大型储罐基础设计方法分析

矫立超+田震+李斐凡+王民中

摘要：近年来，石油作为一种战略物资在我国越来越受到重视，这不仅是受到了汽车工业快速发展的影响，同时也和化工产业深度发展有关。目前我国石油资源分布不均衡，需要进行运输，对大型储罐的需求十分迫切，尤其是大型油库需要的储罐也从小到大不断升级。文章结合石油储运需要的大型储罐技术设计展开了研究，并对相应的方法进行了分析。

关键词：大型储罐；石油储运；基础设计方法；战略物资；石油资源 文献标识码：A

中图分类号：TE972 文章编号：1009-2374（2017）07-0107-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.050

广义上，“储罐”泛指用于存储气态、液态物质的钢制密封容器，在我国现代化工业领域具有广泛用途，包括石油、化工、消防、冶金等产业，其中大型储罐可以有效地提高生产、降低成本，它是很多工业企业的必要性设备之一。理论上最有效率且安全度高的石油供应方式为长输管道，但它只解决了运输问题，无法发挥石油供应“集散地”的效应。大型储罐应用中不仅强调个体容量规模，对于群组效应的要求也十分明显，一定规格、一定数量的储罐可以提高石油供应的规划性、战略性，实现与市场之间的灵活统筹。

1 大型储罐基础设计概述

从我国石油产业自主建设开始，社会每年都会新增大量的储罐设备，特别是大型储罐的数量越来越多，由此形成了相对庞大的建设成本。结合现状分析，我國石油储罐基础建设在整个储罐工程造价中占据70%左右的成本，其中80%～90%又消耗在材料、制造、人工等方面，留给地基基础设计、建设和维护的资金十分有限，而这也严重影响着油罐的可靠性、安全性和效率性。

概括地说，一个大型储罐基础设计内容包括了罐体选型、地质勘探、地形分析、地基承载力和稳定性计算、地基变形幅度计算等方面。应该说，任何一种可能影响大型储罐运行安全的要素都应该考虑到设计内容中；结合国内外出现的大型储罐基础安全问题，其中出现频率最高的就是储罐基础部分沉降、变形、歪斜等造成储罐的不稳定性，从而引起储罐发生倒塌或扭曲，造成十分严重的后果。大型储罐中所容纳的石化产品具有污染属性，一旦泄露不仅会造成巨大的经济损失，同时也会危害人类生命健康、破坏自然生态系统。

设计作为第一步，应该充分地了解储罐地基变形的机理，根据存在的安全隐患展开相应的处理方法，如在恰当的位置加固桩基础，整体上对于地基处理的要求是密实、稳定、牢固。同时，现实中储罐体积越大它在单位容积上消耗的钢材也就越少，而“相对之下”的储罐所占的基础空间也就越小，例如，15万m3和20万m3的储罐占地面积相差不超过200m2，但在对地基的影响上却存在很大差异；根据物理学原理可知压力越大、受力面积越小，压强就越大，所以在要求上地基压缩层的深度一般为储罐直径的一倍，举例说明，10万m3左右的储罐（浮顶罐）直径在80m左右，那么在地基压缩层上也应该保持在80m左右，当然可以根据地质优势稍微缩小，但承载力的要求并没有变化。因此地基沉降是大型储罐基础设计中必须考虑的问题，也是重点防治的问题。

2 大型储罐技术设计的方法分析及总结

2.1 石油储罐选址和前期处理

大型储罐基础设计主要是以现场环境为对象展开的，鉴于石油储罐的特殊性，它对油库选址的自然条件也有较高的要求，对于一些地理结构不稳定、软土地基等情况必须加以避免，否则基础设计也就失去了意义。

其中“软土地基”是一个非常重要的问题，它往往决定了一个储罐工程项目的成本、质量和进度，甚至决定了项目是否可以达到预期目标。软土地基即软弱地基，它泛指一些淤泥、杂填土、冲填土等成分构成的地基环境，在土壤结构层面缺乏密实联系的特点，很容易出现沉降、裂缝、地下水溢出等问题，影响地表工程的稳定性。

因此，在进行石油储罐选址的过程中，需要对地基进行前期处理，这也属于设计环节的重要部分，即针对现有的环境进行评估（社会环境、人文环境、自然环境），如果软土地基现状在可控制范围内，通过较小的成本代价即可满足正常要求，则可以继续展开后续的设计工作。具体数据包括软土地基的组成、分布、土质和均匀性等，如果是城市建设过程中的回填土、杂填土，应该查明历史数据，搞清楚究竟是什么成分。

