淺談航煤儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工

陳友平（華南藍(lán)天航空油料有限公司 廣東 廣州 510470）

引言

儲(chǔ)罐基礎(chǔ)對(duì)儲(chǔ)罐整體的安全性和可靠度起到?jīng)Q定性作用，對(duì)于大中型航煤儲(chǔ)罐，一般采用鋼筋混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)，它不僅能為儲(chǔ)罐提供穩(wěn)定安全的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和平整堅(jiān)實(shí)的安裝平面，還有利于罐底下向錐形設(shè)計(jì)。本文以民航某機(jī)場(chǎng)油庫(kù)2000m3航煤儲(chǔ)罐為例，簡(jiǎn)要闡述儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的技術(shù)要求、型式、選型及設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)，提出采用滲漏檢測(cè)管、HDPE環(huán)保防滲層等理念。

一、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)型式

儲(chǔ)罐基礎(chǔ)是指將罐體及罐內(nèi)油品重量傳遞到地基持力層的結(jié)構(gòu)組成部分，基礎(chǔ)型式通常有護(hù)坡式、外環(huán)墻式、環(huán)墻式、樁基等。

1.護(hù)坡式基礎(chǔ)是由罐壁外的混凝土護(hù)坡或碎石護(hù)坡和護(hù)坡內(nèi)的回填土層、墊層、瀝青砂絕緣層等組成。特點(diǎn)是罐壁底部直接坐落在碎石墊層上，碎石墊層直接承擔(dān)儲(chǔ)罐豎向壓力。

2.外環(huán)墻式基礎(chǔ)是由罐壁外的鋼筋混凝土環(huán)墻和環(huán)墻內(nèi)的回填土層、墊層、瀝青砂絕緣層等組成。特點(diǎn)是罐壁底部直接坐落在碎石墊層上，碎石墊層外側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土環(huán)墻，外環(huán)墻可約束地基基礎(chǔ)材料的變形和滑動(dòng)流失（類似“箍桶”效應(yīng)）。

3.環(huán)墻式基礎(chǔ)是由罐壁下的鋼筋混凝土環(huán)墻和環(huán)墻內(nèi)的回填土層、墊層、瀝青砂絕緣層等組成。特點(diǎn)是罐壁直接坐落在鋼筋混凝土環(huán)墻上，環(huán)墻可傳遞儲(chǔ)罐上部荷載，減少罐壁變形，保證儲(chǔ)罐均勻、安全抵達(dá)沉降位置。

4.樁基基礎(chǔ)是由灌注樁或預(yù)制樁和連接于樁頂?shù)匿摻罨炷翗冻信_(tái)及承臺(tái)上的回填土層、墊層、瀝青砂絕緣層等組成。特點(diǎn)是罐壁底部坐落在鋼筋混凝土樁承臺(tái)。

二、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)技術(shù)要求

儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的主要功能是支持來(lái)自罐體自身及罐內(nèi)油品傳來(lái)的荷載，對(duì)儲(chǔ)罐整體安全性和可靠度起到?jīng)Q定性作用，基礎(chǔ)損壞失效造成的后果是不堪設(shè)想的。一般來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)應(yīng)具有如下技術(shù)要求：

1.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有可靠的安全性，能滿足地基穩(wěn)定與變形的需要，不均勻沉降不超過(guò)允許值。

2.儲(chǔ)罐罐體柔性、易變性，易受基礎(chǔ)沉降變形的影響，基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的整體穩(wěn)定性和剛強(qiáng)度。

3.儲(chǔ)罐基礎(chǔ)深處承受著罐內(nèi)油品大面積、高強(qiáng)度的液體壓力，應(yīng)具有足夠的承載力和耐久性。

4.儲(chǔ)罐基礎(chǔ)頂面應(yīng)具有一定的柔韌性，以確保底板在液體壓力作用下緊密地附著在基礎(chǔ)上，減少焊縫變形開裂。

5.儲(chǔ)罐存在油品泄漏的危險(xiǎn)，基礎(chǔ)應(yīng)采用不怕浸泡和沖洗的構(gòu)造，同時(shí)設(shè)置泄漏孔、滲漏檢測(cè)管、防滲漏膜等環(huán)保措施。

