5000—10000立方米立式圆柱形钢制储罐地基及基础的处理

在储库建设中，5000-10000立方米立式圆柱形钢制储罐是比较常用的罐型，据初步统计，数量占到总储罐的60%以上。而从投资上讲，储罐地基及基础的费用占储罐建设总投资的20-40%，同时，储罐地基及基础也是储库建设过程的重点和难点。由此可见，处理好了储罐地基及基础，不仅可以为我们节省油库建设成本，同时还可以加快工程进度，缩短建设工期，早投产，早见效。

一.5000-10000立式钢制储罐基本参数及设计要点

一）5000立方米罐设计直径为20米，高度18米，总质量5200t；10000立方米罐设计直径为28米，高度20米，总质量11000t；

二）基礎设计根据勘探资料和现场实际情况，可采用钢筋混凝土环墙基础、外环墙基础和护坡式基础，其中钢筋混凝土环墙基础因为具有适应性广、整体性好、施工进度快、占地较小的特点，所以在储库罐基础设计和施工中采用最多。

三）储罐基础应力的特点：罐基础环墙主要承受竖向荷载和水平荷载。环墙所承受的竖向荷载主要有由罐壁传给环墙顶面的罐体自重荷载以及由罐底传给环墙内垫层顶的罐内液体自重和环墙内各层自重荷载；水平荷载主要是罐内液体自重和环墙内垫层在这些荷载的作用下对环墙产生侧向压力，使环墙内产生拉应力。

四）由于储罐高宽比小、受力面积较大，所以油罐地基承载力要求不高，但对不均匀沉降要求较高。通过计算承载力值在180KPa左右 ，不均匀沉降按《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》SH 3068-2007计算应小于15.4CM、最大相邻测点沉降差小于1.55CM（按5000立方浮顶罐直径20米计算、设10个观察点，0.007Dt 、0.0025L）。

二.储罐地基的主要类型：

建筑地基可分为天然地基、人工地基、桩基和特殊处理地基。天然地基根据土层可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土等；人工地基根据处理方式分为人工夯实地基、人工换填砂石地基以及注浆地基；桩基分为支承桩、灌注桩、震动桩、爆扩桩及其它桩；特殊地基主要是遇到地下障碍物、溶洞、坟坑、沉降缝、橡皮土等须要特殊处理的地基；也可按施工方法分为换填类、原土层处理类、复合地基类等。

作为5000-10000立方米立式储罐的地基常用主要有以下几种：

一）换填法：就是挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径的材料（三七合土、砂石以及级配砂石等），并夯压密实，形成满足设计及承载力要求的地基处理方法。此法具有取材简便、施工难度小、造价较低、工期短的特点，在实际工程中往往作为首选方案普遍使用。

二）强夯法：也称为动力固结法或动力压实法，是将一定重量的锤提到一定高度使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实，从而提高地基的承载力，降低其压缩性，改善地基性能的处理方法虽然已在各类工程中得到广泛应用，但有关强夯加固机理的研究仍未取得满意的结果，其主要原因是各类地基土的性质差别很大，难以建立适用于各类土的强夯加固理论。由于无成熟的设计理论，因此，需在工程实施前，根据经验初步选定设计参数，在现场有代表性地段通过试验以验证初选的设计参数，并经必要修改后，最终确定出适合现场条件的设计参数。

实施要点：强夯法的主要设计参数包括有效加固深度、夯击能、夯击次数、夯击遍数、间隔时间、夯点布置和处理范围等。

1）初定有效加固深度一般按公式估算或查表法。

2）夯击能分为单击夯击能和单位夯击能，单位夯击能是指施工场地单位面积上所承受的总夯击能，其单位为kN·m/m2。单位夯击能的确定与地基土类别有关。单位夯击能过小，难以达到预期处理目标；单位夯击能过大，不仅浪费资源，对饱和软粘土等强度反而会降低，得不偿失。

3）夯锤。夯锤质量可取10～40t或根据起重设备选取，底面形式宜采取圆形或多边形。锤底静接地压力值可取25～40kPa，对于细颗粒土宜取小值。夯锤宜设置贯通的气孔。

4）夯击次数应通过现场试夯确定，一般以夯坑压缩量最大且周围隆起量最小为确定原则。在工程实践中，常用试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定夯击次数，同时要满足最后两击平均夯沉量不大于规范要求数值。

5）夯击遍数应根据地基土性质确定。一般来说，由粗颗粒土组成的渗透性较强的地基，夯击遍数可少些；而由细颗粒土组成的渗透性较弱的地基，夯击遍数可多些。工程实际中一般是点夯2～3遍，再低能量满夯2遍。满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。

6）两遍夯击之间的间隔时间取决于超静孔隙水压力（简称孔压）的消散时间，对渗透性好的地基，一般在数分钟至数小时内即可消散完；但渗透性差的地基，可能需数周才能消散完。

