塔型設備傾斜與地基變形的研究

曹艷（東華工程科技股份有限公司，上海 200433）

石油化工行業屬于高危行業，其設備的安全運行對于企業的安全運營有著至關重要的影響。所以，對石油化工裝置安裝和設計中安全隱患有所認識，才能更好的確保化工裝置的安全運行。而塔型設備是石油化工設備中具有特殊結構的設備，同時也是引用較為廣泛的設備。因此，對塔型設備傾斜與地基變形的問題進行研究，以便更好的完成設備的設計和安裝，才能更好的確保石油化工企業的安全生產，繼而為人們的生命財產安全提供保障。

1 塔型設備的傾斜和變形問題分析

1.1 塔型設備傾斜和變形的后果

針對高聳建筑物基礎的傾斜和沉降問題，一直以來都有相關的規定進行管理。但是，在化工廠的塔型設備基礎的傾斜和沉降方面，卻缺乏明確的規定。從國外的研究情況來看，日本要求塔型設備基礎傾斜不超過0.001，而法國則要求設備的基礎沉降不超過3厘米。然而就實際情況而言，不同地質條件下的塔型設備基礎的傾斜和變形將造成不同的后果。

就目前來看，石油化工企業的塔型設備主要可以分成兩類，即空心塔和帶塔盤的塔。一般的情況下，人們對空心塔的基礎傾斜和沉降有著較低的要求。因為，帶塔盤的塔設備一定出現一定程度的傾斜和變形，就將導致設備內部的塔盤齒縫從液面露出。在這種情況下，塔盤的鼓泡作用將停止，塔盤的效率也將降低，繼而使塔設備的使用效果變差[1]。而在塔設備的基礎沉降過大的情況下，油品的輸送就會變得較為困難。在嚴重沉降出現時，塔設備的管道還將產生開裂，繼而使化工企業遭受嚴重的損失。因此，考慮到塔型設備的液面水平度的要求，需要較好的研究塔型設備的基礎傾斜和地基變形問題，以便更好的控制設備的傾斜和變形。

1.2 導致塔型設備傾斜和變形的原因

實際上，塔型設備基礎的傾斜和地基變形與很多因素有關。在實際應用的過程中，塔的外形、塔盤結構、荷載大小、荷載偏心、加荷速度快慢和土層土質分布都會影響到塔型設備基礎的傾斜和變形。就目前來看，不同化工廠的塔型設備的大小、荷載、土質和基礎設計都不盡相同。而根據生產需要，塔型設備內部的充油和充水的速率也不相同，所以每臺設備基礎的沉降也都有一定的差距。在塔型設備的使用年限在5到13年之間時，大多數塔型設備有著較為穩定的基礎沉降，所以在生產上的應用情況也大致相同。

就實際情況而言，在設備的基礎沉降超過3厘米，并且傾斜也超過0.001時，設備也都能正常的投入使用。而在確定導致塔型設備基礎出現沉降和傾斜原因時可以發現，導致這些現象產生的原因將主要集中在幾點上。首先，在塔基礎底面的土層的厚度不均勻時，塔型設備基礎容易出現傾斜問題。其次，在塔型設備的上部荷重出現偏心問題時，塔基礎也容易出現傾斜問題。同時，設備充水加荷的速度較快，將造成塔型設備的荷重驟然加劇，繼而容易導致設備基礎的傾斜。再者，在塔型設備內，如果出現基礎布置較密的狀況，設備基礎將容易因基礎之間的相互影響而出現傾斜[2]。此外，在地面排水無組織的情況下，一旦水進入到地基，就容易造成塔型設備基礎因地基濕陷而出現傾斜。最后，在塔型設備基礎附近進行氣動打樁或挖土方等項目工程的施工，也容易使塔基礎出現傾斜。

