大型储油罐基础环梁设计与讨论

秦 凯 王成玉

(日照港集团有限公司，山东日照 276826)

0 引言

大型储油罐是一种特殊的工业结构，由钢板焊接而成，具有整体刚度较小的特点。出于经济方面的考虑，储备库油罐的容积越来越大，向大型化、特大型化的发展趋势明显[1]。与其他构筑物相比，大型储油罐能经受住较大的整体沉降变形，因此它对地基承载力要求较低，但它抵御地基不均匀沉降的能力有限，这就对储油罐基础的选型和设计有了很高的要求[2]。

多年实践表明，在软土场地建造储油罐采用钢筋混凝土环梁式基础具有明显优势。钢筋混凝土环梁与经过压密的砂垫层形成储油罐整体基础，两者共同作用，组成具有较大刚度的圆柱体，其直径与储罐直径相同或稍大，一般可作为弹性体考虑。环梁因约束砂垫层的侧向变形，其内部产生较大的环向拉力，环向拉力是设计基础环梁需要考虑的重要参数。

目前，大型储罐基础环梁设计与计算主要按SH/T 3068-2007石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范规定执行，另外SHJ 1058-84炼油厂钢油罐基础设计技术规定、石化总公司洛阳设计院等也提供了计算公式可供参考。在具体执行过程中，我们发现这几种环梁单位高度的环向力简化计算公式中都包含储罐直径的一次项，说明环向力与储罐直径成正比关系。本文针对这一问题，采用非线性数值的方法对实例工程的基础环梁环向拉力进行计算，与简化方法的计算结果对比，以分析各种方法的差异，并提出合理的设计指导意见。

1 工程概况

本工程为某油品码头油库扩建工程，拟建12个浮顶储油罐，单罐容积为5.5×104m3，高 15.9 m，罐内直径 66.6 m。采用钢筋混凝土环梁基础，环梁高度为2.85 m，地下埋深为1.85 m，厚度0.45 m。环梁内垫层分吹填土和砂垫层两层。主要场地由人工吹填而成，地质勘查报告显示，罐区自上而下主要为:①人工吹填土，4 m～5 m厚，压缩性高;②黄褐色淤泥质亚土，厚度9 m～12 m;③深灰色淤泥质粘土，厚度约12.15 m～13.3 m，呈软可塑以至流动状态，高压缩性;④黄褐色亚粘土，厚度为4.2 m～5.6 m，呈可塑～坚硬状态，中等压缩性;⑤淤泥质亚粘土，厚度大于24 m，土的性质同第③层土相接近，压缩性高。各土层参数见表1。

表1 土层主要物理力学参数

2 基础环梁受力分析

大型储油罐常采用的基础形式有三种:1)护坡式基础;2)外环梁式基础;3)内环梁式基础。

根据罐区场地的地质情况，地层土中含有较厚的高压缩性土层，本项工程采用钢筋混凝土内环梁基础，储油罐直接安装在环梁上(见图1)，环梁内采用砂石垫层。

环梁的受力情况较为复杂，主要有:1)环墙顶面油罐壁荷重p1;2)储罐及罐内液体自重荷载q1(x)，环基内侧大面积储液荷重及砂垫层自重产生的侧向水平侧压力q1(z);3)环基内壁砂垫层的竖向摩擦力τ(z)，这是由于在沉降过程环基与砂垫层之间出现竖向剪切变形引起的;4)环基底面地基反力q2(x);5)环梁外侧土压力q2(z)，如图2所示。

3 基础环梁环向拉力计算

对基础环梁环向拉力主要按照SH 3068-2007石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范规定执行，它采用朗肯土压力公式计算土的侧压力，建立环梁每米高环向力设计值计算公式:

其中，T为单位高环梁环向拉力的设计值，kN/m;γW，γm分别为水和垫层的重力密度，kN/m3;γQW，γQm分别为水和垫层自重的分项系数;K为环梁内侧压力系数。

配筋面积按下式计算:

其中，γ0为重要性系数。

对不同直径的储油罐，分别采用规范中的简化计算方法和非线性方法计算基础环梁的环向拉力。保持储油罐高度一致，不改变场地条件的情况，结果如图3所示。从计算结果可见，油罐直径小于某一值(例如，60 m)时，两种方法计算环梁的环向拉力都随着直径增大，但当油罐直径超过某一值，数值计算结果显示，环梁的环向拉力并不随直径增大继续增大，而是保持一个比较稳定的值。

4 结语

随着越来越多的大型储油罐被建造，基础环梁设计计算受到广泛重视，这是关系到油罐安全和控制工程造价的重要问题。本文以某大型储油罐实际工程为例，对目前常用的几种基础环梁的环向拉力计算和配筋设计的方法进行了对比。计算结果表明，各种计算方法得到的内力和配筋计算结果相差较大;储油罐直径较小时，基础环梁的环向拉力随直径增大而增大，当油罐直径较大时，直径对基础环梁环向拉力的影响并不像规范公式给出的那样成正比。因此，在进行大型储油罐基础环梁设计计算时，应该具体情况具体对待，建议进行非线性数值分析。

[1]贾庆山.储罐基础工程手册[M].北京:中石化出版社，2002.

[2]徐至钧.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.

[3]邓学晶，夏 琰.大型储油罐地基变形与基础环梁拉力计算与分析[J].工业建筑，2010(40):732-735.

[4]冯辛能.大型储油罐环梁基础的内力分析[J].土木工程学报，1986，19(2):47-56.

[5]SH/T 3068-2007，石油化工钢储罐地基与基础设计规范[S].