三）CFG桩复合地基法：是水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravel）的缩写，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌合，用各种成桩机制成的高黏结强度桩。CFG桩由中国建筑科学研究院研制成功。 要点：褥垫层，夯填度，配筋。

1、承载力提高幅度大，可调性强

CFG桩桩长可从几米至二十多米，并可全桩长发挥桩的侧阻力。当地基承载力较好时，荷载又不大，可将桩长设计得短一些，荷载大时桩长可以长一些。特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高，柔性桩难以满足时，CFG桩复合地基相对容易达到要求。

2、适用范围广

可适用于独立基础、条形、筏板和箱形基础。适用于处理粘土、粉土砂土和正常固结的素填土等地基，也是储罐地基处理的常用方法之一。

1）CFG桩复合地基承载力可用公式进行估算后，进行试桩设计，最终经现场单桩载荷试验及复合地基载荷试验确定。

2）水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置，桩径可取350～600mm。

3） 桩距应根据设计要求的复合地基承载力、土性、施工工艺等确定，宜取3一5倍桩径。

4）桩顶和基础之间应设置褥垫层，褥垫层厚度宜取150～300mm， 当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。褥垫层宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径不宜大于30mm。

5）为保护桩头，可在桩顶2m范围内适当布筋。

6）桩体试块抗压强度平均值应大于3倍的单桩承载力特征值与桩截面积的比值。

四）振冲碎石桩法：是利用振冲器产生的高频振动及高速水流，在边冲边振的联合作用下，将振冲器沉入预定深度并形成钻孔，再在清孔后向孔内分批填入碎石来制作成樁，桩体与桩间地基土构成复合地基。是消除液化的常规方法。

1、振冲碎石桩对地基的作用

加固机理一般可分为挤密和置换两种作用。对饱和粘性土，主要是置换；对砂性土，主要是挤密；对非饱和的粘性土，则同时兼有挤密和置换两种作用。

2、振冲碎石桩具有如下特点：

1）、桩径较粗，一般70～100cm。

2）、沿轴向可以是变直径的，由于振冲器的输出功率是预定值，因此随地基土层强度的不同所形成的桩径也有所不同，对较为不良的软土可以“照顾”多注入碎石来增强承载能力。

3）刚度比地基土大但又比钢材和混凝土小，它在受力过程中可以适应较大的变形，与刚度较大的钢筋混凝土桩和钢桩相比，它是一种柔性桩。

4）透水性较好，桩体一般有良好的排水作用，可加速软土地基的固结。

3、复合地基承载力

振冲桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可用单桩和处理后桩间土承载力特征值按公式估算。

4、桩长

当相对硬层埋深不大时，应按相对硬层埋深确定；当相对硬层埋深较大时，按地基变形允许值确定；在可液化地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定。

5、桩位布置

对大面积满堂处理，宜用等边三角形布置；对单独基础或条形基础，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置。

桩间距应根据上部结构荷载大小和地层情况，并结合拟采用的振冲器功率，同时考虑桩径及桩土面积置换率综合确定。

6、振冲桩处理范围

应根据建筑物的重要性和场地条件确定，一般在基础外缘扩大1～2排桩。当要求消除地基液化时，基础外缘扩大宽度不应小于基底下可液化土层厚度的1 /2。

7、桩体材料

可用含泥量不大于5%的碎石、卵石、矿渣或其他性能稳定的硬质材料，不宜使用风化易碎的石料。

五）水泥桩复合地基法：

1、概念：是以水泥土为固结体的地基处理方法，又可分为夯实水泥土桩法、搅拌桩法和高压喷射注浆法。是处理流沙地基的有效方法。

2、原理SMW工法（型钢水泥土搅拌墙）：SMW是Soil Mixing Wall的缩写，可认为是一种特殊的水泥土桩法，国内称为型钢水泥土搅拌墙。该工法以多轴型钻掘搅拌机施工，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未硬结前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。

1）加固形式的选择

水泥土桩法形成的桩体可布成柱状、壁状、格栅状、块状等。可根据不同需要将桩体布置成不同形式。用于或配合止水帷幕的桩体一般布置成壁状、格栅状。

2）加固范围的确定

水泥土桩的刚度介于刚性桩和柔性桩之间，其承载性能与刚性桩相近，可仅在上部结构基础范围内布桩，而不必在基础外设置保护桩。

3）桩长、桩径的确定

竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的上层；为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩长应超过危险滑弧以下2m。一般情况下，深层搅拌桩的加固深度不宜大于20m，粉喷桩加固长度不宜大于15m。搅拌桩的桩径一般不应小于500mm。

4）单桩承载力的确定

单桩竖向承载力特征值应通过试桩现场载荷试验确定。初步设计时也可按公式估算。

5）复合地基承载力的确定

竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定。初步设计时可按理论公式估算。

6）褥垫层

竖向承载搅拌桩复合地基应在基础和桩之间设置褥垫层。褥垫层厚度可取200-300mmm。其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。

