关于大型储罐地基处理及基础选型若干问题的探讨

关于大型储罐地基处理及基础选型若干问题的探讨【摘要】大型储罐的特点是直径大、荷载重，因而对地基和基础设计有特殊要求。本文深入探讨了大型储罐的地基处理及基础选型问题，希望能为工程设计提供参考。【关键词】大型储罐；地基处理；选型；中图分类号：TU47文献标识码：A文章编号：一、引言大储罐地基处理是在储罐建造前对一般地面的承载力进行提高的基础施工过程,是储罐基础设计的重要组成部分，而基础选型亦是基础设计的关键环节，二者的目的都是为了保证储罐能在正常使用过程中不会因土地承载力不足而发生地面沉降,进而影响储罐结构的完整性。本文对这两类问题进行了具体探讨。二、地基处理方法的分类储罐地基处理是在储罐建造之前，采用适当的措施以改善地基土的强度、压缩性、透水性、动力特性、湿陷性和胀缩性等。地基处理方法，可以从地基处理原理、地基处理目的、处理地基的性质、地基处理的时效、动机等进行分类，其中最本质的是根据地基处理原理进行分类。第7页共7页 软土地区经常采用的是做换土垫层，如沙垫层、沙卵石垫层灰土或素土垫层、煤渣或矿渣垫层等。这种方法适用于浅层地基处理。对于较深层软土地基，当用桩基等深基础在技术经济上不可取时,对地基进行加固是有效的措施。加固的方法很多,大体上可分成两类。第一类方法的原理是减少或减小土体中的孔隙,使土颗粒尽量靠拢,从而减少压缩性,提高强度,例如强夯法、振动碾压法、振动密实法、沙柱挤密法、振动碎石桩法、高压旋喷法、深层搅拌法、充水预压法和真空加压法等。由于粘性土的渗透系数较小,饱和粘性土中孔隙水的排走、孔隙的缩小、土粒的靠拢需要较多的时间,因此,除强夯外,加固期较长。第二类方法的原理是用各种胶结剂把土颗粒胶结起来,例如旋喷法、电硅化法等。三、大型储罐地基处理方法的选用原则本文介绍的各种方法仅供在选用地基处理方法时参考。地基处理方法很多,各种处理方法都有它的适用范围、局限性和优缺点,没有一种方法是万能的。具体工程很复杂,工程地质条件千变万化,各个工程的地基差别很大,具体工程对地基的要求也不同。而且机具、材料等条件也会因工作部门不同、地区不同而有较大的差别。因此,对每一具体工程都要进行具体细致分析,应从地基条件、处理要求包括经处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑,以确定合适的地基处理方法。在确定地基处理方法时,可根据工程的具体情况对几种地基处理方法进行技术、经济以及施工进度等方面的比较。通过分析比较可以采用一种地基处理方法,第7页共7页 也可以由两种或两种以上的地基处理方法组成综合处理方案。在综合分析罐的类型与规模,考虑土的类别、处理后土的加固深度、上部结构、当地能提供的材料和机械设备、周围环境因素、施工工期、施工队伍的技术素质、施工技术条件和经济指标等因素之后，根据安全可靠、施工方便、经济合理等原则进行选择。四、大型储罐基础选型与施工大型储罐基础经过多年积累也已经归类出几种常用基础形式，以下对其中的几种常用基础类型及施工注意事项进行分析探讨。1.夯扩桩法夯扩桩法在沿海发达地区使用已经有十余年的时间，是一项成熟的施工工艺技术，与其它地基处理桩型相比，具有工期短、进度快、单桩承载力高等特点，且该地基处理方法的地层适应能力强、应用范围广、质量可控性强。其工作原理是按照一定的施工工艺，采用夯扩的方式将桩端现浇混凝土扩大成大头形的一种桩型，通过增大桩端截面和挤密地基土层，使桩的承载力大幅提高，大量工程实践证明，该桩型具有施工技术可靠、工艺科学、无泥浆污染及工程性价比高等优点。目前，该地基处理方法在许多大型大型储罐地基处理项目中取得了比较好的地基处理效果。另外，CFG桩复合地基、载体桩复合地基、筏式基础与挤密桩相结合等地基处理方法亦可用于处理新区的粉土及砂土互层地基，但其适用性及地基处理效果有待进一步的探索及验证。2.护圈式基础第7页共7页 为了防止土层侧向变形，须外加护圈。国外一般利用钢筋混凝土环墙、板桩环墙进行护圈设计。国内的护圈式基础通常用红砖砌护圈墙或现浇钢筋混凝土，厚度介于24到37cm之间。砖砌护圈通常用在容积在10～500m的固定顶储罐。护圈内材料铺设和护坡式基础大致差不多。