6.儲(chǔ)罐的底部鋼板易被腐蝕，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)材料應(yīng)不具有腐蝕性。

三、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)選型

儲(chǔ)罐基礎(chǔ)選型應(yīng)堅(jiān)持因地制宜、就地取材、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的原則。選型通常從工程地質(zhì)條件入手，考慮儲(chǔ)罐容量、工藝要求、允許承載力、變形要求、抗震設(shè)防及施工條件、同類工程經(jīng)驗(yàn)等因素，經(jīng)地質(zhì)分析、承載力和沉降計(jì)算，優(yōu)化選擇出安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的方案。

當(dāng)?shù)鼗翆幽軡M足承載力和沉降要求且場(chǎng)地不受限制時(shí)，宜采用護(hù)坡式或外環(huán)墻式基礎(chǔ)；當(dāng)?shù)鼗翆硬荒軡M足承載力要求、但沉降量不超過(guò)允許值時(shí)，可采用環(huán)墻式或外環(huán)墻式基礎(chǔ)；當(dāng)?shù)鼗翆訛檐浲翆訒r(shí)，宜對(duì)地基處理后再采用外環(huán)墻式基礎(chǔ)，也可直接采用鋼筋混凝土承臺(tái)樁基基礎(chǔ)。

四、民航2000m3航煤儲(chǔ)罐基礎(chǔ)案例

1.儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

（1）儲(chǔ)罐公稱容積為2000m3、內(nèi)半徑為7750mm、高度為11892mm，儲(chǔ)存的航空煤油為乙B類油品，頂蓋選用固定式拱頂。

（2）罐底結(jié)構(gòu)。保證航煤質(zhì)量，便于罐內(nèi)雜質(zhì)、水分聚積和排出，罐底采用下向錐形底設(shè)計(jì)，錐底坡度為5%，錐底中心設(shè)半徑為300mm的半球形聚污槽。

（3）儲(chǔ)罐選材。綜合考慮設(shè)計(jì)溫度、油品腐蝕性、力學(xué)性能、焊接性能、經(jīng)濟(jì)合理等，材料選用Q235-B。

2.基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)

（1）工程地質(zhì)概況：根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，地基土承載力特征值經(jīng)驗(yàn)值fak=500k Pa，穩(wěn)定性和適宜性好，可作為天然持力層，不需進(jìn)行地基處理。

（2）抗震設(shè)防：場(chǎng)地地震基本烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)計(jì)使用年限50年。

（3）綜上儲(chǔ)罐特點(diǎn)及場(chǎng)地條件，選用鋼筋混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)有：穩(wěn)定性好，安全性高，堅(jiān)固可靠；剛度大，可平衡不均勻沉降，減小罐壁的變形；出現(xiàn)不均勻沉降時(shí)，可通過(guò)調(diào)整環(huán)墻來(lái)平衡，有利于事故的處理；可將荷載均勻地傳遞到地基上；可保護(hù)內(nèi)部墊層不被泄漏的油品浸泡和沖洗,保持基礎(chǔ)穩(wěn)定性；提供平整堅(jiān)實(shí)的表面利于罐體安裝；有利于罐底下向錐形設(shè)計(jì)；抗地震性能好、有防潮防腐蝕作用、占地面積小等。

3.環(huán)墻基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)主要包括鋼筋混凝土環(huán)墻、瀝青砂絕緣層、墊層、泄漏孔、滲漏檢測(cè)管、環(huán)保防滲層及其他構(gòu)造部分。

（1）鋼筋混凝土環(huán)墻。本案鋼筋混凝土環(huán)墻內(nèi)徑為7575mm、外徑為7925mm、厚度為350mm，高度為2200mm；采用C40混凝土現(xiàn)澆而成。

（2）頂面瀝青砂絕緣層。主要用于防止?jié)駳?、化學(xué)物質(zhì)和雜散電流對(duì)儲(chǔ)罐底板的腐蝕作用。本案瀝青砂絕緣層厚度為100mm，壓實(shí)系數(shù)≥0.96，砂和石油瀝青重量配比為93:7；瀝青采用60#甲道路石油瀝青，中砂含水量不超過(guò)3%。