2 塔型設備的傾斜與變形值分析

2.1 地基變形分析

就目前來看，可以用沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜等詞匯描述地基變形。而塔型設備基礎的地基變形，則主要是由沉降差和傾斜導致的。在塔型設備基礎出現較大的平均沉降的情況下，塔型設備可以得到正常的使用。但是一旦塔型設備基礎出現了大角度的傾斜，設備的運行就會受到影響[3]。所以，在進行塔型設備基礎傾斜與地基變形問題的分析時，可以主要研究設備基礎的傾斜問題。

2.2 傾斜與變形值分析

實際上，大多數正常運行的塔型設備并沒有出現嚴重的地基變形。就目前來看，尚沒有現成的計算公式可以用于計算大型設備基礎的傾斜。所以，需要用平均沉降控制相對傾斜的方法完成對地基變形值的計算。在完成塔型設備沉降值的統計和分析時，需要完成平均沉降和相對傾斜的三元網絡圖的繪制，以便描述二者之間的關系。而通過計算可以發現，在控制空心塔和帶塔盤的塔的基礎傾斜和沉降時，只需要使平均沉降不超過一定的數值，塔型設備的相對傾斜也就不會超過極限值。相較于帶塔盤的塔型設備，空心塔的沉降和傾斜的要求則可以適當的放寬[4]。在傾斜值小于最大限度的情況下，可以適當提高設備基礎的平均沉降。因此，經過分析可以發現，相較于平均沉降，相對傾斜指標對設備基礎的控制更加重要。但是，由于相對傾斜和平均沉降是相互聯系的變形值，所以還需要采取措施控制這兩項內容。

3 控制塔型設備傾斜與變形的措施

在進行塔型設備基礎傾斜和地基變形的控制時，需要根據塔形基礎完成沉降值的計算，并在設計時使用基礎的預抬高。而針對已有的塔型設備，則需要利用設備充水試漏和試壓的機會完成進水過程的分層控制。在這一過程中，需要將每層進水荷載控制在總充水荷重的10%到15%之間。而如果設備基礎具有較好的土質，則可以將水荷載控制在20%到25%之間。在完成水加荷后，則需要對塔型設備基礎的沉降速率進行嚴格的控制。具體來講，就是完成基礎沉降速率的監測，確保天然地基上的塔型設備基礎沉降速度每天小于5毫米，樁基上的塔型設備基礎沉降速度每天小于0.1毫米。而在條件滿足的情況下，則可以將設備投入使用。需要注意的是，充水過程是對地基進行施壓，以便使塔基礎在充水時完成部分沉降。而放水時，也同樣要控制好卸荷的速度，即每天放一次水，水量不超過總荷載的20%。此外，在進行設備的檢修時，需要利用頂升調整的方法控制設備的傾斜。具體來講，就是在設備底部安裝臨時油壓千斤頂設備，以便利用該設備完成塔型設備傾斜的調整[5]。而在軟土地區的基礎沉降較大時，則可以利用柔性連接的管接頭完成塔型設備與其它容器的連接，以便減輕設備的豎向荷載。

4 結語

總而言之，塔型設備是石油化工廠的基礎設備，其傾斜和沉降問題則一直威脅著企業的生產運營。而通過檢測塔型設備的傾斜和沉降的實際情況，并完成對塔型設備基礎允許的變形值的計算，則可以在設計和安裝塔型設備的過程中有效提升地基的承載能力，繼而使塔型設備的使用更加安全。因此，本文對塔型設備傾斜與地基變形問題展開的研究，對于簡化塔型設備安裝基礎工程和保證化工企業的安全生產具有一定的指導意義。

[1]林忠.石油化工高塔設備基礎結構設計實例剖析[J].科技創新與應用,2013,25:117.

[2]譚麗勇.化工裝置中塔設備的安全設計及監察[J].化工管理,2015,08:244.

[3]劉銀卯,閆向剛.橫向風振對石油化工塔型設備設計的影響[J].化工設計,2012,04:29-32+1.

[4]楊進宏.水平荷載作用下塔型設備基礎的設計計算[J].赤峰學院學報(自然科學版),2011,11:129-131.

[5]馮軍,譚志祥,鄧喀中.采動地表傾斜變形對風力發電塔筒的影響研究[J].煤炭科學技術,2015,03:130-133+145.