曹崇陽　肖立兵

摘要：本文介紹了石油化工企業(yè)立式鋼制儲(chǔ)油罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工和使用期間應(yīng)注意的一些問題。

關(guān)鍵詞：石油化工；鋼制儲(chǔ)油罐；設(shè)計(jì)

1 設(shè)計(jì)條件

鋼儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須具備以下資料：

1.1 建設(shè)場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)勘察報(bào)告；

1.2 建設(shè)場(chǎng)地和地基的地震效應(yīng)評(píng)價(jià)；

1.3 罐區(qū)平面布置及設(shè)計(jì)豎向標(biāo)高，罐中心座標(biāo)；

1.4 儲(chǔ)罐的型式、容積、幾何尺寸、罐底坡度及中心標(biāo)高、設(shè)計(jì)地面標(biāo)高、罐壁底端線分布荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

1.5 儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)及最高儲(chǔ)液面的高度、最高溫度、介質(zhì)重度；

1.6 儲(chǔ)罐的罐前平臺(tái)、排放口、溝、井、梯基礎(chǔ)等輔助設(shè)施的位置及型式；

1.7 與儲(chǔ)罐罐體有關(guān)的管道布置、預(yù)埋件、錨栓布置及罐周的排水設(shè)施等；

1.8 儲(chǔ)罐施工安裝、試壓等方法對(duì)罐基礎(chǔ)的要求。

2 基礎(chǔ)的特點(diǎn)

2.1 儲(chǔ)罐本體均由鋼板焊制而成，外形尺寸較大，整體剛度較低，具有較大的柔性；

2.2 總荷重大，但較均勻，且充水試驗(yàn)時(shí)一般達(dá)到最大值；

2.3 儲(chǔ)油罐的液位較高，對(duì)于軟土地基基礎(chǔ)所承受的壓力往往超過地基的容許承載力、壓縮沉降及沉降差起控制作用；

2.4 儲(chǔ)油罐對(duì)基礎(chǔ)的不均勻沉降較敏感。因此必需嚴(yán)格控制基礎(chǔ)的總沉降量和不均勻沉降量；

2.5 荷載面積較大，地基沉降影響深度一般較深，應(yīng)注意了解地基深部土質(zhì)情況。

2.6 由于罐底板為鋼板，對(duì)于非均勻地基應(yīng)做必要處理；

2.7 考慮對(duì)罐底板進(jìn)行防腐處理，一般在底板與基礎(chǔ)之間設(shè)100mm厚瀝青砂墊層，因此儲(chǔ)油罐罐體與基礎(chǔ)部分采用非固定連接方式。

3 基礎(chǔ)型式的選擇

3.1 護(hù)坡式罐基礎(chǔ)

優(yōu)點(diǎn)：基礎(chǔ)的整體均勻性好，對(duì)罐體受力較好；.工程投資小，造價(jià)低。

缺點(diǎn)：基礎(chǔ)平面抗彎剛度差，調(diào)整地基不均勻沉降作用小，效果較差；基礎(chǔ)本身的穩(wěn)定性差。

3.2 鋼筋混凝土環(huán)墻式罐基礎(chǔ)

優(yōu)點(diǎn)：平面抗彎剛度較大，減少罐周的不均勻沉降，從而減少罐壁的變形；罐體荷載傳遞給地基的壓力分布較均勻；基礎(chǔ)的穩(wěn)定性能及抗震性能較好；施工方便，為罐體焊接工作提供了較好的工作面；有利于事故的處理；占地面積少，鋼筋混凝土環(huán)墻還能起防潮作用等。

缺點(diǎn)：罐底剛度不均勻使罐壁和罐底的受力狀態(tài)差；鋼筋水泥耗量大，投資高。

3.3 外環(huán)墻式罐基礎(chǔ)

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)罐壁和罐底的受力狀態(tài)較環(huán)墻式罐基礎(chǔ)好；抗震性能也較好；較環(huán)墻式罐基礎(chǔ)省鋼筋和水泥。

缺點(diǎn)：整體平面抗彎剛度較鋼筋混凝土環(huán)墻式罐基礎(chǔ)差，因此調(diào)整不均勻沉降能力較差；當(dāng)罐壁下節(jié)點(diǎn)處下沉量低于外環(huán)罐頂時(shí)易造成兩者之間的凹陷。

3.4 鋼筋混凝土板式罐基礎(chǔ)

一般用于地質(zhì)條件較差，且土層分布不均勻?；蛴卸囱ǖ惹闆r。用鋼筋混凝土底板作為基礎(chǔ)的儲(chǔ)罐直徑不宜大于15m。

3.5 碎石環(huán)墻式罐基礎(chǔ)

一般用于回填土較厚或土質(zhì)情況較差的浮頂罐基礎(chǔ)，尤其是用于單罐容量為50000m3以上的大型儲(chǔ)罐，但對(duì)碎石的級(jí)配及密實(shí)性要求較高。

4 地震效應(yīng)定性分析

罐體及儲(chǔ)液的地震反應(yīng)可歸納為以下幾種：

罐體及儲(chǔ)液的水平地震慣性力；罐體及儲(chǔ)液的豎向地震慣性力；水平地震時(shí)罐壁上的動(dòng)液壓；豎向地震時(shí)罐壁上的動(dòng)液壓；水平地震時(shí)罐壁及罐底剪力；水平地震時(shí)罐壁及罐底彎力；液面晃動(dòng)時(shí)罐壁上的動(dòng)液壓；液面晃動(dòng)時(shí)罐壁和罐底剪力；液面晃動(dòng)時(shí)罐壁和罐底彎力。

