大型储罐基础设计实例及分析

２４６　广东化工　

ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ　２０１７年第９期　

第４４卷总第３４７期　

大型储罐基础设计实例及分析　

牛俊军　

（中建安装石化工程设计院土建室，江苏南京２１００４９）　

化发展，而储罐基础选型，一般均根据储罐的型式、容积、地基条件及地基处：　

界墙式储罐基础程沿海地区采用振冲碎石桩＋强夯处理后的场地上的应用　

［文奄编号１１００７　１８６５（２０１７）０９—０２４６—０２　

Ｌａｒｇｅ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｔａｎｋ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｘａｍｐｌｅ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

Ｎｉｕ　ＪｕｎＪａｎ　

（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣＣＩＥＩ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２　１　００４９，Ｃｈｉｎａ）　方　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ，Ａｌｌ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ　ｉｓ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｔｈｅ　ｔａｎｋ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｔｙｐｅ　

ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ　ａｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｙｐｅ　ａｎｄ　ｖｏｌｕｍｅ　ｏｆｔｈｅ　ｔａｎｋ，ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　

ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｔａｎｋ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏａｓｔａｌ　ａｒｅａｓ　ｕｓｉｎｇ＋　

ｖｉｂｒｎ・ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｓｔｏｎｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ａｆｔｅｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ　ｒｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｔｙｐｅ　ｔａｎｋ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｍ　ｔｈｅ　ｍｉｄ　ｓｏｆｔ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｏｉｌ：ｃｒａｃｋｓ　