（3）墊層?；A(chǔ)墊層承受儲(chǔ)罐底部和上部油品80～90%靜壓力和地震沖擊力，并將這些作用力均勻傳遞到地基上，減小地基的不均勻沉降。本案采用中砂墊層，厚度為300mm，壓實(shí)系數(shù)≥0.96。

（4）泄漏孔?；炷镰h(huán)墻設(shè)置泄漏孔，當(dāng)儲(chǔ)罐底板滲漏時(shí)，漏油可該泄漏孔流出，便于檢查發(fā)現(xiàn)并及時(shí)采取應(yīng)急措施，避免重大損失。本案沿基礎(chǔ)周圍均勻設(shè)置4根泄漏孔，材質(zhì)為鍍鋅鋼管，直徑DN50，泄漏孔內(nèi)側(cè)收水口采用粒徑不小于30mm的卵石濾水，并以5%坡度坡向環(huán)墻外。

（5）滲漏檢測(cè)管。底板腐蝕是儲(chǔ)罐的主要隱患，因此應(yīng)定期檢測(cè)與評(píng)價(jià)底板的金屬結(jié)構(gòu)及腐蝕情況，采用開罐檢測(cè)底板的方法存在停工和清罐的局限性。本案在基礎(chǔ)內(nèi)均勻設(shè)置4根滲漏檢測(cè)（與泄漏孔交錯(cuò)布置），材質(zhì)為鍍鋅鋼管，直徑DN60，可在不停用儲(chǔ)罐的情況下在線檢測(cè)，提高儲(chǔ)罐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

（6）環(huán)保防滲層。環(huán)保防滲層可有效防止儲(chǔ)罐油品泄漏后的環(huán)境污染事故，一般采用HDPE防滲膜。HDPE防滲膜是一種以高密度聚乙烯樹脂為原料的防水阻隔材料，可有效阻隔泄漏的油品滲入地下土層、污染地下水源，具有防滲系數(shù)高、化學(xué)性能穩(wěn)定、抗老化性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、施工方便等特點(diǎn)。本案采用2mm厚HDPE防滲膜，敷設(shè)于設(shè)計(jì)地面-500mm處，四周沿環(huán)墻邊緣向上翻折600mm，并做倒角和好錨固處理。為防止HDPE膜受損破裂，HDPE膜敷設(shè)在兩層600g/m2長(zhǎng)絲機(jī)織土工布之間，土工布上下各鋪設(shè)一層厚度為100mm的細(xì)沙保護(hù)層。

（7）防腐涂料。為防止儲(chǔ)罐底板和基礎(chǔ)遭受腐蝕，應(yīng)進(jìn)行防腐處理。本案基礎(chǔ)墊層表面防護(hù)聚氨酯瀝青涂層，厚度為500um；設(shè)計(jì)地面以下部分環(huán)墻表面防護(hù)環(huán)氧瀝青、聚氨酯瀝青貼玻璃布，厚度為≥1mm。

（8）回填土層?；靥钔烈瞬捎灭ば酝?、天然砂配石，不得采用淤泥、耕土、膨脹土、凍土及含有機(jī)雜質(zhì)的土料。本案采用天然級(jí)砂配石回填，分層回填并夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)≥0.97。

本案環(huán)墻基礎(chǔ)豎向剖面圖如下：

圖1 環(huán)墻基礎(chǔ)豎向剖面圖

4.環(huán)墻基礎(chǔ)施工要點(diǎn)

影響基礎(chǔ)質(zhì)量的因素有很多，施工時(shí)應(yīng)關(guān)注如下要點(diǎn)：

（1）鋼筋、水泥、砂、石、土、HDPE膜、土工布等材料應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求、質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)范要求。

（2）土方開挖。開挖前清除地上、地下雜物，機(jī)械開挖應(yīng)預(yù)留100～300mm人工清理層，不得超挖。

（3）土方回填。回填前應(yīng)確定回填土含水率、虛鋪厚度和壓實(shí)遍數(shù)等，回填應(yīng)分層鋪攤夯實(shí)，完成后表面拉線找平。

（4）環(huán)墻基礎(chǔ)模板。為保證環(huán)墻外觀質(zhì)量，采用定制弧形鋼模，安裝前應(yīng)確定模板平面布置、縱橫龍骨規(guī)格、數(shù)量、尺寸及組裝形式等，安裝時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)圖拼裝、固定、水平儀校正，拆除時(shí)應(yīng)用撬棍輕輕撬動(dòng)模板，使模板離開墻體。