由于上述地震反應(yīng)最終傳到基礎(chǔ)頂面，便形成了地震時(shí)罐體對(duì)基礎(chǔ)的以下幾種附力作用。

水平地震時(shí)罐底剪力；水平地震時(shí)罐壁傾覆力矩；水平地震時(shí)罐底板的翻轉(zhuǎn)力矩；豎向地震時(shí)罐壁的豎向慣性力；豎向地震時(shí)儲(chǔ)液浮頂及底板的豎向慣性力；液面晃動(dòng)引起的罐底水平剪彩力；液面晃動(dòng)引起罐壁傾覆力矩；液面晃動(dòng)引起的罐底板翻轉(zhuǎn)力矩。

5 對(duì)施工的特種要求

介于很多施工單位對(duì)瀝青砂絕緣層的材料要求及施工工序不是十分熟悉，本文僅對(duì)瀝青砂絕緣層的施工要求作以詳細(xì)敘述。

瀝青砂絕緣層所用砂應(yīng)采用干燥的中砂配制，砂中含泥量不得大于5%，所用瀝青材料，當(dāng)罐內(nèi)介質(zhì)溫度低于80℃時(shí),宜采用60號(hào)道路石油瀝青,或30號(hào)建筑石油瀝青,當(dāng)罐內(nèi)介質(zhì)溫度等于或高于80℃時(shí)，宜采用30號(hào)建筑石油瀝青。

瀝青砂絕緣層的作用主要是防止罐底板的腐蝕，同時(shí)防止水滲入或侵蝕基礎(chǔ)，同時(shí)也便于罐底板的鋪設(shè)和安裝。瀝青砂由砂和熱瀝青均勻拌合而成，配合比應(yīng)按體積比，宜為8%~10%的瀝青與92%~90%的中砂，具體施工要求應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)材料情況通過試驗(yàn)確定。瀝青砂熱拌時(shí)應(yīng)將砂加熱至100~150℃,石油瀝青加熱至160~180℃時(shí)(冬季應(yīng)略高一些)立即將其在熱狀態(tài)下拌合均勻后使用。瀝青砂絕緣層應(yīng)分層分塊鋪設(shè)，每層虛鋪厚度不宜大于40mm，上下層接縫錯(cuò)開距離不應(yīng)小于500mm，可按扇型式或環(huán)形分格，上下層分塊的間隙應(yīng)錯(cuò)開。施工時(shí)塊間縫隙用10~20mm厚的模板隔開，模板應(yīng)按瀝青砂鋪設(shè)坡度、標(biāo)高進(jìn)行加工。待瀝青砂壓實(shí)烙平冷卻后將模板抽出，灌熱瀝青并熨平。熱拌瀝青砂鋪設(shè)溫度不應(yīng)低于140℃，用壓路機(jī)碾壓密實(shí)，然后用加熱的烙鐵烙平，或用平板振動(dòng)器振實(shí)。熱瀝青在施工間歇后繼續(xù)鋪設(shè)前，應(yīng)將已壓實(shí)的面層邊緣加熱，并涂一層熱瀝青，施工縫處應(yīng)碾壓平整，保證無明顯的接縫痕跡，瀝青砂絕緣層不得在雨天施工。如在雨天施工必須采取有效措施。

6 沉降觀測(cè)

新建的每臺(tái)罐基礎(chǔ)均應(yīng)按要求設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿圓周方向均勻設(shè)置，沉降觀測(cè)點(diǎn)數(shù)的設(shè)置應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙要求。

罐基礎(chǔ)沉降應(yīng)設(shè)專人定期觀測(cè)，充水開始后，每天不少于1次并認(rèn)真做好記錄，沉降觀測(cè)應(yīng)包括：基礎(chǔ)完工后，儲(chǔ)罐充水前，充水過程中，充滿水后，放水后的全過程。沉降觀測(cè)宜采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺或精密的工程水準(zhǔn)儀（帶有復(fù)合不準(zhǔn)器）和刻度精確的水準(zhǔn)尺進(jìn)行。

儲(chǔ)罐應(yīng)做充水試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)可一次充水到1/2罐高進(jìn)行沉降觀測(cè)。當(dāng)不均勻沉降量小于5mm/d時(shí)，方可繼續(xù)充水到罐高的3/4。經(jīng)觀測(cè)不均勻沉降量仍小于5mm/d允許值時(shí)，繼續(xù)充水到最高水位，充滿水并保持48h后進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)沉降量無明顯變化即可放水，當(dāng)沉降量有明顯變化則應(yīng)保持操作液面。每天進(jìn)行定期觀測(cè)，直至沉降穩(wěn)定為止。沉降觀測(cè)過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)異常，應(yīng)立即停止充水，待處理后方可繼續(xù)充水。當(dāng)罐充水試驗(yàn)完成，放水時(shí)，放水速度每天不大于3m。

7 結(jié)束語

對(duì)于鋼儲(chǔ)油罐，特別是大型儲(chǔ)油罐的威脅主要來自兩個(gè)方面：一是基礎(chǔ)的不均勻沉陷，二是材料的脆性破壞。這二者往往是結(jié)合在一起的。由于不均勻沉降造成罐底和罐底與罐壁板間的角縫處產(chǎn)生過大的應(yīng)力，往往導(dǎo)致油罐脆性破壞事故的發(fā)生。油罐基礎(chǔ)的沉陷可概括為以下五種類型：a.均勻沉陷。b.傾斜不均勻沉陷。c.盤形不均勻沉陷。d.壁板周邊的不均勻沉陷。e.壁板周邊的局部沉陷。綜上所述鋼制儲(chǔ)油罐除應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐的具體情況及所處場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)外還應(yīng)精心施工，確保儲(chǔ)罐完全可靠。