大型储罐地基的选择以及计算

摘 要 文章首先从大型储罐基础设计的相关特征出发，对于基础设计的原则和常见方案进行阐述，而后对于当前常见的两种大型储罐地基沉降算法进行分析。

关键词 储罐；地基；选择；计算

中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）01-0089-01

当前我国石油工业飞速发展，诸多相关设备和技术都呈现出显著的发展，在这个飞速发展的环境之下，原油的钢制储罐也不断走向大型化规模化的总体方向。在这个发展过程中，储罐基础设计和地基的处理，是确保储罐稳定工作的重要先决条件，并且也因此得到了石油工业环境的广泛关注。

1 大型储罐基础设计的相关原则

目前大型储罐通常选用钢板焊接而成，其容器呈现出薄壁特征结构，柔性大而刚度较小，这种结构特征对于地基沉降有着相对较好的适应能力，通常而言，只要是均匀沉降，都不会对储罐的使用带来太大影响。鉴于此种结构特征，在对储罐的基础展开设计工作的时候，仅需要重点考虑两个方面的问题，其一在于从荷重角度，地基应当满足大型储罐自重以及试水重量要求。如果不能满足要求，就必须对地基实际情况进行考察并且采取相应措施，以达到地基承载力要求为准。其二则是要充分关注地基的沉降和变形问题，如果仅仅是发生均匀沉降，则通常不会对储罐工作带来太大影响，而如果发生了不均匀沉降，就必须要详细考察是否在储罐能够接受的范围之内。

在实际的工作过程中，应当依据地基的具体情况采取相应的处理方法，确保其能够满足储罐对于地基的要求。例如，通常会对浅层地基采用垫层处理的方式，针对软弱地区换土垫层或者垫以砂卵石或矿渣垫层；对于过于松散的地基则应当通过振动、挤压等方法使地基土孔隙比减小，强度提高，最终达到罐体对于地基的要求；与此同时，还应当关注地基中的含水状况，在含水量过大的情况下应当采用相应措施将地基中的孔隙间水分排出，降低孔隙比，最终实现提升地基土有效应力，增强地基强度的最终目标。

目前对于大型储罐基础施工的主要形式，重点包括护坡式基础设计、护圈式基础设计、环墙式基础设计以及装配式环墙基础设计几种。并且各自有其不同的应用环境。例如护坡式基础设计通常应用于地基较好、固定顶盖的拱顶罐基础，但同时在容积较小且为活动顶盖的浮顶罐基础环境下也有很多应用。护圈式基础设计最显著的作用就在于防止土层侧滑，此类基础设置多用于土质较好、基础沉降较小的地区，并且更多出现在容积较小的储罐地基环境中。环墙式基础设计的特点在于将储罐壁板直接放在钢筋混凝土结构的环墙上，因此多用于土质较差、地基承载力不足基础沉降较大的地基环境中，环墙本身的刚度与土质均匀特征以及沉降情况保持对应，且多用于大型储罐基础设计环境。装配式环墙基础设计则是在建设环形墙之前先针对地基进行必要的处理，这种设计方式的最大特点在于有效解决了钢筋混凝土的环墙因为过长或受到的应力不均而产生裂缝的问题，多用于地基土层为软土层的情况。

2 大型储罐地基沉降算法应用

由于油罐通常都直接与地基土相接触，因此大型储罐的天然地基通常都选用柔性基础，这就导致其沉降特征与常规地基的刚性沉降特征表现出极大地不同。为了更好地了解到地基沉降状况，行业中的很多学者都给出了颇具价值的计算方法，其中以单向压缩分层总和法以及三维沉降计算法相对而言比较具有代表性。

2.1 单向压缩分层总和法

《钢制储罐地基基础设计规范》曾经对这种计算方法进行了推荐，这种计算方法假设地基土层从侧向角度不存在变形问题，而只是在竖向尺度上能够产生压缩。因此单向压缩分层总和法的主要应用环境为当压缩土层厚度同基底荷载分布宽度相比很薄的情况。其计算公式参见式（1）和式（2）。

（1）

（2）

在上面两个式子中，（Pa）表示地基土的竖向正应力，则表示圆形面积上均匀荷载情况下各个点的附加应力系数，表示基底附加压力（kPa）。表示地基沉降量，表示沉降计算经验系数，通常依据《建筑地基基础设计规范》GB50007进行确定，表示储罐基础地面至第层土底面距离，而则是指储罐基础底面计算点至第层土底面范围内平均附加应力系数。

2.2 三维沉降计算法

三维沉降算法本质上是三向变形分层总和法，在实际的计算过程中，它对于三维应力状态多有所考虑。在实际环境中，此种方法由于对三个方向的变形都有所考虑，因此计算结果相对于单向压缩分层总和法而言更具有实际意义，其计算式参见式（3）、（4）、（5）、（6）。

（3）

（4）

（5）

（6）

其中，为单一维度沉降化为三维沉降时的转化系数，则为各个土层中的单维沉降，表示土的体积压缩系数（），为土层的变形模量（Pa），为土层的泊松比，为土层厚度（m）。

3 结论

对于大型储罐天然地基计算的方法种类繁多，除了上文中提及到的两种算法以外，有限元法、耶戈罗夫法、等值层法等也都在实际工作过程中得到广泛认可和深入应用。必须认识到，每一种算法和施工方法都具有其特殊的现实意义和价值，在实际的应用中必须重视到其各自的应用环境和特征，只有相应的算法和施工方法与具体的环境保持契合，才有可能得到最优的效果。

参考文献

[1]GB 50473-2008钢制储罐地基基础设计规范[S].

[2]唐明科.地基沉降机理分析研究及沉降的电算化和软土路基沉降的计算研究[D].西安建筑科技大学，2005.