淺談島嶼大型儲罐的地基處理及基礎(chǔ)設(shè)計

摘要：近年來東南沿海一帶各種原油、成品油庫區(qū)大量的建設(shè)，其中大量的分布在沿海一帶的各種島嶼之上。本文結(jié)合冊子島原油儲備基地工程實例，分析島嶼區(qū)域典型的地質(zhì)條件以及相應(yīng)的地基處理措施。

關(guān)鍵詞：石油化工；大型儲罐；島嶼地質(zhì)；防止不均勻沉降

引言

近年來受國際政治、經(jīng)濟等各方面的影響，原油的價格波動越來越劇烈，提高原油的儲備能力，是應(yīng)對價格波動、保證國家能源安全的有效手段之一。國內(nèi)原油很大一部分依賴于進(jìn)口，于是一批大型原油儲備庫在江浙沿海一帶島嶼上應(yīng)運而生，由于建設(shè)用地緊張，罐體也向大型化發(fā)展，常用罐型達(dá)到10×[104m3]。由于罐體大型化，基礎(chǔ)的荷載也隨之增大，占地面積也變大，遭遇不均勻土層的可能性也增加，再加上龐大的罐體，對基礎(chǔ)的平整度有很高的要求，儲罐基礎(chǔ)的不均勻沉降將引起罐體變形，如變形量過大，將導(dǎo)致罐頂?shù)母”P無法升降，嚴(yán)重影響儲罐的使用以及生產(chǎn)安全。因此做好有效的地基處理方案，避免不均勻沉降，是儲罐基礎(chǔ)設(shè)計中很重要的一個環(huán)節(jié)。

1、常見地質(zhì)條件

結(jié)合島嶼的普遍的地質(zhì)情況，江浙一帶沿海島嶼儲備庫場地普遍為開山及回填場地，地形較為復(fù)雜，場地各土層及基巖通常都有一定的坡度。下面我們以中石化冊子島原油儲備基地項目為工程實例，大致的介紹分析一下，該類工程經(jīng)常遇到的地質(zhì)情況以及相應(yīng)的處理措施。冊子島原油儲備基地項目所在的場地，是比較常見的島嶼開山及回填場地，具有一定的代表性。通常對于單個儲罐基礎(chǔ)而言，遭遇的地質(zhì)條件基本可以分為以下幾類：1、儲罐基礎(chǔ)完全坐落于開山區(qū)域，天然地基承載力很高。2、儲罐基礎(chǔ)完全坐落于軟土地基區(qū)域或者回填區(qū)域，天然地基承載力差。3、儲罐基礎(chǔ)部分坐落于開山區(qū)，部分坐落于回填區(qū)或軟土地基區(qū)，地質(zhì)條件不均。以下我們就這主要的三種情況，詳細(xì)的展開分析一下，具體的處理方法及措施。

2、具體處理措施

首先我們計算一下儲罐基礎(chǔ)的豎向荷載。冊子島原油儲備基地項目興建的10×[104m3]原油儲罐基本參數(shù)如下：儲罐內(nèi)徑為D=80m，基礎(chǔ)底面積S=5024[m2]，儲罐高度H=21.8m，儲罐自重為1915000kg，充水水重為101536000kg。根據(jù)《石油化工鋼儲罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3068-2007）的要求，罐底板下應(yīng)設(shè)置中粗砂墊層，厚度不小于300mm，中粗砂墊層總重量約為[（80/2）2×3.14×0.3×1.6×103=2412000kg]，所以罐體充水后加砂墊層的重量共1915000+101536000+2412000=105863000kg，基底壓強為1058630 kN /5024[m2]=210.7 kPa。

當(dāng)儲罐基礎(chǔ)完全坐落于開山區(qū)域，基礎(chǔ)持力層一般為強風(fēng)化或中風(fēng)化基巖，天然地基承載力完全能滿足設(shè)計要求。根據(jù)《石油化工鋼儲罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3068-2007），可采用環(huán)墻式基礎(chǔ)。環(huán)墻寬度及配筋的計算如下：

環(huán)墻寬度[b=gk（1-β）γLhL-（γc-γm）h]

=[76.2（1-0.4）×9.1×20.2-（25-16）×1.5]=0.787m

取環(huán)墻寬度為0.8m。

環(huán)墻單位高環(huán)向力設(shè)計值為：

[Ft=（γQWγwhw+γQmγmh）KR]

=（1.1×9.8×20.2+1.0×16×1.5）×0.33×40=3191kN/m

環(huán)墻單位高環(huán)向鋼筋的截面面積為：

[As=γ0Ftfy=1.0×3191×103310=10293mm2]

環(huán)墻實際配筋為32Φ25，環(huán)墻單位高實配鋼筋截面面積：10475[mm2].