其主要特征是护圈墙距离储罐壁板10～20cm，也可以用在储存高温介质的储罐上，可以使得储罐底板处的局部温度降低。此种基础往往用在土质优良、基础沉降很小的地区。3.环墙式基础对场地受限或当土质较差、地基承载力欠缺、基础沉降较大的储罐基础，可采用环墙式基础或外环墙式基础。其特点是将储罐壁板直接搁置在环墙上，环墙一般采用钢筋混凝土结构。环墙内铺设的砂垫层和沥青砂等材料的构造和做法。第7页共7页 在进行环墙设计时，如何更加合理地选择截面尺寸，是较为关键的问题。首先，环墙的高度除考虑基础沉降会按预抬高标高工艺外，还要充分考虑环墙的基础刚度是否能够适应可能出现的地基基础不均匀导致的沉降的情况发生。因此，对于土质均匀性较差的、沉降较大地基时，设计环墙基础的刚度也应适度进行加大；反之对于土质较均匀或基础的沉降不大的地基，环墙基础的刚度设计时可设计得较小些；总之设计时，环墙中心线的直径应尽量与储罐的直径保持一致。另外，为了避免储罐底板变形后出现集中应力，致使壁板和底板连接处的角焊缝与环墙顶面接触的裂缝发生，应把环墙顶面内侧的边角做成一个斜角，或做成斜面，然后尽可能把沥青砂绝缘层铺到罐底板边缘。实践证明，储罐直接放置在环墙式基础上，便于储罐施工安装和生产操作，并可降低维修费用。因此，大型储罐基础设计应综合考虑采用环墙式基础进行设计。加载过程中，环墙下降速率的观测应该按照标准进行,如果速度超过规定速率,可以将载荷稳定一段时间,以减缓沉降速度,使地基自身有一个调节过程。4.强夯法也叫做动力固结法，其是用起吊设备，把重达10～25吨的重锤提升到10～25m的高空处然后让它自由下落，利用其强大的夯击能及冲击波的作用来进行土层的夯实。强夯法一般情况下用在湿陷性土层、砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。通常可获得3～8m的有效夯实深度。此类地基处理方法多用于容积较小的罐基础，已建成项目运行稳定，未发现地基下沉，罐体开裂等现象。其相同点是场区上部土层基本上以具I～II级自重湿陷性的粉土及砾砂为主，粉土层含水量普遍较小，比较适用强夯法进行地基处理。如上部处理土层含水量较大时，可采用强夯置换法，可根据具体情况在夯坑内填入碎石类土、建筑垃圾等。作为储罐承重的基础，需要考虑采用强夯法是否方便可靠，并要根据可能出现的夯实不均匀程度，在设计中留有足够的安全系数。对露天回填如何保证土方的含水量应提出具体的措施，并且应考虑阴雨季节土方分筛堆放的困难。在设计之初应取得详细的地勘资料,并对取得数据合理利用,制定详细可行的设计方案,第7页共7页 避免因对原土层的地质数据缺乏造成设计失误。5.其他基础形式。除了上面探讨的几种储罐基础的形式外，还有很多其他的基础形式，例如：护坡式基础、装配式环墙基础等。下面简单介绍下两种特殊构造的基础形式：第一种是进行高温油品储存的储罐基础。其储罐内储存的物质温度高，通常在80到120℃之间，在与储罐底板接触的表面，需要采取一定的隔热措施，可以在储罐下面先平铺一层涂有沥青的砖，然后再用砂垫上一层，此层的厚度要不得小于25cm，这样才能起到较好的降温隔热作用。除上述特殊的两个处理外，其余的与普通储罐基础的处理基本相同。第二种具有抗风抗震功能的储罐基础。在台风频发的地区建大型的储罐，台风来时在储罐内介质储存少或者没有的时候容易发生储罐整体移动。此类情况的储罐常常是容积相对小（500m以下），而台风尤其猛烈，到达于飓风的时容易发生，所以在储罐基础的四周利用预埋地脚螺栓来铺固。其预埋的螺栓的直径必须得大于φ20，且间距要小于等于4m。在地震常发区域，在储罐区设计的所有过程中必须考虑抗震性能，其中包括储罐与管线的连接，储罐基础，防火堤等等全套设施的抗震设防措施。五、结束语第7页共7页 大型储罐是危险系数较高的设备，储罐发生变形或者泄露会导致严重的火灾，爆炸事故。因此储罐基础的设计尤为重要。大型储罐地基处理及基础选型时应综合考虑，地质、气候、水文等多方面自然因素，这样才能保证储罐的安全可靠运行。参考文献[1]贾庆山，大型储罐地基处理技术[J]，石油工程建设，2011.01:18-22+4.[2]翟振远，大型储罐地基基础设计方法研究[D]，大庆石油学院，2011[3]廖达伟，原油储罐地基设计若干问题探讨，石油化工设备，2010.9第7页共7页