三.储罐地基及基础的施工注意事项

一） 做好地质勘探工作

二） 重视基础土方的开挖和验槽工作

三） 做好施工准备，注意沟槽排水降水，及时施工

四） 发现问题及时与设计沟通现场处理

四.储罐地基常见问题及处理方法

一）建设过程中

1、开挖至设计深度，土层承载力达不到设计要求

处理方式：1）继续开挖 每次开挖30公分，进行承载力检测（施工现场可用钎探仪进行），如达到设计承载力要求即可，如开挖90公分仍达不到要求，不再继续开挖，可采用级配砂石回填并分层夯实压密，经检测达到设计承载力要求；2）采用强夯原土层处理法

2、 软弱地基如遇淤泥层和流沙

处理方式：1）清除软弱土及淤泥，用三七合土回填并分层夯实压密；

2）遇流沙时，首先要采用降水措施降低地下水位，然后采用水泥砂浆注入（可掺入3%膨胀剂或水玻璃）进行封堵。

3）采用水泥桩复合地基处理

3、发现基层中遇大型石块或孤石

处理方式：1）孤石可清除，然后用级配砂石或三七合土回填并夯实压密；

2）大型石块可用炮机破除或爆破清除至设计标高下20-30CM，上部用砂石回填压密。

二）使用过程中：主要是基础的纠偏，常用方法有：

1、挖沟纠偏法：挖沟纠偏法是利用储罐环墙基础刚度较好的特点，在储罐基础沉降少的一侧，沿环墙外侧圆周挖一定深度和宽度的沟，造成一定数量的基底土侧向挤出，加大沉降少部位的沉降，从而达到纠偏的目的。要点是：

1）挖沟的位置与长度，一般以最小沉降点为中心向两侧延伸，沟长一般达1/3～1/2圆周；

2）挖沟深度与地层土质、荷载大小、荷载作用时间、沟边与环墙基础的距离等因素有关，根据已实施纠偏的成功经验，沟边距环墙距离一般为50～100cm，沟深一般不超过环墙基础底面20～30cm，沟宽一般为50～100cm；

3）若地基土未充分固结，宜浅挖沟；若已正常固结，则沟可深挖；

4）纠偏过程中储罐内要保持一定的液位，液位的高低直接影響纠偏量的大小和纠偏持续时间，液位一般不低于最高液位60～70%。保持荷载过大，易造成沟的局部坍塌，这一点应特别引起注意；

5）挖沟纠偏对小型储罐的纠偏效果显著，应用于大型储罐效果较差。

2、压密注浆纠偏法：通过向土中压入稠度较高的悬浮浆液，在压浆点周围形成球形或圆柱形浆泡，浆泡一是通过挤压作用可形成地层隆起，产生一定辐射状的上抬力；二是通过对地基土的挤密、充填，可改善地基土的物理力学性能，阻止土的变形增长。要点是：

1）注浆加固范围、注浆压力、浆液注入量根据需加固深度及加固地层情况确定；

2）注浆材料可采用水泥浆注液，水灰比一般为0.5：1，同时，浆液中可加入水玻璃等添加剂；

3）注浆一般采用先外后内、先下后上，并注意最上层封顶注浆点的覆盖层厚度要大于2m；

4）压密注浆通常应用于减缓或阻止不均匀沉降，如采用压密注浆的纠偏，在沉降量大的一侧同步采用强迫沉降法效果更好。

3、顶升调正纠偏法：顶升调正纠偏法是应用千斤顶，将储罐整体顶起调平，然后利用压缩空气将砂吹入储罐基础底面，然后撤除千斤顶，储罐平整座于新吹入的砂垫层上，从而达到基础纠偏的目的。顶升调正纠偏法不涉及地基处理。

五.问题思考及总结

1、受制于勘察资料的准确性和详细程度；

2、取决于设计、施工和管理水平；

3、技术发展很快，新方法层出不穷，如水泥土复合管桩、咬合式排桩等；

4、技术创新和人才培养尤为重要。

六.相关设计及施工规范

一）《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》SH 3068-2007

二）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

三）《建筑地基基础工程施工规范》GB 51004-2015

四）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB 50202-2002

作者简介：

1.彭建中，1986年毕业于湖南大学土木系，是国家注册一级建造师、注册房地产估价师及土建专业工程师，现就职于中石化股份湖南石油分公司成品油管道及配套油库项目经理部。从事建筑土建设计、施工、管理工作近30年，在石油库建设方面有比较丰富的理论和实践经验。

2、本文从设计、施工及管理角度，对储库建设中常用的2000-10000m?罐型地基的基本形式类型和主要方法进行了介绍，并针对罐基础处理及纠偏分别从建设中和使用中的二个阶段进行了比较全面论述，对储罐建设有一定的参考和借鉴意义。