大型儲罐基礎設計方法分析

矯立超 田 震 李斐凡 王民中

（海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266101）

大型儲罐基礎設計方法分析

矯立超 田 震 李斐凡 王民中

（海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266101）

近年來，石油作為一種戰略物資在我國越來越受到重視，這不僅是受到了汽車工業快速發展的影響，同時也和化工產業深度發展有關。目前我國石油資源分布不均衡，需要進行運輸，對大型儲罐的需求十分迫切，尤其是大型油庫需要的儲罐也從小到大不斷升級。文章結合石油儲運需要的大型儲罐技術設計展開了研究，并對相應的方法進行了分析。

大型儲罐；石油儲運；基礎設計方法；戰略物資；石油資源

廣義上，“儲罐”泛指用于存儲氣態、液態物質的鋼制密封容器，在我國現代化工業領域具有廣泛用途，包括石油、化工、消防、冶金等產業，其中大型儲罐可以有效地提高生產、降低成本，它是很多工業企業的必要性設備之一。理論上最有效率且安全度高的石油供應方式為長輸管道，但它只解決了運輸問題，無法發揮石油供應“集散地”的效應。大型儲罐應用中不僅強調個體容量規模，對于群組效應的要求也十分明顯，一定規格、一定數量的儲罐可以提高石油供應的規劃性、戰略性，實現與市場之間的靈活統籌。

1 大型儲罐基礎設計概述

從我國石油產業自主建設開始，社會每年都會新增大量的儲罐設備，特別是大型儲罐的數量越來越多，由此形成了相對龐大的建設成本。結合現狀分析，我國石油儲罐基礎建設在整個儲罐工程造價中占據70%左右的成本，其中80%～90%又消耗在材料、制造、人工等方面，留給地基基礎設計、建設和維護的資金十分有限，而這也嚴重影響著油罐的可靠性、安全性和效率性。

概括地說，一個大型儲罐基礎設計內容包括了罐體選型、地質勘探、地形分析、地基承載力和穩定性計算、地基變形幅度計算等方面。應該說，任何一種可能影響大型儲罐運行安全的要素都應該考慮到設計內容中；結合國內外出現的大型儲罐基礎安全問題，其中出現頻率最高的就是儲罐基礎部分沉降、變形、歪斜等造成儲罐的不穩定性，從而引起儲罐發生倒塌或扭曲，造成十分嚴重的后果。大型儲罐中所容納的石化產品具有污染屬性，一旦泄露不僅會造成巨大的經濟損失，同時也會危害人類生命健康、破壞自然生態系統。

設計作為第一步，應該充分地了解儲罐地基變形的機理，根據存在的安全隱患展開相應的處理方法，如在恰當的位置加固樁基礎，整體上對于地基處理的要求是密實、穩定、牢固。同時，現實中儲罐體積越大它在單位容積上消耗的鋼材也就越少，而“相對之下”的儲罐所占的基礎空間也就越小，例如，15萬m3和20萬m3的儲罐占地面積相差不超過200m2，但在對地基的影響上卻存在很大差異；根據物理學原理可知壓力越大、受力面積越小，壓強就越大，所以在要求上地基壓縮層的深度一般為儲罐直徑的一倍，舉例說明，10萬m3左右的儲罐（浮頂罐）直徑在80m左右，那么在地基壓縮層上也應該保持在80m左右，當然可以根據地質優勢稍微縮小，但承載力的要求并沒有變化。因此地基沉降是大型儲罐基礎設計中必須考慮的問題，也是重點防治的問題。

2 大型儲罐技術設計的方法分析及總結

2.1 石油儲罐選址和前期處理

大型儲罐基礎設計主要是以現場環境為對象展開的，鑒于石油儲罐的特殊性，它對油庫選址的自然條件也有較高的要求，對于一些地理結構不穩定、軟土地基等情況必須加以避免，否則基礎設計也就失去了意義。

其中“軟土地基”是一個非常重要的問題，它往往決定了一個儲罐工程項目的成本、質量和進度，甚至決定了項目是否可以達到預期目標。軟土地基即軟弱地基，它泛指一些淤泥、雜填土、沖填土等成分構成的地基環境，在土壤結構層面缺乏密實聯系的特點，很容易出現沉降、裂縫、地下水溢出等問題，影響地表工程的穩定性。

因此，在進行石油儲罐選址的過程中，需要對地基進行前期處理，這也屬于設計環節的重要部分，即針對現有的環境進行評估（社會環境、人文環境、自然環境），如果軟土地基現狀在可控制范圍內，通過較小的成本代價即可滿足正常要求，則可以繼續展開后續的設計工作。具體數據包括軟土地基的組成、分布、土質和均勻性等，如果是城市建設過程中的回填土、雜填土，應該查明歷史數據，搞清楚究竟是什么成分。