同时，也可以根据现场环境和地基现状展开设计，即通过计算地基的承载力，进而改善储罐的大小、体型、结构等。

2.2 大型储罐的基础类型

大型储罐基础与常用土工结构物基础之间存在差异，其本身具备独有的特点，即大型储罐的罐体体积相对较大，并且挠性较强。罐体的荷载面积以及单位面积的荷载强度大。整体来说，罐体荷载均匀。基于冲水实验，可使罐体荷载提升至最大强度。大型储罐建设位置发生地震时，造成罐体以及装置内部液体的受力产生剧烈的变化。大型储罐基础的类型有三种，即环墙式罐基础、外环墙式罐基础以及护坡式罐基础。

2.2.1 环墙式罐基础类型。环墙式罐基础类型根据建设材料的不同，又可分为砖砌环墙式、石砌环墙式、碎石环墙式以及钢筋混凝土环墙式。其中钢筋混凝土环墙式罐基础建设阶段，在大型储罐的壁板下方设置钢筋混凝土环墙，进而支撑壁板的荷重。大型储罐中，浮顶罐可运用此种基础类型。大型储罐建设时，通过使用钢筋混凝土环墙式罐基础，能够降低储罐周边受力不均出现下降的现象，提高建设面积的使用效率。

由于在软土地基的基础上建设大型储罐，都会产生较大的沉降量，因此储罐建设阶段需要设计储罐罐底标高相关步骤。罐底预抬高的高度，需要根据工程施工技术对罐底标高的施工要求以及大型储罐最终所形成的沉降进行估算。设置环墙式罐基础，可以减少大型储罐建设场地中需要预抬高的土方量，并且能够省去环墙式罐周边的土石方堆填步骤，降低了大型储罐所在区域面积的外部荷载影响，提高了大型储罐的稳定性。

2.2.2 外环墙式罐基础类型。外环墙式罐基础，需要将储罐的建设区域预先铺设砂垫层，而后将储罐施工建设在砂垫层之上。储罐建设完成后，施工单位应在砂垫层基础周边设置钢筋混凝土环墙，实现对砂垫层的防护，保证其稳定性。

2.2.3 护坡式罐基础类型。护坡式罐基础类型根据护坡的建设材料不同，可分为混凝土护坡、石砌护坡以及碎石灌浆护坡。护坡罐基础建设阶段，需要将储罐建设在砂垫层之上，同时在砂垫层基础周边设置护坡，阻挡砂垫层中砂石的流失。

2.3 大型储罐的选型设计

大型储罐选型阶段，应根据储罐的规格、容积、施工环境的地质、施工原料的供应、业主的实际需求以及施工单位的施工技术、地基的处理方式和社会经济的影响等多方面实现综合分析研究，确定需要建设的储罐类型。储罐建设依照地质环境选型，需要满足一些条件。例如，当储罐建设场地没有硬性要求时，并且建设环境中的地基土质能够提供足够的承载力，可以采用护坡式或者基于钢筋混凝土的外环墙式罐基础。如果软土地基不能满足建设所需承载力的要求，但是计算得到的沉降差在合理范围内，可以采用环墙式、外环墙式以及护坡式罐基础。

3 结语

综上所述，随着社会经济的不断发展，化工产业技术水平的不断提高，大型储罐的建设和运用对于满足我国石油储运具有重要意义。大型储罐基础设计阶段，设计人员应根据业主的需求以及实际的建设环境，结合不同的储罐类型，设计并制定出合理的大型储罐建设方案，提高储罐建设的效率，促进社会产业结构的稳定

发展。

参考文献

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作者简介：矫立超（1987-），男，山东青岛人，海工英派尔工程有限公司助理工程师，硕士，研究方向：化工设备设计；田震（1989-），女，山东聊城人，海工英派尔工程有限公司助理工程师，研究方向：静设备设计；李斐凡（1991-），女，山东淄博人，海工英派尔工程有限公司助理工程师，研究方向：静设备设计；王民中（1989-），男，山东东阿人，海工英派尔工程有限公司助理工程师，硕士，研究方向：压力容器设计。

（责任编辑：蒋建华）