石油化工企業鋼儲罐環墻基礎設計中的設計體會

李　娟

（中石化石油工程設計有限公司成都分公司,成都610000）

石油化工企業鋼儲罐環墻基礎設計中的設計體會

李娟

（中石化石油工程設計有限公司成都分公司,成都610000）

摘要：本文通過對實際項目中罐基礎的設計，分析了在石油化工企業鋼制儲罐地基基礎設計中如何對設計條件、基礎選型、環墻寬度及配筋、地基承載力及穩定性、地基變形、罐基礎構造與材料等因素進行綜合考慮，并由此得出一些結論。

關鍵詞：石油化工；罐基礎；地基；構造與材料

1　工程概況

此次分析的污水緩沖罐系“塔河油田奧陶系注水工程（一期）一號聯污水處理系統擴建工程”單體之一，公稱容積500m3，充水后最大重量6000KN，罐壁內徑為8920mm，總高度8938mm。

工程區位于塔里木盆地北部邊緣，地貌單元屬塔里木河中、下游沖積平原；地表植物以紅柳、蘆葦為主。

2　設計條件

2.1地質條件

從本工程巖土工程勘察報告中可以看出，該污水緩沖罐基礎設計時應注意以下地質問題：

擬建場區抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，場地土類型為中軟土，場地類別為Ⅲ類場地。

在勘探深度20.0m深度范圍內，地層按物理力學性質自上而下可分為三大層，分述如下：

（1）雜填土：干，較為松散，主要由粉砂、粉土組成，含有少量油污。層厚0.70～1.80m。

（2）粉質粘土：可塑～硬塑狀態，表層30～50cm被原油污染。含有氧化鐵斑紋，局部夾有粉土團塊和粉砂薄層。無搖震反應，有光澤反應，干強度中等，韌性中等。壓縮系數0.105壓縮模量15.66MPa，承載力特征值fak=140kPa。層厚0.60～3.50m。

（3）粉砂：稍濕～飽和，稍密～中密，局部夾有薄層粉土及粉質粘土。顆粒級配不良，顆粒形狀以亞圓形為主，混粒結構，成份以長石、石英及暗色礦物為主，含粘粒較少。承載力特征值fak=160kPa。本工程中最大勘探深度為18.1m，該層末穿透。

場地土及地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋、混凝土均為強腐蝕性。

本場地地下水埋深2.8～6.3m。

本地區最大凍結深度按1.12米考慮，標準凍結深度為0.63m。

2.2工藝數據

罐體重量：323.92KN；保溫層重量：37.51 KN；充水后最大重量：6000 KN。

罐體外形尺寸：內徑為8920mm，總高度為8938mm。

3　罐基礎選型及設計參數選取

3.1罐基礎選型

罐基礎型式分護坡式、環墻式及外環墻式。其中，環墻式罐基礎一般用于軟和中軟場地土，具有減小罐周不均勻沉降、使罐體傳給地基的壓力分布趨于均勻、抗震性能好、利于罐壁安裝、利于事故處理、防潮性能好且占地面積小等諸多優點。根據當地類似工程經驗，結合該工程“場地土類型為中軟土”的具體情況，采用環墻式基礎。

3.2設計參數選取

場地內（2）層粉質粘土層力學性質良好，且埋藏深度適宜，可作為持力層使用，基礎埋深取d=1.5m。

考慮到清除（2）層粉質粘土層污染層后基槽底標高不一致，須考慮采用戈壁土回填至設計基底標高，分層回填夯實，壓實系數≥0.97。

因場地土及地下水對鋼筋、混凝土均為強腐蝕性，根據《工業建筑防腐蝕設計規范》要求，鋼筋混凝土環墻采用C40級混凝土（采用抗硫酸鹽水泥）現澆，在基礎與土壤接觸部分外刷環氧瀝青涂層，厚度≥500μm。

鋼筋混凝土環墻采用HPB300、HRB400級鋼筋，混凝土保護層厚45mm。

場地地下水埋深為2.8～6.3m,施工時可不考慮地下水的影響。

場地最大凍結深度為1.12 m，標準凍結深度為0.63m，均小于罐基礎埋深，可不考慮其影響。

4　環墻計算

4.1環墻寬度

環墻尺寸示意圖如下：

等截面環墻的寬度：

式中：

b—環墻寬度（m）；

g—罐壁底端傳給環墻頂端的線分布荷載標準值（僅考慮罐體及保溫層重量）（KN/m）：

γL—罐內使用階段儲存介質的重度，考慮到充水試壓，按9.8KN/m3取用；

hL—環墻頂面至罐內最高儲液（介質）面高度（m），在此，按罐體高度8.938m取用；

γc—環墻的重度，即混凝土重度25 KN/m3；

γm—環墻內各層的平均重度，可取18KN/m3；

h—環墻高度（m），取1.5m；

β—罐壁伸入環墻頂面寬度系數，一般取0.4～0.6，宜取0.5。

將上述各值代入式中，求得：

討論：

根據以往類似工程經驗，寬度為0.40m的環墻對500m3的罐基礎來說顯得太大，那么，該如何進行調整呢？

在《石油化工鋼儲罐地基與基礎設計規范》條文說明中有“環墻寬度的計算可先假定β值，按規范公式求出b，再根據選用的b值適當調整β值”。按照上述思路，參照當地工程經驗取b=0.30m，則可反算出β≈0.39。根據《石油化工鋼儲罐地基與基礎設計規范》規定，β一般取0.4～0.6，而上述β≈0.39接近0.4，且符合當地工程經驗。因此，可取環墻寬度為：b=0.30m

