7750mm、高度為11892mm，儲存的航空煤油為乙B類油品，頂蓋選用固定式拱頂。

（2）罐底結構。保證航煤質量，便于罐內雜質、水分聚積和排出，罐底采用下向錐形底設計，錐底坡度為5%，錐底中心設半徑為300mm的半球形聚污槽。

（3）儲罐選材。綜合考慮設計溫度、油品腐蝕性、力學性能、焊接性能、經濟合理等，材料選用Q235-B。

2.基礎選型設計

（1）工程地質概況：根據地質勘探報告，地基土承載力特征值經驗值fak=500k Pa，穩定性和適宜性好，可作為天然持力層，不需進行地基處理。

（2）抗震設防：場地地震基本烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，安全等級為二級，抗震設防類別為丙類，設計使用年限50年。

（3）綜上儲罐特點及場地條件，選用鋼筋混凝土環墻基礎。優點有：穩定性好，安全性高，堅固可靠；剛度大，可平衡不均勻沉降，減小罐壁的變形；出現不均勻沉降時，可通過調整環墻來平衡，有利于事故的處理；可將荷載均勻地傳遞到地基上；可保護內部墊層不被泄漏的油品浸泡和沖洗,保持基礎穩定性；提供平整堅實的表面利于罐體安裝；有利于罐底下向錐形設計；抗地震性能好、有防潮防腐蝕作用、占地面積小等。

3.環墻基礎構造設計

鋼筋混凝土環墻基礎主要包括鋼筋混凝土環墻、瀝青砂絕緣層、墊層、泄漏孔、滲漏檢測管、環保防滲層及其他構造部分。

（1）鋼筋混凝土環墻。本案鋼筋混凝土環墻內徑為7575mm、外徑為7925mm、厚度為350mm，高度為2200mm；采用C40混凝土現澆而成。

（2）頂面瀝青砂絕緣層。主要用于防止濕氣、化學物質和雜散電流對儲罐底板的腐蝕作用。本案瀝青砂絕緣層厚度為100mm，壓實系數≥0.96，砂和石油瀝青重量配比為93:7；瀝青采用60#甲道路石油瀝青，中砂含水量不超過3%。

（3）墊層。基礎墊層承受儲罐底部和上部油品80～90%靜壓力和地震沖擊力，并將這些作用力均勻傳遞到地基上，減小地基的不均勻沉降。本案采用中砂墊層，厚度為300mm，壓實系數≥0.96。

（4）泄漏孔。混凝土環墻設置泄漏孔，當儲罐底板滲漏時，漏油可該泄漏孔流出，便于檢查發現并及時采取應急措施，避免重大損失。本案沿基礎周圍均勻設置4根泄漏孔，材質為鍍鋅鋼管，直徑DN50，泄漏孔內側收水口采用粒徑不小于30mm的卵石濾水，并以5%坡度坡向環墻外。

（5）滲漏檢測管。底板腐蝕是儲罐的主要隱患，因此應定期檢測與評價底板的金屬結構及腐蝕情況，采用開罐檢測底板的方法存在停工和清罐的局限性。本案在基礎內均勻設置4根滲漏檢測（與泄漏孔交錯布置），材質為鍍鋅鋼管，直徑DN60，可在不停用儲罐的情況下在線檢測，提高儲罐運行的安全性和經濟性。

（6）環保防滲層。環保防滲層可有效防止儲罐油品泄漏后的環境污染事故，一般采用HDPE防滲膜。HDPE防滲膜是一種以高密度聚乙烯樹脂為原料的防水阻隔材料，可有效阻隔泄漏的油品滲入地下土層、污染地下水源，具有防滲系數高、化學性能穩定、抗老化性能好、機械強度高、施工方便等特點。本案采用2mm厚HDPE防滲膜，敷設于設計地面-500mm處，四周沿環墻邊緣向上翻折600mm，并做倒角和好錨固處理。為防止HDPE膜受損破裂，HDPE膜敷設在兩層600g/m2長絲機織土工布之間，土工布上下各鋪設一層厚度為100mm的細沙保護層。

（7）防腐涂料。為防止儲罐底板和基礎遭受腐蝕，應進行防腐處理。本案基礎墊層表面防護聚氨酯瀝青涂層，厚度為500um；設計地面以下部分環墻表面防護環氧瀝青、聚氨酯瀝青貼玻璃布，厚度為≥1mm。

