軟土地基大型原油儲罐樁筏原位測試分析

俞海洪 中國石化上海工程有限公司

軟土地基大型原油儲罐樁筏原位測試分析

俞海洪 中國石化上海工程有限公司

以上海石化某大型新建10×104m3原油罐樁筏基礎為研究對象，在油罐基礎施工和充水試壓過程中，通過原位監測獲得基礎沉降、樁土反力以及鋼筋內力數據，分析在基礎施工和油罐充水過程中樁筏基礎變形、內力等的變化規律。現場試驗表明，罐體在充水過程中，油罐基礎呈搖擺下沉，罐體向西北方向略有傾斜，罐放水卸載后，樁筏基礎有較小的回彈量，其回彈率在15%左右。在穩壓時，樁承擔85%左右的上部總荷載，其余15%部分由樁間土分擔。由于環梁內砂墊層較厚，并且對環梁有徑向向外的側壓力，筏板呈現拉彎變形。

軟土地基；原油儲罐；樁筏基礎；充水；變形；樁反力；測試

為滿足石油戰略儲備的要求，近幾年來我國沿海原油儲罐的建設已向規模化大型化發展，單罐容量達到15×104m3，罐體直徑在80 m以上。為滿足工藝和罐體強度的要求，對大型油罐基礎的施工后沉降和不均勻沉降控制需更加嚴格[1]。

以上海石化某大型新建10×104m3原油罐樁筏基礎為研究對象，在油罐基礎施工和充水試壓過程中，通過原位監測獲得基礎沉降、樁土反力以及鋼筋內力數據[2]，分析在基礎施工和油罐充水過程中樁筏基礎變形、內力等的變化規律，可為類似工程設計提供參考。

1 油罐基礎情況

新建的油罐位于上海石化股份3#儲運區內，原油儲罐容量為10×104m3，儲罐環壁高度21.5 m，直徑80.2 m，儲罐為內浮頂原油罐。

由于場地地質條件復雜，同時考慮減少工程量，采用變厚度樁筏基礎設計，筏板中區厚度650 mm，邊緣區厚度950 mm，環梁截面0.8 m× 1.9 m，設計充水最高水位22.0 m，筏板基底設計荷載為268.6 kPa，罐基礎容許最大相對傾斜為4‰。

場地地勢平坦，大部分是農田，后來由于當地為發展漁業經濟，開挖養蟹池。場地地質條件差，屬沿海的軟土地基，場地巖土工程條件屬較復雜類型。

2 現場試驗方案

2.1 測試內容和測試點布置

樁筏基礎在大型油罐工程設計中應用較多，但設計時采用常規的設計方法，往往設計的板厚較大。為了進一步優化設計，分析大型油罐樁筏基礎的受力狀態和變形特性，進行了原位測試。

（1）樁頂反力測試。在圖1中1—1、2—2二個正交斷面，二個斷面上各選取15根樁進行樁頂反力測試。在每根樁的對稱鋼筋上安裝鋼筋測力計，鋼筋測力計選用GXR鋼弦式鋼筋測力計。

圖1 測試布置

（2）基底和環梁內側土壓力監測。油罐樁筏基底樁間土以及環梁內側的土壓力將隨著充水的過程發生變化。監測過程中，選取2—2斷面，在墊層下100 mm處埋設鋼弦土壓力盒，同時在基礎梁內側埋設土壓力盒，測點位置如圖1所示。

（3）鋼筋內力監測。通過GXR鋼弦式鋼筋測力計可監測鋼筋內力，安裝位置設在筏板1—1、2—2二個正交斷面的上、下表面的鋼筋處，總共128個鋼弦式鋼筋測力計，具體布置如圖2所示。同時在二個正交斷面上的環梁豎向和環向的鋼筋上安裝32個鋼筋測力計，監測鋼筋內力。

圖2 筏板鋼筋測力計布置

（4）沉降監測。通過在環梁外側設置沉降觀測點，監測充水過程中油罐的沉降發展情況。沉降觀測點在環梁外側均勻設置，共24處。

2.2 油罐基礎施工及充水過程

該油罐施工始于2000年7月，施工完成于2001年1月，歷時6個月。2001年1月16日油罐開始充水，同年4月16日充水至設計充水水位22.0 m，穩壓10天后開始放水卸載，7月14日油罐放空。

3 原位測試結果及分析

3.1 環梁沉降結果

在罐基礎施工和油罐充水過程中環梁都發生了相應的沉降，呈搖擺式下沉。油罐充水穩壓后，沉降變化穩定，沉降量最小處為72 mm，沉降最大處為109 mm，油罐西偏北側沉降量相對較大，環梁整體向該方向傾斜，傾斜率為0.05%。穩壓一定時間后，再放水卸載，基礎有15%的回彈率。環梁沉降歷時曲線見圖3。

圖3 環梁沉降歷時曲線

3.2 樁間地基土反力

油罐筏板混凝土澆筑后，在筏板基礎混凝土自重的作用下，樁間地基土反力明顯，各測點地基土反力平均值為16.56 kN/m2，可以看出樁間地基土總反力基本上接近于筏板自重。

樁間土在筏板自重的作用下，樁間土壓縮沉降，樁間土和樁的反力重分布，在罐體安裝后，地基土的反力平均值為15.12 kN/m2。

在充水穩壓時，地基土反力基本穩定，油罐按設計充水穩壓后再放水卸壓至空罐后，地基土的反力基本上與充水前相等。

3.3 樁筏樁反力

群樁邊緣區的樁剛度比中間區域大，筏板樁群呈現邊緣加強區域樁反力大，在環梁附近的變化較顯著，筏板中部區域小，最大值與最小值的比值約為4.5，邊樁效應明顯。

3.4 筏板鋼筋和環梁縱向鋼筋內力

如圖4、5所示，油罐筏板混凝土澆筑后，筏板內上、下二層水平鋼筋內力較小，油罐在充水過程中，上、下筏板中部區域鋼筋內力增大并且均為拉力，由于環梁內砂墊層較厚，并且對環梁有向外徑向的側壓力，筏板呈現拉彎變形。

圖4 筏板上部徑向鋼筋內力分布曲線

圖5 筏板下部徑向鋼筋內力分布曲線

環梁兩側縱向鋼筋受拉，鋼筋內力頂部大于底部。環梁豎向鋼筋內側受拉和外側受壓，環梁處于拉扭狀態。

4 結論

（1）罐體在充水過程中，油罐基礎呈搖擺下沉，罐體向西北方向略有傾斜，罐放水卸載后，樁筏基礎有較小的回彈量，其回彈率在15%左右。

（2）在穩壓時，樁承擔85%左右的上部總荷載，其余15%部分由樁間土分擔。邊緣樁反力大，中間區域較為均勻，邊樁效應較大，邊緣區樁反力約為中間區樁反力的4.5倍。

（3）由于環梁內砂墊層較厚，并且對環梁有徑向向外的側壓力，筏板呈現拉彎變形。筏板上下層徑向鋼筋與切向鋼筋基本上均受拉。環梁兩側縱向鋼筋受拉，鋼筋內力頂部大于底部。環梁豎向鋼筋內側受拉和外側受壓，環梁處于拉扭狀態。

（4）本次現場試驗所揭示的大型油罐樁筏基礎變形和內力的特性對此類工程的優化設計具有一定的參考價值。

[1]徐至鈞，許朝銓，沈珠江．大型儲罐地基基礎設計與地基處理[M]．北京：中國石化出版社，1999．

[2]應宏偉，楊曉剛，卞守中，等．大型油罐地基現場試驗分析[J]．巖土工程學報，2005，27（2）：157-161．

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.007