對大型儲罐的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及構(gòu)造相關(guān)論述與分析

李文

【摘要】本文圍繞大型儲罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及構(gòu)造要求進(jìn)行分析，首先概括大型儲罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要形式，包括護(hù)坡式基礎(chǔ)、外環(huán)墻式基礎(chǔ)、環(huán)墻式基礎(chǔ)、以及鋼混樁筏基礎(chǔ)，然后對構(gòu)造材料要求進(jìn)行分析，最后結(jié)合某LNG儲罐實(shí)例，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，為儲罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】大型儲罐;基礎(chǔ)設(shè)計(jì);構(gòu)造

1.大型儲罐設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式

大型儲罐基礎(chǔ)形式可選型護(hù)坡式基礎(chǔ)、外環(huán)墻式基礎(chǔ)、環(huán)墻式基礎(chǔ)、以及鋼混樁筏基礎(chǔ)，在選型時(shí)必須綜合對所處現(xiàn)場地質(zhì)條件，材料供應(yīng)情況，儲罐容積以及儲罐型式等相關(guān)因素的考量，目前應(yīng)用相對平凡的基礎(chǔ)形式為環(huán)墻式基礎(chǔ)，兼具施工方便，技術(shù)條件成熟，地基處理方法簡單可靠，節(jié)約用地等一系列優(yōu)勢。該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式下，將儲罐壁板直接安裝于環(huán)墻上，多用于軟～中軟場地浮頂罐、內(nèi)浮頂罐。由于其平面抗彎剛度高，因此對地基基礎(chǔ)不均勻沉降有良好的優(yōu)化效果，對控制罐壁表型的效果明顯。并且，儲罐罐體自身荷載作用力還可經(jīng)由地基基礎(chǔ)傳遞均勻壓力，對預(yù)防砂墊層或土體側(cè)向變形有積極效果，整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性。

在采用這種形式下，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中必須著重考慮以下幾個(gè)方面的問題：（1）環(huán)墻高度。除結(jié)合工藝安裝標(biāo)高進(jìn)行考慮以外，儲罐基礎(chǔ)周邊應(yīng)當(dāng)高于設(shè)計(jì)地面30.0cm以上，同時(shí)還需引入最終沉降量因素影響，對高度進(jìn)行預(yù)抬處理。結(jié)合現(xiàn)行石油化工鋼儲罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中的有關(guān)要求，環(huán)墻埋深應(yīng)當(dāng)在0.6m以上，并且當(dāng)考慮地震作用影響或地基基礎(chǔ)液化風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高埋深至1.0m;（2）環(huán)墻寬度。該指標(biāo)需要根據(jù)儲罐容積、地基土質(zhì)量、以及環(huán)墻設(shè)計(jì)高度進(jìn)行綜合確定，同時(shí)認(rèn)真評估基礎(chǔ)不均勻沉降以及儲罐類型對環(huán)墻剛度所產(chǎn)生影響，并對截面寬度作出相應(yīng)調(diào)整;（3）截面配筋。環(huán)墻式儲罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)按照正常工作以及沖水預(yù)壓實(shí)驗(yàn)兩種狀態(tài)進(jìn)行對比，按照較大者作為截面配筋計(jì)算依據(jù)。

1.2 構(gòu)造要求

遵循現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，在大型儲罐構(gòu)造設(shè)計(jì)中，不考慮預(yù)抬高高度的情況下，基礎(chǔ)頂面周邊應(yīng)當(dāng)高于地面高度300.0mm以上。同時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員應(yīng)沿儲罐周邊均勻設(shè)計(jì)泄露孔，泄露孔的布置間距按照10.0m～15.0m標(biāo)準(zhǔn)控制。預(yù)埋管向外形成的坡道應(yīng)當(dāng)達(dá)到5.0%標(biāo)準(zhǔn)以上。除此以外，對于采用環(huán)墻式基礎(chǔ)形式的大型儲罐，在環(huán)墻內(nèi)側(cè)預(yù)埋管入庫應(yīng)設(shè)置由卵石（卵石粒徑按照20.0mm～40.0mm標(biāo)準(zhǔn)控制）組成的反濾層和鋼筋濾網(wǎng)，且預(yù)埋管的出口宜高出設(shè)計(jì)地面。

2.實(shí)例分析

某LNG氣源工程項(xiàng)目應(yīng)用單容式LNG雙壁貯罐，罐體有效容積為10000.0m?，外罐直徑為27.0m，高度為28.9m，內(nèi)罐直徑為25.0m，內(nèi)部儲存低溫LNG液體。其結(jié)構(gòu)形式如下圖（見圖1）所示。項(xiàng)目現(xiàn)場為二類場地，抗震設(shè)防烈度為7度，風(fēng)壓計(jì)算取值0.35kN/m?，現(xiàn)場土層分布情況為①填土（土層厚度為1.0m～1.5m），②黏土（土層厚度為13.8m～15.9m）③強(qiáng)風(fēng)化砂巖層（土層厚度為0.7m～1.6m）④中風(fēng)化砂巖層（土層厚度為4.5m～7.2m）。

儲罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中必須充分考慮到，本儲罐內(nèi)部儲存介質(zhì)為低溫深冷LNG液體，運(yùn)行過程中LNG冷量通過底部傳輸至地基基礎(chǔ)，周邊土體以及持力層可能因受冷發(fā)生破壞，導(dǎo)致變形問題加劇，沉降難以控制。考慮這一因素，基礎(chǔ)類型設(shè)計(jì)可以考慮在地面筏形基礎(chǔ)，高架板式基礎(chǔ)以及高樁承臺基礎(chǔ)三種方案中進(jìn)行綜合比選。進(jìn)一步通過對運(yùn)營造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益以及抗震性能等指標(biāo)的綜合對比，最終確定選用高架板式基礎(chǔ)方案，并進(jìn)行改良，以單樁承臺以及條形承臺替代傳統(tǒng)多樁承臺板，在節(jié)約材料的同時(shí)確保樁承臺基礎(chǔ)與地基梁結(jié)構(gòu)能夠形成一個(gè)完整整體，在提高抗震性能的同時(shí)達(dá)到控制地基基礎(chǔ)不均勻性沉降問題的目的。為驗(yàn)證該基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的可靠性，對儲罐基礎(chǔ)沉降進(jìn)行觀測，下表（表1）為充水試壓狀態(tài)下各點(diǎn)位沉降觀測數(shù)據(jù)示意表，表1中相關(guān)數(shù)據(jù)表明：在充水周期范圍內(nèi)，該儲罐基礎(chǔ)沉降均勻，且沉降值始終控制在允許范圍內(nèi);累積沉降最大值符合最大允許標(biāo)準(zhǔn)要求，僅為4.0mm;充水預(yù)壓周期中該儲罐基礎(chǔ)已經(jīng)完成主要沉降，地基基礎(chǔ)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，提示該基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式具有高度可靠性。

3.結(jié)束語

在對大型儲罐進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過程中，受到不均勻沉降，材料質(zhì)量等一系列因素影響，可能會導(dǎo)致其在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)一系列的問題。針對這些問題，必須在儲罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中密切結(jié)合實(shí)際情況，充分考慮基礎(chǔ)形式選型以及構(gòu)造材料要求的問題。本文在概括分析上述問題的基礎(chǔ)之上，結(jié)合某LNG大型儲罐設(shè)計(jì)實(shí)例，對儲罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題進(jìn)行分析與研究，望能夠引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。

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