環(huán)墻配筋斷面如下圖：

當(dāng)儲罐基礎(chǔ)完全坐落于軟土地基區(qū)域或者回填區(qū)域時，未經(jīng)處理的天然地基承載力較差，無法滿足設(shè)計要求。由于沿海島嶼土層中淤泥質(zhì)土分布很廣，該土層一般含水率很高，層厚較大，強夯等地基處理手段很難取得理想效果。如淤泥軟土層厚度不大且較均勻，可以考慮采用排水固結(jié)或CFG復(fù)合地基等地基處理方案，提高天然地基承載力，滿足設(shè)計要求。冊子島原油儲備基地項目中，共有兩臺罐屬于該種情況，由于所處位置淤泥層厚度很不均勻，采用排水固結(jié)或CFG樁存在很大的不均勻沉降風(fēng)險。因此，這兩臺罐基礎(chǔ)最終全部采用樁基礎(chǔ)，由于對單樁豎向抗壓承載力要求較高，持力層選取為中風(fēng)化基巖層。島嶼場地中風(fēng)化基巖往往有較大的坡度，有側(cè)滑風(fēng)險，故采用嵌巖樁較為合理。冊子島項目最終樁型為直徑800的沖孔嵌巖灌注樁，單樁豎向抗壓承載力特征值為4000kN。10X[104m3]原油儲罐罐體充水后加沙墊層總重為105863000kg，由于罐基礎(chǔ)采用樁基，砂墊層下需要增加鋼筋砼底板，底板厚度約600mm，重量約為：[（80/2）2×3.14×0.5×2.5×103=7536000kg]，所以罐體加基礎(chǔ)總重為113399000kg，荷載約為1133990kN，故共需要直徑800的鉆孔嵌巖樁數(shù)量為：

1133990/3000=378根。實際布樁為：環(huán)墻內(nèi)布樁349根，樁間距為3700mm，環(huán)墻上布樁80根，樁間距為3140，共布樁429根。樁基礎(chǔ)的罐基礎(chǔ)須設(shè)置承臺底板，底板可以簡化為無梁板計算，上部為均布荷載223 kN /[m2]，取板厚為600，計算配筋結(jié)果為Φ18@190雙層雙向配筋。樁頂位置板局部須進(jìn)行沖切驗算：[Fl≤（0.7βhft+0.15σpc，m）ηumh0]，如沖切驗算不能滿足要求，儲罐底板應(yīng)局部加厚或者設(shè)置樁帽。

當(dāng)儲罐基礎(chǔ)部分坐落于開山區(qū)，部分坐落于回填區(qū)或軟土地基區(qū)，地質(zhì)條件不均。由于大型儲罐上部荷載大，對基礎(chǔ)平整度要求很高。為了盡量減少儲罐基礎(chǔ)在生產(chǎn)使用中的不均勻沉降量，選擇統(tǒng)一的持力層非常關(guān)鍵。開山區(qū)域部分持力層一般為強風(fēng)化或中風(fēng)化基巖，沉降量極小，因此回填區(qū)域也應(yīng)選擇強風(fēng)化或中風(fēng)化基巖，才能盡可能的減小儲罐的不均勻沉降。當(dāng)回填區(qū)域基巖埋深較淺，易于開挖出基巖面時，可直接開挖出基巖，將基巖面以上的回填土或軟土換填。為確保換填部分的密實度及承載力，又兼顧建設(shè)的經(jīng)濟性，毛石砼是較為合理的選擇。如果回填區(qū)基巖面坡度較大，應(yīng)該開鑿成階梯，并根據(jù)基巖面坡度，按一定密度設(shè)置錨桿，避免回填的毛石砼與基巖面產(chǎn)生滑移。換填適合基巖埋深較淺區(qū)域，如基巖埋深較大，則開挖方量太大，圍護(hù)費用也較高，回填的毛石砼方量也大。在工程中，如基巖埋深大于約6m，該區(qū)域采用嵌巖樁基，工程造價反而比開挖換填低。冊子島原油儲備基地項目中有兩臺罐采用該種處理方案，處理的平面布置與斷面圖如下：

3、結(jié)論

大型儲罐的地基處理，最重要的工作是控制沉降量，防止出現(xiàn)不均勻沉降。在島嶼區(qū)域建設(shè)各種大型儲罐，應(yīng)結(jié)合儲罐所處位置

參考文獻(xiàn)：

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[2]GB/T 50756-2012鋼制儲罐地基處理技術(shù)規(guī)范

[3]JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范