淺談鋼儲(chǔ)罐環(huán)墻式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

張娜

摘 要：鋼儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是儲(chǔ)罐穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，本文針對(duì)鋼儲(chǔ)罐鋼筋混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)的特點(diǎn)、作用、設(shè)置環(huán)墻的地基條件、采用的設(shè)計(jì)方法及環(huán)墻的構(gòu)造要求進(jìn)行了介紹，提出環(huán)墻基礎(chǔ)在平時(shí)設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)考慮的因素及步驟。

關(guān)鍵詞：鋼儲(chǔ)罐，環(huán)墻基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)，構(gòu)造

中圖分類(lèi)號(hào)： S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1、概述

目前，隨著工藝設(shè)計(jì)條件及建設(shè)方對(duì)建設(shè)條件的控制，儲(chǔ)罐正日益朝著大型化趨近，由原先的幾十上百立方米，漸變?yōu)榻裉斓膸浊先f(wàn)立方米。因此，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)也顯的尤為重要。在儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的多種選型中，環(huán)墻基礎(chǔ)應(yīng)用的越來(lái)越多。因此，本文將結(jié)合自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋼筋混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)進(jìn)行探討。

鋼筋混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)不同于一般建筑的條形基礎(chǔ)，鋼儲(chǔ)罐環(huán)墻式基礎(chǔ)本身承載的荷載很小，對(duì)于浮頂罐只承受儲(chǔ)罐壁重量；對(duì)于固定頂罐，只承受罐壁及罐頂和小部分介質(zhì)的重量，而絕大部分的介質(zhì)重量是由環(huán)墻內(nèi)各個(gè)墊層直接承受并傳到地基。環(huán)墻基礎(chǔ)一般應(yīng)用于中軟、軟或較不均勻的場(chǎng)地，適用于大型儲(chǔ)罐、高位儲(chǔ)罐和浮頂罐等。

2、環(huán)墻的適用條件

根據(jù)SH/T3068-2007《石油化工企業(yè)鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，下列地質(zhì)條件宜采用鋼筋混凝土環(huán)墻式基礎(chǔ)。

（1）當(dāng)?shù)鼗敛荒軡M足承載力設(shè)計(jì)值要求，但計(jì)算沉降差不超過(guò)規(guī)范規(guī)定的允許值時(shí)。

（2）當(dāng)?shù)鼗翞檐浫跬粒鼗敛荒軡M足承載力設(shè)計(jì)值要求，且計(jì)算沉降差不能滿足規(guī)范規(guī)定的允許值時(shí)或地震作用地基土有液化時(shí)。

（3）當(dāng)建筑場(chǎng)地受限制時(shí)。

3、環(huán)墻基礎(chǔ)的作用及優(yōu)點(diǎn)

（1）可以減少罐周邊土不均勻沉降。鋼筋混凝土環(huán)墻平面抗彎剛度大，能很好地調(diào)整在地基下沉過(guò)程中出現(xiàn)的不均勻沉降，減少罐壁的變形，避免浮頂或內(nèi)浮頂罐發(fā)生浮頂不能上浮的現(xiàn)象。

（2）可以將上部罐體傳來(lái)的荷載均價(jià)傳遞到地基上。

（3）可以增強(qiáng)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，抗震性能好。環(huán)墻基礎(chǔ)像一道擋土墻可以保護(hù)內(nèi)部墊層不被沖刷、侵蝕，保持罐底下墊層基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

（4）利于罐壁安裝。環(huán)墻為罐壁底端提供了一個(gè)平整而堅(jiān)實(shí)的表面，為較平儲(chǔ)罐基礎(chǔ)面和保持外形輪廓提供有利條件。

（5）有利于事故的處理。當(dāng)罐體出現(xiàn)較大傾斜時(shí)，可以通過(guò)環(huán)墻的調(diào)整來(lái)平衡不均勻沉降。

（6）起防潮作用。鋼筋混凝土環(huán)墻頂面不積水，減少罐底的潮氣和對(duì)罐底板的腐蝕；

（7）相比其他罐基礎(chǔ)，可以減少占地面積。

4、地震作用

一般抗震設(shè)防烈度為6度、7度或8度（容積較小的儲(chǔ)罐），可不進(jìn)行抗震強(qiáng)度驗(yàn)算，僅作構(gòu)造處理。但在抗震設(shè)防烈度8度區(qū)，容積大于5000m3及9度區(qū)的環(huán)墻基礎(chǔ)，需進(jìn)行抗震驗(yàn)算。

為防止儲(chǔ)罐在地震作用下傾覆或滑移，一般對(duì)儲(chǔ)罐采用錨固螺栓進(jìn)行加固。另外，在地震區(qū)對(duì)環(huán)墻采用的抗震措施一般有：

（1）環(huán)墻基礎(chǔ)盡可能深埋，不應(yīng)小于1.2m。在嚴(yán)寒地區(qū)，還不應(yīng)小于凍深。

（2）當(dāng)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)下有多個(gè)土層時(shí)，應(yīng)盡可能將基底放在同一土層上，并放在非液化的穩(wěn)定土層上。

（3）適當(dāng)加大基底面積。

（4）適當(dāng)加大環(huán)墻剛度。

5、環(huán)墻寬度的確定

環(huán)墻寬度是按環(huán)墻底壓強(qiáng)與環(huán)墻內(nèi)同一水平面地基上壓強(qiáng)相等（標(biāo)準(zhǔn)值）的原則確定的。主要是為了防止環(huán)墻內(nèi)基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。

b= gk/[(1-β)γL hL－(γC-γm)h]