同時，也可以根據現場環境和地基現狀展開設計，即通過計算地基的承載力，進而改善儲罐的大小、體型、結構等。

2.2 大型儲罐的基礎類型

大型儲罐基礎與常用土工結構物基礎之間存在差異，其本身具備獨有的特點，即大型儲罐的罐體體積相對較大，并且撓性較強。罐體的荷載面積以及單位面積的荷載強度大。整體來說，罐體荷載均勻。基于沖水實驗，可使罐體荷載提升至最大強度。大型儲罐建設位置發生地震時，造成罐體以及裝置內部液體的受力產生劇烈的變化。大型儲罐基礎的類型有三種，即環墻式罐基礎、外環墻式罐基礎以及護坡式罐基礎。

2.2.1 環墻式罐基礎類型。環墻式罐基礎類型根據建設材料的不同，又可分為磚砌環墻式、石砌環墻式、碎石環墻式以及鋼筋混凝土環墻式。其中鋼筋混凝土環墻式罐基礎建設階段，在大型儲罐的壁板下方設置鋼筋混凝土環墻，進而支撐壁板的荷重。大型儲罐中，浮頂罐可運用此種基礎類型。大型儲罐建設時，通過使用鋼筋混凝土環墻式罐基礎，能夠降低儲罐周邊受力不均出現下降的現象，提高建設面積的使用效率。

由于在軟土地基的基礎上建設大型儲罐，都會產生較大的沉降量，因此儲罐建設階段需要設計儲罐罐底標高相關步驟。罐底預抬高的高度，需要根據工程施工技術對罐底標高的施工要求以及大型儲罐最終所形成的沉降進行估算。設置環墻式罐基礎，可以減少大型儲罐建設場地中需要預抬高的土方量，并且能夠省去環墻式罐周邊的土石方堆填步驟，降低了大型儲罐所在區域面積的外部荷載影響，提高了大型儲罐的穩定性。

2.2.2 外環墻式罐基礎類型。外環墻式罐基礎，需要將儲罐的建設區域預先鋪設砂墊層，而后將儲罐施工建設在砂墊層之上。儲罐建設完成后，施工單位應在砂墊層基礎周邊設置鋼筋混凝土環墻，實現對砂墊層的防護，保證其穩定性。

2.2.3 護坡式罐基礎類型。護坡式罐基礎類型根據護坡的建設材料不同，可分為混凝土護坡、石砌護坡以及碎石灌漿護坡。護坡罐基礎建設階段，需要將儲罐建設在砂墊層之上，同時在砂墊層基礎周邊設置護坡，阻擋砂墊層中砂石的流失。

2.3 大型儲罐的選型設計

大型儲罐選型階段，應根據儲罐的規格、容積、施工環境的地質、施工原料的供應、業主的實際需求以及施工單位的施工技術、地基的處理方式和社會經濟的影響等多方面實現綜合分析研究，確定需要建設的儲罐類型。儲罐建設依照地質環境選型，需要滿足一些條件。例如，當儲罐建設場地沒有硬性要求時，并且建設環境中的地基土質能夠提供足夠的承載力，可以采用護坡式或者基于鋼筋混凝土的外環墻式罐基礎。如果軟土地基不能滿足建設所需承載力的要求，但是計算得到的沉降差在合理范圍內，可以采用環墻式、外環墻式以及護坡式罐基礎。

3 結語

綜上所述，隨著社會經濟的不斷發展，化工產業技術水平的不斷提高，大型儲罐的建設和運用對于滿足我國石油儲運具有重要意義。大型儲罐基礎設計階段，設計人員應根據業主的需求以及實際的建設環境，結合不同的儲罐類型，設計并制定出合理的大型儲罐建設方案，提高儲罐建設的效率，促進社會產業結構的穩定發展。

[1]呂英華，張文福，謝丹．大型儲罐基礎設計方法研究[J]．價值工程，2013，（21）.

[2]孫建剛，崔利富，鄭建華．大型全容式LNG儲罐基礎隔震地震響應分析[J]．哈爾濱工業大學學報，2012，（8）.

[3]顧秀霞．大型儲罐地基處理與基礎選型[J]．中華建設，2012，（5）.

[4]張洪林，李慶，蔡新宇，冷平．大型LNG儲罐設計及建造技術[J]．石油規劃設計，2012，（3）.

[5]龐法擁，林樹彥，張波．淺談大型低溫儲罐的設計[J]．化學工程與裝備，2011，（12）.

[6]張艷春，于國杰，杜國強，李東芳，鄧記松，鄧婷．LNG大型儲罐加強圈設計[J]．石油與天然氣化工，2011，（5）.

（責任編輯：蔣建華）

TE972

1009-2374（2017）07-0107-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.050

矯立超（1987-），男，山東青島人，海工英派爾工程有限公司助理工程師，碩士，研究方向：化工設備設計；田震（1989-），女，山東聊城人，海工英派爾工程有限公司助理工程師，研究方向：靜設備設計；李斐凡（1991-），女，山東淄博人，海工英派爾工程有限公司助理工程師，研究方向：靜設備設計；王民中（1989-），男，山東東阿人，海工英派爾工程有限公司助理工程師，碩士，研究方向：壓力容器設計。

A