5000立方储油罐基础的设计
5000立方储油罐基础的设计
【摘要】本文以春风油田二号联合站建设工程5000立方储油罐（拱顶罐）基础设计为例，介绍了钢储罐环墙式基础的设计步骤；提出了当钢储油罐设计温度大于90℃时，应采取的隔热措施；并进行了罐基础地基承载力及沉降计算。
【关键词】钢储罐基础；环墙式基础；隔热措施；沉降计算
1、引言
随着世界石油工业的迅速增长和能源需求的不断增加，原油和成品油的储备受到了各国的普遍关注，对各类油库储备能力的要求也越来越高，因而使各类储罐的数量剧增，对储油罐基础的安全设计有了更高要求。本文以春风油田二号联合站建设工程5000立方储油罐（拱顶罐）基础设计为例，简单介绍了钢储罐环墙式基础的设计步骤。
2、钢储罐基础设计
2.1储油罐参数
油罐为5000m3拱顶罐，罐壁径23.64m，罐底直径23.8m，高度12.518m，罐体自重（不含罐底板）1700kN，罐底板自重300kN，保温重230kN，运行重量50250kN。罐
的设计温度为95℃，操作温度为93℃。
2.2、地质条件
表1 各土层一览表
地层编号岩土名称土层
厚度
（m）压缩模
量Es
（MPa）摩擦角
（°）黏聚力
（kPa）桩的极限侧阻力标准值qsik（kPa）桩的极限端阻力标准值qpk（kPa）地基承载力特征值
（kPa）
①粉质黏土0.5～3.4 13.47 20.9 19.1 40 300 140
①1 粉土0.7～2.6 17.5 22.3 19.1 53 400 140
②粉砂 1.2～5.6 8 25 0 46 400 140
③粉质黏土最大揭露厚度24.50m 13.02 22 18.5 53 400 140
③1 粉砂0.7～7.0 8 25 0 35 600 160
③2 粉砂 1.2～7.9 10 27 0 50 750 160
③3 粉砂0.5～5.6 10 27 0 50 900 180
③4 粉砂 1.5～1.8 14 30 0 64 1100 180
场地土对混凝土结构具有中腐蚀性，对钢筋混凝土结构
中的钢筋有强腐蚀性。场区地下水埋深在8.55～8.94m。
2.3、基础环墙设计
规指出，当地基土不能满足承载力设计值要求，但计算沉降差不超过规允许值，场地受限制时，采用环墙式基础[1]。
图1 储油罐及罐基础
图2 罐基础断面详图
（1）环墙厚度
根据规计算环墙厚度[1]：
，取0.60m。
（2）环墙单位高度环向力设计值
正常使用时，荷载较不利，则单位高度环向力：
=（1.3X10X12.5+0.5X1.2X18X2.45）X0.5X23.8/2
=1124.3KN
（3）单位高度环墙配筋
环墙2.45m高度全截面配筋：3123X2.45=7651.35 mm2 计算每侧环墙环向配筋：7651.35/2=3825.7 mm2
最小配筋率要求全截面配筋：
Amin=600X2450X0.4%=5880 mm2
每侧最小配筋率要求配筋：Amin=5880/2=2940 mm2
则环向钢筋：环墙每侧配置1222，As=4562mm2
环墙顶端和底端各配222附加环向钢筋。
图3 环墙截面配筋图
2.4、基础承载力计算
地基承载力计算：
=50250/461+21535.6/461=109+46.7=155.7kPa
，承载力修正：
2.5、沉降计算
（1）沉降计算采用分层总和法：
（2）罐基础底面处准永久组合时附加压力：
半径：R=12.12m
（3）各钻孔沉降量计算
以罐基础边缘1/4点为例计算：
表2 ZK21沉降计算表
i Esi（Mpa）Zi（m）Zi/R ai
1 13.47 0.91 0.08 0.4939 9.57 0.4494 0.4494 4.3023
2 8 3.91 0.32 0.4739 16.11 1.8529 1.4035 22.6209
3 13.02 14.01 1.16 0.4038 9.90 5.6572 3.8042 37.6747
4 8 16.81 1.39 0.3847 16.11 6.4668 0.809
5 13.0482
5 13.02 22.61 1.87 0.347
6 9.90 7.8592 1.3924 13.7895
6 10 24.31 2.01 0.3375 12.89 8.2046 0.3453 4.45345
7 13.02 28.71 2.37 0.3131 9.90 8.9891 0.7844 7.76884
合计8.9891 103.658
表中，Esi 为压缩模量；Zi为基础底面至i层土底面的距离；ai为基础底面计算点至第i层土底面附加应力系数。
查规表6.2.3得：，插值计算取，得为
28.71m～27.48m之间的沉降值，查表可得：=27.48m时，=0.3196。
=9.90×（8.9891-27.48×0.3196）=2.044mm<0.025 =0.025×103.658=2.59mm
计算深度28.71m满足要求。
计算深度围土的压缩模量当量值：
由，查《建筑地基基础设计规》表5.3.5得：沉降计算经验系数=0.6865
因此ZK21点的最终沉降量为：
=0.6865×103.658=71.16mm。
依次求得罐基础边缘1/4点的沉降量为87.46mm、79.95mm、87.04mm，罐基础中心点的沉降量为175.3mm。
（4）验算沉降
a、储罐地基的整体倾斜（任意直径方向）计算
沉降差允许值：[S]=0.015Dt=0.015×23640=236.4mm
边缘点的最大沉降差为：△
S=87.46-71.16=16.3mm<<[S]=236.4mm，满足要求。
b、罐周边不均匀沉降计算
△S/l=16.3/23640=0.00069≤0.004，满足要求。
c、储罐中心与储罐周边的沉降差计算
罐中心与边缘点最小沉降差为：△
S=175.3-87.46=87.84mm
根据设计，罐基础锥面坡度为2%，沉降稳定后：
（12120×2%-87.84）/12120=0.013≥0.008，满足要求。
d、基础预抬高度
由以上计算，并考虑地基的不确定性及勘察测量的局限性，基础预抬高度取120mm。
3、罐基础构造
（1）规指出，当钢筋混凝土环墙弧长大于40m时，宜留宽度为900～1000mm的后浇带。后浇带应在保证钢筋连续的原则下分段浇灌，且后浇混凝土强度等级应比相邻混凝土高一级，并采用补偿收缩混凝土。
（2）规指出，当储罐储存介质最高温度高于90℃时，与罐底接触的罐基础表面，应采取隔热措施。本工程罐的设计温度为95℃，因此采用了在储罐底板下平铺一层53mm
厚浸沥青红砖，再做一层250mm厚的砂垫层来起到降温隔热的作用[2]。相关文献指出，储存高温介质的钢油罐，须根据钢油罐温度设置隔热层：当温度为120～150 ℃时，可用二层平铺沥青浸渍砖；当温度为150～190 ℃时，可用厚度40mm的泡沫玻璃砖[3]。
4、结论
对于大型储罐或罐壁较高的储罐，采用钢筋混凝土环墙式基础，可以使罐体荷载传递给地基的压力分布较均匀；环
墙顶面为坚实的水平面，便于罐体安装；环墙为罐底回填土的围护结构，在罐邻近开挖时，可以防止地基土流失；环墙的平面抗弯刚度较大，可以很好的调整在地基下沉降过程中出现的不均匀沉降。
参考文献
[1]钢制储罐地基基础设计规（GB 50473-2008）.中国计划
[2]徐志钧等.大型储罐基础地基处理与工程实例.中国标准.2009.05
[3]懋星.石油化工钢油罐基础的设计和施工.2004/3