式中，b為環(huán)墻的寬度m；gk罐壁底端傳給環(huán)墻頂部的線分布荷載標(biāo)準(zhǔn)值（當(dāng)有保溫層式，應(yīng)包括保溫層荷載的標(biāo)準(zhǔn)值）KN/m；β罐壁伸入環(huán)墻頂面寬度系數(shù)，一般可取0.4~0.6，宜取0.5；γL使用階段罐內(nèi)儲(chǔ)存介質(zhì)的重度KN/m3；hL環(huán)墻頂面至罐內(nèi)最高液面（介質(zhì)）高度m；γc環(huán)墻的重度KN/m3；γm環(huán)墻內(nèi)各層土的平均重度KN/m3；h為環(huán)墻的高度m。

關(guān)于罐壁底端傳給環(huán)墻的線分布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)為浮頂罐時(shí)，僅為罐壁的重量，當(dāng)為固定頂時(shí)，應(yīng)包括罐壁和罐頂?shù)闹亓俊?/p>

環(huán)墻寬度的計(jì)算可先假定β值求出b，再根據(jù)選用的b值適當(dāng)調(diào)整β值，

規(guī)范在構(gòu)造中規(guī)定鋼筋混凝土環(huán)墻寬度不宜小于250mm。

環(huán)墻調(diào)節(jié)地基局部變形的能力與環(huán)墻截面剛度的大小和地基土的好壞有關(guān)，選擇截面尺寸是設(shè)計(jì)環(huán)墻的關(guān)鍵，一般當(dāng)土質(zhì)均勻性很差時(shí)，環(huán)墻的剛度適當(dāng)加大，當(dāng)土質(zhì)很均勻沉降量很小時(shí)，環(huán)墻剛度可取的很小，有的基礎(chǔ)可以不做環(huán)墻，環(huán)墻的剛度是有限的，調(diào)整差異沉降的能力也是有限的，利用它來(lái)調(diào)整差異沉降很大的局部地基變形是不經(jīng)濟(jì)的，設(shè)計(jì)環(huán)墻式基礎(chǔ)不應(yīng)盲目加大環(huán)墻截面尺寸和配筋。

6、環(huán)墻環(huán)向力計(jì)算方法

目前在設(shè)計(jì)環(huán)墻時(shí)，當(dāng)罐壁位于環(huán)墻頂面時(shí)，按下式計(jì)算：

Ft=(γQWγW hW ＋γQMγm h)KR

式中，F(xiàn)t環(huán)墻單位高環(huán)向應(yīng)力設(shè)計(jì)值KN/m；γQW、γQM分別為水、環(huán)墻內(nèi)各層自重的分項(xiàng)系數(shù)，γQW取1.1，γQM取1.0；γW、γm分別為水的重力密度，環(huán)墻內(nèi)各層的平均重度，γW可取9.8 KN/m3，γm可取18.0 KN/m3；hW為環(huán)墻頂至罐內(nèi)最高貯水面高度m；h為環(huán)墻截面的高度m；K為環(huán)墻側(cè)壓力系數(shù)，一般地基可取0.33，軟土地基可取0.50；R為環(huán)墻中心線半徑m。

此環(huán)向力的計(jì)算式是按照國(guó)標(biāo)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）以概率論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的，是考慮了分項(xiàng)系數(shù)后的環(huán)向力設(shè)計(jì)值。由于環(huán)墻邊界約束條件的假設(shè)和地基條件的復(fù)雜性，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況肯定會(huì)有出入。但根據(jù)國(guó)內(nèi)幾十年的建罐經(jīng)驗(yàn)，突出了側(cè)壓力系數(shù)按一般地基土和軟土地基取值。

7、環(huán)墻豎向力計(jì)算

規(guī)范中規(guī)定，環(huán)墻可僅進(jìn)行環(huán)向力計(jì)算。即對(duì)環(huán)墻不做豎向力計(jì)算，主要是因環(huán)墻的徑向位移沿豎向的分布趨于直線，所以環(huán)墻的豎向彎矩很小。

8、環(huán)墻截面配筋計(jì)算

環(huán)墻單位高環(huán)向鋼筋的截面面積，按下式計(jì)算：

As＝γ0Ft/ fy

式中，As為環(huán)墻單位高度環(huán)向鋼筋的截面面積mm2； γ0為結(jié)構(gòu)的重要系數(shù)；fy為普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值N/ mm2。

環(huán)向受力鋼筋的最小配筋率不應(yīng)小于0.4%，環(huán)向受力鋼筋的接頭應(yīng)采用焊接或機(jī)械連接，接頭應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)。在軟土、軟硬不一地基上的儲(chǔ)罐，環(huán)墻頂端、底端宜各增加兩圈附加環(huán)向鋼筋，直徑與環(huán)墻環(huán)筋相同。豎向鋼筋構(gòu)造配置，豎向鋼筋的截面最小配筋率不應(yīng)小于0.15%（每側(cè)）。鋼筋直徑宜為12mm~18mm，間距宜為150~200mm，其上下兩端宜為封閉式。

當(dāng)混凝土環(huán)墻圓周長(zhǎng)度大于40m時(shí)，應(yīng)留寬度為900~1000mm后澆帶，在保證鋼筋連續(xù)的原則下分段澆灌，后澆帶應(yīng)采用提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的微膨脹混凝土澆灌并搗實(shí)或采取其他有效措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50473-2008 《鋼制儲(chǔ)罐地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

[2] SH/T 3068-2007 《石油化工鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》