１工程背景概述　

海南华信石油基地有限公司在洋浦港总体规划布局的神头港　

区拟建一期工程共建设ｌＯ×】０　ｍ　原油储罐ｌ８台，ｌＯ×１０　ｍ　燃料　

油储罐６台，５×ｌ０　ｍ　轻油储罐８台，配套建（构１筑物主要有：综　

合楼、总变电所、ｌ＃配电及ｌ　机柜、２　配电及泡沫站、２群机柜间、　

３　配电及泡沫站、消防泵站、空压站及氮气站、化验楼及维修、　

消防站、原油泵棚、燃料油泵棚、导热油雨棚、污水处理场、事　

故水池及含油污水池、防火堤、管墩、管架等。库区内罐容为ｌＯ×１ｏ　ｍ　的储罐，罐体直径为８０　ｍ，罐高为２１．９７　ｍ。查此工程岩土工　

程勘察报告可知：拟建场地地处滨海相沉积地貌单元，场地原为　

海域，后回填彤成，现为空地，西面临海，场地地形较平坦，场　地土的类型为中软士。　

２环墙式储罐基础简介　

环墙式储罐基础与一般房屋建筑的基础有很大的区别，房屋　

建筑整个上部结构的荷载都是靠其基础传递和扩散到地基上去　

的，房屋建筑的基础是整幢建筑必不可少的组成部分；而环墙式　

储罐基础则不然，它不是钢储罐本体的组成部分，钢储罐的荷重　

极大部分也不是靠环墙传递的，环墙式储罐基础是环墙内各垫层　构成的柔性基础与刚性环墙共同工作。环墙只承受储罐罐壁（外浮　

顶罐）或罐壁及罐顶（固定顶罐或内浮顶罐）和小部分介质的荷载，　

而大部分的介质或浮艋荷载是靠环墙内各垫层直接承受传到地基　

上。　

环墙式储罐基础一般用于软和中软场地土，多用于浮顶罐与　

内浮顶罐，罐壁下设置钢筋混凝土环墙，这种型式的储罐基础，　

在国内用的较多，其优点如下：　

（１）可减少储罐周围的不均匀沉降。钢筋混凝土环墙平面抗弯　

刚度较大，能很好地调整在地基下沉过程中出现的不均匀沉降，　从而减少罐蹙的变形，避免浮顶罐或内浮顶罐发生浮项不能上浮　

的现象。　（２）罐体荷裁传递给地基的压力分布较为均匀。　

（３）增加基础的稳定性，抗震性能较好。防止由于冲刷、侵蚀、　

地震等造成环墙内各填料层的流失，保持罐底下填料层基础的稳　

定。　（４）有利于罐壁的安装。环墙为罐壁底端提供了一个平整而坚　

实的表面，并为校平储罐基础面和保持外形轮廓提供了有利条件。　

（５１有利于事故的处理。当罐体出现较大倾斜时，可用环墙进　

行顶升调整．或采用半圆周挖沟纠偏法。　

（６）起防潮作用。钢筋混凝土环墙顶面不积水，减少罐底的潮　

气和对罐底板的腐蚀。　

（７）比护坡式储罐基础占地面积小。　

３环墙厚度、环向力及环墙配筋计算　

３．１环墙厚度计算　

根据《钢制储罐地基基础设计规范》（ＧＢ　５０４７３—２００８）第４．１－２　条规定，当罐壁位于环墙顶面时，环墙的厚度可按下式计算：　

６：——————墨Ｌ———一　（１一　）ｎ　一（　一　）＾　

式中：　

ｂ＿＿环墙厚度ｆｍ）：　

ｇｌ一罐壁底端传至环墙顶端的竖向线分布荷载标准值（当何　保温层时，尚应包括保温层的荷载标准值）（ｋＮ／ｍ）：　

Ｂ一罐壁伸入环墙顶面宽度系数，可取０．４～０．６；　

Ｙｃ＿Ｉ一环墙的重度（ｋＮ／ｍ　）：　

Ｙ　一罐内使用阶段储存介质的重度（ｋＮ／ｍ　）：　

ｖ　一环墙内各层材料的平均重度（ｋＮ／ｍ￣）；　ｈ　一环墙顶面至罐内最高储液面高度（ｍ）；　

ｈ一环墙高度（ｍ）。　关于罐壁底端传至环墙顶端的竖向线分布荷载标准值（ｇｋ），当　

为外浮顶罐时，仅为罐壁的质量（若有平台梯子及保温层，尚应包　

括平台梯子及保温层的荷载标准值）；当为固定顶罐（包括内浮顶　

罐）时，应为罐壁和罐顶的重量。　

３．２环向力计算　

根据《钢制储罐地基基础设计规范》（ＧＢ　５０４７３—２００８）第４．１－３　

条规定，环墙单位高度环向力设计值，可按下列公式计算：　

（１）充水试压时，可按下式计算：　

１　＝（ｙ　ｈ　＋亡ｙ　ｈ）ＫＲ　

式中：　环墙单位高度环向力设计值（ｋＮ／ｍ）；　

ｙ口　ｏｍ一水、环墙内各层材料自重分项系数，ｙ　可取ｌ＿１，ｙ　

可取１．２；　ｙ　一水的重度、环墙内各层材料的平均重度（ｋＮ／ｍ　），ｙ　可　

取９．８，　宜取ｌ８。Ｏ：　

ｈｗ一环墙顶面至罐内最高储水面高度（ｍ）；　

Ｋ一侧压力系数，一般地基可取０．３３；软土地基可取Ｏ．５：　

Ｒ一环墙中心线半径（ｍ１。　

（２）ｉ常使用时，可按下式计算：　

１　Ｆｔ：（ＹｅＪ１　ｈＬ＋　ｙ∞ｙ　ｈ）ＫＲ　Ｚ　式中：　

环墙单位高度环向力设计值（ｋＮ／ｍ）：　

丫　一使用阶段储存介质分项系数，取ｌ－３：　

Ｔ　一使用阶段储存介质的重度（ｋＮ／ｍ　）；　

ｈ　一环墙顶面至罐内最高储液面高度（ｍ）。　