（8）回填土層。回填土宜采用黏性土、天然砂配石，不得采用淤泥、耕土、膨脹土、凍土及含有機雜質的土料。本案采用天然級砂配石回填，分層回填并夯實，壓實系數≥0.97。

本案環墻基礎豎向剖面圖如下：

圖1 環墻基礎豎向剖面圖

4.環墻基礎施工要點

影響基礎質量的因素有很多，施工時應關注如下要點：

（1）鋼筋、水泥、砂、石、土、HDPE膜、土工布等材料應滿足設計要求、質量應符合規范要求。

（2）土方開挖。開挖前清除地上、地下雜物，機械開挖應預留100～300mm人工清理層，不得超挖。

（3）土方回填。回填前應確定回填土含水率、虛鋪厚度和壓實遍數等，回填應分層鋪攤夯實，完成后表面拉線找平。

（4）環墻基礎模板。為保證環墻外觀質量，采用定制弧形鋼模，安裝前應確定模板平面布置、縱橫龍骨規格、數量、尺寸及組裝形式等，安裝時應按設計圖拼裝、固定、水平儀校正，拆除時應用撬棍輕輕撬動模板，使模板離開墻體。

（5）混凝土澆筑。使用商品混凝土，攪拌車運輸及泵送，人工振搗；采取自下而上分層澆筑，每層厚度500mm，循序漸進，依次向上，直至完成，上層砼與下層砼之間接槎應在初凝前完成，嚴禁形成施工冷縫，環墻表面一次抹平壓光；澆筑后12小時內用中厚聚乙烯塑料布覆蓋保溫養護，28天內灑水濕潤養護。

（6）砂墊層。砂墊層是控制儲罐基礎不均勻沉降重要部分，施工關鍵是達到設計密實度。施工時應分層鋪設平整，每層虛鋪厚度為200～250毫米，在最佳含水量狀態下逐層壓實，逐層質量檢驗，確保壓實系數達到0.96以上。

（7）瀝青砂絕緣層。應分層分塊鋪設，每層厚度小于40m，上下層接縫錯開距離大于500mm；鋪設溫度不低于140℃，并趁熱壓實、表面壓光，壓實系數達到0.95以上。

（8）HDPE防滲膜。施工前平整場地，然后逐層鋪設100mm細沙保護層、土工布、HDPE膜、土工布、100mm細沙保護層；防滲膜采用雙軌熱熔焊接，接縫搭接寬度不小于100mm；應盡量拉緊鋪平，避免產生褶皺；鋪設完成后應減少在膜面上行走、搬動工具等，以免造成損傷。

（9）地基充水預壓。充水預壓是利用儲罐充水實驗作為預壓荷載，使地基沉降在充水預壓期基本完成，使地基土空隙水排出并固結，加速抗剪強度的增長，提高承載力和穩定性，達到設計荷載。充水預壓過程應分級施壓，如果加載速率過快，地基強度增長不能適應地基剪應力增長，地基可能發生滑動或破壞。本案儲罐充水不高于11.3m，一次充水到1/2罐高沉降觀測，當沉降量小于5mm/d時，繼續充水到3/4罐高，沉降量仍小于5mm/d時，充水到最高液位，經觀測沉降量無明顯變化即可放水，液位下降速度應控制在不大于3m/d；如果在充水預壓過程中發現較大的不均勻沉降或沉降量大于5mm/d，應立即停止，找出原因并處理。

結論

儲罐作為高價值的設備，建設投資巨大，儲存的油品具有高度危險性，發生泄漏將可能造成嚴重的安全和環保事故。基礎是儲罐的重要組成部分，對儲罐的安全性和可靠度起到決定性作用，應當予以高度重視。

[1]GB50473-2008鋼制儲罐地基基礎設計規范，中國計劃出版社，2009.

[2]SH/T3068-2007石油化工鋼儲罐地基與基礎設計規范，國家發改委，2007.

[3]MH5008-2005民用機場供油工程建設技術規范，中國民用航空局，2005.

[4]賈慶山：儲罐基礎工程手冊，中國石化出版社，2002.

[5]徐致鈞：大型儲罐基礎地基處理與工程實例，中國標準出版社，2009.