（5）混凝土澆筑。使用商品混凝土，攪拌車運(yùn)輸及泵送，人工振搗；采取自下而上分層澆筑，每層厚度500mm，循序漸進(jìn)，依次向上，直至完成，上層砼與下層砼之間接槎應(yīng)在初凝前完成，嚴(yán)禁形成施工冷縫，環(huán)墻表面一次抹平壓光；澆筑后12小時(shí)內(nèi)用中厚聚乙烯塑料布覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)，28天內(nèi)灑水濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。

（6）砂墊層。砂墊層是控制儲(chǔ)罐基礎(chǔ)不均勻沉降重要部分，施工關(guān)鍵是達(dá)到設(shè)計(jì)密實(shí)度。施工時(shí)應(yīng)分層鋪設(shè)平整，每層虛鋪厚度為200～250毫米，在最佳含水量狀態(tài)下逐層壓實(shí)，逐層質(zhì)量檢驗(yàn)，確保壓實(shí)系數(shù)達(dá)到0.96以上。

（7）瀝青砂絕緣層。應(yīng)分層分塊鋪設(shè)，每層厚度小于40m，上下層接縫錯(cuò)開距離大于500mm；鋪設(shè)溫度不低于140℃，并趁熱壓實(shí)、表面壓光，壓實(shí)系數(shù)達(dá)到0.95以上。

（8）HDPE防滲膜。施工前平整場(chǎng)地，然后逐層鋪設(shè)100mm細(xì)沙保護(hù)層、土工布、HDPE膜、土工布、100mm細(xì)沙保護(hù)層；防滲膜采用雙軌熱熔焊接，接縫搭接寬度不小于100mm；應(yīng)盡量拉緊鋪平，避免產(chǎn)生褶皺；鋪設(shè)完成后應(yīng)減少在膜面上行走、搬動(dòng)工具等，以免造成損傷。

（9）地基充水預(yù)壓。充水預(yù)壓是利用儲(chǔ)罐充水實(shí)驗(yàn)作為預(yù)壓荷載，使地基沉降在充水預(yù)壓期基本完成，使地基土空隙水排出并固結(jié)，加速抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)，提高承載力和穩(wěn)定性，達(dá)到設(shè)計(jì)荷載。充水預(yù)壓過(guò)程應(yīng)分級(jí)施壓，如果加載速率過(guò)快，地基強(qiáng)度增長(zhǎng)不能適應(yīng)地基剪應(yīng)力增長(zhǎng)，地基可能發(fā)生滑動(dòng)或破壞。本案儲(chǔ)罐充水不高于11.3m，一次充水到1/2罐高沉降觀測(cè)，當(dāng)沉降量小于5mm/d時(shí)，繼續(xù)充水到3/4罐高，沉降量仍小于5mm/d時(shí)，充水到最高液位，經(jīng)觀測(cè)沉降量無(wú)明顯變化即可放水，液位下降速度應(yīng)控制在不大于3m/d；如果在充水預(yù)壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)較大的不均勻沉降或沉降量大于5mm/d，應(yīng)立即停止，找出原因并處理。

結(jié)論

儲(chǔ)罐作為高價(jià)值的設(shè)備，建設(shè)投資巨大，儲(chǔ)存的油品具有高度危險(xiǎn)性，發(fā)生泄漏將可能造成嚴(yán)重的安全和環(huán)保事故。基礎(chǔ)是儲(chǔ)罐的重要組成部分，對(duì)儲(chǔ)罐的安全性和可靠度起到?jīng)Q定性作用，應(yīng)當(dāng)予以高度重視。

[1]GB50473-2008鋼制儲(chǔ)罐地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[2]SH/T3068-2007石油化工鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，國(guó)家發(fā)改委，2007.

[3]MH5008-2005民用機(jī)場(chǎng)供油工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范，中國(guó)民用航空局，2005.

[4]賈慶山：儲(chǔ)罐基礎(chǔ)工程手冊(cè)，中國(guó)石化出版社，2002.

[5]徐致鈞：大型儲(chǔ)罐基礎(chǔ)地基處理與工程實(shí)例，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.