３＿３环向钢筋计算　根据《钢制储罐地基基础设计规范》（ＧＢ　５０４７３．２００８）第４．２．１　

条规定，环墙单位高度环向钢筋的截面面积，可按下式计算：　

【收稿日期】２０１　７－０３一（１７　

【作者简介】牛俊军（１９８４一），男，山东鄄城人，２００６年毕业于东南大学土木学院，现主要从事结构工程设计。

　２０１７年第９期　

第４４卷总第３４７期　广东化工　

ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ　２４７　

：丛　

式中：　Ａｓ一环墙单位高度　向钢筋的截丽ｉ面积（ｒａｍ：）；　

Ｙｆｒｔ　要性系数，取１．０；　

ｆｖ一钢筋的抗拉强度设计值（ｋＮ／ｍｍ　１；　１广环埔单位高度环向力设计值（ｋＮ／ｍ）。　

钢筋混凝士环墙的配筋，应符合下列要求：　

（１）环向受力钢筋的截面最小总配筋率不应小于０．４％，且应　

按环墙的令截面面积计算。对于公称容积不小于ｌ×１０　ｒｒｌ　或建在　

软土、软硬不一地基上的储罐，环墙顶端和底端宜备增加两根附　

加环向钢筋，钢筋直径应　环墙的环向受力筋相同。　

（２）环墙姆侧竖向钢筋的最小配筋牢不应小于０．１５％，钢筋　

径直为ｌ２～ｌ８，间距宜为ｌ５０～２００，蛏向钢筋宜为封闭式。　

（３）坏阳受力钢筋接头应采用机械连接或焊接连接。　

４计算实例（１０×１０４　ｍ　储罐基础设计）　

４．１设汁条件　

罐’　：外浮顶罐：罐容积：ｌ０×１０　ｍ　；罐体最大　径：８００６４　

ｒｌｌｌＴｌ：储罐高度：２Ｉ９７０　ｍｍ：储罐质最：２０８００００　ｋｇ；　台梯＿，　

质量：４５００　ｋｇ；保温结构埙量：９００００　ｋｇ：充水水顷墩：ｌ１０４３３０００　

ｋｇ：操作介顷质量：８８３３７０００ｋｇ；基础顶面至罐内最高储液面高　

瞍：ｌ９　９０ｍ。　４．２环墙　发ｉｆ　算　

环墙　眨是按环墒底ｊｉＥ，强卜』环墙　同一水平地琏土压强十Ｈ等　

（标准仇）的条件而求得的，主要是为＇ｉ，使环墙内基础沉降不　．ｒ　

产　突变。　

根据《铡制储罐地祭　础设计规范》（ＧＢ　５０４７３—２００８）第４．１．２　

条规定．　１罐擘位于环墙顶面时，环墙的厚度可按下式计算：　

ｂ：＿——＿—　玉—－—＿　（１一∥）　ｈ，一（　一　）ｈ　

：！　±　！：４４．１３ｋＮ　７　其ｌ｛】　３　１４１５ｘ８０　０６４　‘　…　

＝６２３ｍｍ　

４．３环墙单位高度环向力设计值计算　

根据《钢制储罐地基基础设计规范》（ＧＢ　５０４７３．２００８）第４．１．３　

条规定，环墙单位高度环向力基本组合设计值，可按下列公式汁　

算：　

４－３．１允水试压时　

１　ｆ＝（　川ｙＨ　ｈ　＋÷　｛　ｈ）ＫＲ　０　＝（１．１×９．８￣２０．２＋０．５Ｘ１．２×１８ｘ２．１０）×０．３３ｘ４０．０３２　

＝３　ｌ　７６（ｋＮ／ｍ１　４＿３．２正常使用时　

１　Ｆ　＝ｔｙ　）Ｉｙ１　．１ｈ　＋　７　ｙ　ｈ、ＫＲ　

＝（１．３ｘ８．６ｘ１９．９＋０．５ＸＩ．２×１８ｘ２．ＩＯ）ｘＯ．３３ｘ４０．０３２　

＝３２３９（ｋＮ／ｍ）　取较大值，则Ｆｔ＝３２３９　ｋＮ／ｍ　

４．４环墙截面配筋汁算　

环墒单位高环向钢筋的截面面积，按下式汁筇：　

：丛：　！：８９９７　

’　＿，　Ｏ　３６　ｍｍ！　

环埔环向钢筋：￣ｔｔｄｌ：２２④ｌ　００，配筋而积ｌ５２０４　ｍｍ！，ｒｎ，总　

配筋率２．３４％，大ｒ　０．４％。　蛏向构造钢筋（箍筋）计算配筋　Ｉ４＠ｌ　５Ｏ，每侧　筋卒为　

０．１５８％，大于０．１　５％。　

４．５环墙截面裂缝计算　】　

根据《钢制储罐地基基础设汁规范》（ＧＢ　５０４７３—２００８）第４．１　３　

条规定，正常使用极限状态下环墙单位高度环向力标准组合｜殳汁　

值，＿口『按下式计算：　

１　Ｆ　＝ｔｙＩｌｌｈ＋　ｙ　ｈ）ＫＲ　‘　＝（８．６×１９．９＋０．５×ｌ８ｘ２．１０）×０．３３ｘ４０．０３２　

＝２５ｌ１（ｋＮ／ｍ）　环墙宽度取６５０　ｍｍ，四排２２＠１００，　筋面积１　５２０４　

ｍｍ　／ｍ，加一根附加钢筋３８０　ｍｍ　／ｍ，共计１　５５８４　ｆｉｌｍ　／ｍ时，　

按｝ｌ｛｛《混凝土结构设计规范￣（ＧＢ５００１０－２０１Ｏ）第７．１＿７条　定，　

矩形截面轴心受拉构件按荷载标准组合并考虑长期作用影响的最　

大裂缝宽度可按＿卜列公式计算　

，ｒ　ｒ　、　＝　Ｉ　Ｉ　９ｃ　＋０　０８—　Ｊ　

ｐ，：　：！　：０．０２４＞（）．０１　其中，纵向受拉钢筋配筋率…　４　６５０　１０００　，取