4.2環墻上作用效應

環墻的徑向位移沿豎向的分布趨于直線，其豎向彎矩很小，因此，環墻可僅進行環向力計算，而不考慮豎向力，僅按構造要求配置豎向鋼筋。

環墻單位高環向力設計值：

式中：

Ft—環墻單位高環向力設計值（KN/m）；

γQW、γQm—分別為水、環墻內各層自重分項系數，分別取1.1、1.0；

hW—環墻頂面至罐內最高儲液面高度（m），取8.938m；

K—環墻側壓力系數，一般地基可取0.33；軟土地基可取0.50；

R—環墻中心線半徑（m），在此為4.56m。

將上述各值代入式中，求得：

4.3環墻截面配筋

根據環墻單位高環向力設計值進行環墻配筋計算。

環墻單位高環向鋼筋截面面積：

式中：

Ac—環墻單位高環向鋼筋的截面面積（mm2）；

γo—重要性系數，取1.0；

fy—鋼筋的抗拉強度設計值（KN/mm2）。

鋼筋配置：

環向鋼筋配置為 16＠200（1005mm2）；

箍筋配置為 12＠200；

另外，配置3根12拉結鋼筋及2根16附加環向鋼筋（上、下各一根）。

配筋圖如下：

5　地基承載力及變形計算

5.1地基承載力計算

罐基礎底面處的平均壓力設計值：

地基承載力設計值：

由此可見，地基承載力滿足要求。

5.2軟弱下臥層驗算

由于下臥層（即（3）粉砂層）承載力特征值fak=160kPa，高于持力層（即（2）層粉質粘土層），且下臥層力學性質良好，因此，不需要做軟弱下臥層驗算。

5.3 地基變形計算

罐基礎地基最終沉降量，可采用分層總和法進行計算。

對于本工程，由于下臥層為稍密～中密狀態，且承載力、壓縮性能等優于上部土層，根據經驗，可只考慮上部土層（即（1）雜填土、（2）粉質粘土）具有壓縮性。在地基變形計算中，采用對罐基礎考慮“基礎預抬高度”的方法來消除地基變形的影響。該500m3污水緩沖罐基礎預抬高度取△=50mm。

6　材料要求

6.1罐基礎材料：

鋼筋混凝土環墻采用C40級混凝土（采用抗硫酸鹽水泥）HPB300、HRB400 級鋼筋現澆，混凝土保護層厚45mm。

環向受力鋼筋接頭，應采用焊接連接或機械連接。

鋼筋混凝土環墻宜留后澆縫，在保證鋼筋連續的原則下均分三段澆灌，縫寬宜為300～500mm，接縫應采用C45級微膨脹混凝土澆灌并搗實或采取其他有效措施。

混凝土澆筑后必須加強養護，嚴防干裂，頂面抹30mm厚1：2水泥砂漿找平，頂表面的水平度每9m圓周長不得超過±3mm。

鋼筋混凝土環墻外刷環氧瀝青涂層，厚度≥500um。

6.2瀝青砂絕緣層

重量比：中砂/石油瀝青=93/7；中砂含泥量不得超過5％，瀝青采用30號甲或30號乙建筑石油瀝青。

配制時應先將砂加熱至120～140℃，瀝青加熱至160～180℃，然后按配合比倒入盤中，拌和均勻。

瀝青砂應鋪設均勻，鋪設后應用振動板或其他工具振動壓實，用烙鐵燙平表面，防止表面凹凸不平，從中心向周邊拉線，測量表面凹凸不得超過25mm。

整個罐基礎的瀝青砂墊層要求一次施工完畢，如需設置施工縫時，在接縫處應涂一層熱石油瀝青，以利結合。注意，不宜在雨天，大風天及氣溫低于5℃條件下施工。

6.3砂墊層

砂墊層采用質地堅硬的中砂或粗砂，亦可采用最大粒徑不超過20mm的砂石混合料。不宜采用細砂，不得采用粉砂或冰結砂，不得含有鹽漬土、草根等有機雜質，含泥量不得超過5％。

鋪設時可采用振實、撼實、夯實，壓實等方法。施工時應分層進行，下層密實度經檢驗合格后，方可進行上層施工。砂墊層密實度的質量檢驗標準用干密度控制，即γ=16kN/m 。

6.4戈壁土墊層：

其粒徑不得大于50mm，且應具有良好級配，不得含鹽漬土，不含有植物殘體、垃圾等雜質。

施工時應分層夯實（或壓實），壓實系數0.97。

7　總結

在石油化工行業中，鋼儲罐主要用于存放原油、中間產品及成品油，所作用荷載的特點是荷載強度大、分布面積大，若地基基礎設計不當，一旦失穩，后果將是不堪設想的。因此，在進行鋼儲罐地基基礎設計時需要綜合考慮各方面因素的影響，才能確保安全可靠。

參考文獻：

[1]國家標準.建筑地基基礎設計規范[S]（GB50007-2011）.北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]行業標準.石油化工鋼儲罐地基與基礎設計規范[S]（SH/T 3068-2007）.北京：中國石化出版社，2008.

[3]國家標準.工業建筑防腐蝕設計規范[S]（GB 50046-2008）.北京：中國計劃出版社，2008.

作者簡介：李娟（1986- ），女，四川簡陽人，工學學士學位，工程師。