某大型储罐基础沉降分析及处理措施

某大型储罐基础沉降分析及处理措施
陈翀;黄殿君
【摘要】The paper analyzes the settlement reasons of some large storage tank,points out the methods to control the settlement,and proves by the practice that the main points of the design construction lays on the control over the general inclined settlement of the tank foundation and over the uneven settlement in the design for the large storage tank,so as to ensure the normal operation of the storage tank.%对某大型储罐的沉降原因进行了分析,并提出了控制沉降的方法。

实践证明：在进行大型储罐的设计施工工作时,重点是控制罐基础的整体倾斜沉降和不均匀沉降,以保证储罐的正常运行。

【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2012(038)013
【总页数】2页(P87-88)
【关键词】储罐;基础沉降;地基加固;软弱层
【作者】陈翀;黄殿君
【作者单位】江苏省有色金属华东地质勘查局南京新华泰物探工程测试中心有限公司,江苏南京210007;江苏省有色金属华东地质勘查局,江苏南京210007
【正文语种】中文
【中图分类】TU433
0 引言
目前在石油、化工、电力等领域，大型储罐的应用越来越广泛，而且建造地点多选在沿海软土地区。

由于地质条件、罐基础、罐体等原因，储罐运行中基础会产生沉降，这些沉降会对罐体使用功能产生不良影响。

因此，大型储罐在勘察、设计、施工过程中，如何控制基础的沉降是工作的重点。

1 储罐沉降规定
对于储罐基础的整体倾斜沉降最大允许值，文献[3]规定拱顶罐为8‰D，固定顶罐为4‰D(D为储罐直径)。

对于储罐基础的不均匀沉降最大允许值，文献[3]规定浮顶罐为2.5‰L，固定顶罐为4‰L(L为沿罐壁圆周两点的弧长)。

2 实例
某大型储罐工程项目位于沿海软土地区，计划建设40座105m3储罐，罐体为圆形浮顶式钢结构，直径80 m，高21 m，罐底基底压力为250 kPa，占地面积约为70 hm2，基础采用钢筋混凝土环梁式基础，地基处理拟采用450×450预制钢筋混凝土方桩。

2.1 场地土层情况
场地划分为5个工程地质层(见表1)。

表1 场地土层分布地基土名称简要说明厚度/m 天然含水量w/% 天然重度
ρ/kN·m-3 液性指数Il 塑限wp①-2粘土可塑0.50～2.20 36.1 18.2 0.871 21.2①-3淤泥质粉质粘土流塑1.10～4.0 40.1 17.9 1.398 20.4②-1淤泥质粉质粘土流塑3.0～5.20 44.1 17.5 1.463 20.4②-2淤泥质粘土流塑1.10～7.40 54.5 17.1 1.52 23.2②-3粉砂饱和，稍密 0.40～3.40 39.3 18.3——②-4淤泥质粉质粘土流塑0.5～3.5 34.9 18.8 1.43 17.2③-1粉砂稍～中密 0.80～5.40 37.3 18.7——③-2粉质粘土流塑0.70～9.20 34.1 18.6 1.12 19.1④-1粉质粘土流塑
0.80～10.10 40.7 18.4 1.19 18.5④-2粉砂夹粉质粘土中密 2.20～10.90 31.8 19.7——④-3粉质粘土夹粉砂流塑～软塑7.80～12.40 34.0 18.7 0.98 20.8④-4粉质粘土软塑1.80～12.40 31.6 18.7 0.92 18.6④-5粉砂中密 0.70～9.60 31.4 18.7——
在工程桩施工前进行了试桩静载荷试验，位置选择在不同设计桩长与有代表性的不同土层区域，桩长分别为17.5 m，23 m，36 m。

试验采用慢速维持荷载法，其荷载分级、观测与稳定标准及卸载要求均按照JGJ 106-2003建筑基桩检测技术规范进行，极限承载力分别达到1 900 kN，3 000 kN和3 600 kN。

在使用前沉降指标均满足规范规定要求，但是使用后一段时间，1号和2号储罐出现非平面倾斜超过规范限值(见表2，表3)。

经过查阅场地的地质报告、设计资料、施工记录等相关资料，储罐基础桩长均为17 m～20 m，桩端持力层为③-1层(见图1)，发现桩端下③-2层和④-1层，④-3层等均为软弱土层，这是导致不均匀沉降过大的主要原因。

这也揭示了一些“只注重承载力验算，不注意沉降验算”的设计误区。

2.2 基础沉降
表2 1号罐沉降观测情况表(一)沉降增量mm时间荷载/% 平均累计沉降量/mm 平面倾斜mm非平面倾斜mm使用前— 76.3 —68.0 21.5使用4个月90 105.2 28.9 86.7 35.2使用7个月100 107.5 2.3 89.2 38.2
表3 2号罐沉降观测情况表(一)沉降增量时间荷载/% 平均累计沉降量/mm mm 平面倾斜mm非平面倾斜mm使用前— 173.6 —160.0 24.4使用4个月50 190.4 16.8 186.1 34.1使用7个月50 196.3 5.9 208.2 41.6
储罐基础变形主要来自于附加应力。

储罐基础沉降主要为储罐下桩基在长期荷载下产生的沉降，文献[4]中指出最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法，等效作用面位于桩端平面，按单向固结的e—p曲线进行计算:
式中:n——地基沉降计算分层层数;
Δhi——地基沉降计算分层第i层厚度;
e0i——地基中第i层分层中点在自重应力作用下稳定时的孔隙比;
e1i——第i层分层中点在自重应力与附加应力共同作用下稳定时的孔隙比。

计算深度处的附加应力σz与土的自重应力σc应符合σz≤0.2σc要求，对于软弱层，则以此比值降为0.1，本场地储罐基础计算深度在桩端下约60 m才能满足要求。

根据以上步骤计算，以上两个储罐最终沉降分别为930 mm和866 mm，地基土层完成了30%左右的固结度，后续不均匀沉降将更大。

2.3 基础调整处理
本场地储罐基础发生不均匀沉降，需要进行处理。

但是由于不均匀沉降较大，预压纠偏法不适用，考虑到此次调整处理的主要目的，不仅要减小不均匀沉降差，而且要减小整体沉降量，并且方法易操作、过程和结果可以随时控制。

所以采用局部加固处理方法。

对上述两个储罐在沉降大的范围内增加φ700钻孔灌注桩30根～50根，灌注桩位于地表之下、罐壁周围，通过钢筋与原来基础相连，桩长L=40 m，3.50 m均匀布置，桩端持力层在④层～⑤层土上，设计单桩承载力特征值1 300 kN。

经过处理后，上述储罐在运行一段时间后，沉降增量减小(见表4，表5)，满足规范要求，达到了处理的目的。

3 结语
1)大型储罐的设计、施工、监测等工作，重点是控制罐基础的整体倾斜沉降和不均匀沉降，储罐基础产生沉降主要源于其附加应力，均布荷载作用下其应力分布随深度递减。

表4 1号罐沉降观测情况表(二)时间荷载/% 平均累计沉降量/mm 平面倾斜/mm
非平面倾斜/mm处理20个月90 138.0 69.8 24.7
表5 2号罐沉降观测情况表(二)时间荷载/% 平均累计沉降量/mm 平面倾斜/mm 非平面倾斜/mm处理20个月90 232.3 190.2 37.6
图1 1号和2号储罐典型地质剖面图
2)大型储罐基础在设计时不仅应注重承载力验算，更要注意沉降验算，当存在软弱土层时，沉降计算深度需至接近储罐基础末端。

3)对于大型储罐的不均匀沉降，建议采用加固处理法。

参考文献:
【相关文献】
[1] 徐志钧，许朝铨，沈珠江.大型储罐基础设计与地基处理[M].北京:中国石化出版社，1999.
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[3] SHT 3068-2007，石油化工钢储罐地基与基础设计规范[S].
[4] JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].
[5] 徐志钧，许朝铨，黄左坚.大型储罐基础地基处理与工程实例[M].北京:中国标准出版社，2009.
[6] 张连中，何国富，宁仟俊.大型储罐桩板基础的地基沉降分析[J].工程设计，2008，29(1):27-28.
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