某原油儲罐地基處理設計方案研究

孫巖 溫志文

【摘要】本文在對油罐區(qū)各地層情況進行分析了解的基礎上，通過對各地基處理方法進行綜合比選，最終確定采用CFG樁復合地基進行地基處理，并且結合場地實際情況，研究地基處理的設計方法和流程，以供參考。

【關鍵詞】CFG樁復合地基;地基處理;設計方案

1、工程概況

終端處理廠工程技術改造項目計劃在終端新增1個五萬方浮頂式原油儲罐，該場地于1997及2013年先后進行了巖土工程勘察，勘察成果顯示，新增原油儲罐場地的天然地基承載力及變形均不能滿足設計要求，需對其進行地基處理。該場區(qū)地質情況依次為：壓實粉質粘土-粘土-粉質粘土-強風化玄武巖-中風化玄武巖-粉質粘土

新增的原油儲罐為立式圓筒型浮頂儲罐。儲罐內直徑60000mm，罐體高度19m，液面設計高度17.7m，介質為原油，實驗重量為51500t（實驗壓力為沖水液柱），干重1500t，操作重41500t，設計溫度50°C，設計風壓1.02kPa，設防地震烈度8度。

新增原油儲罐地基處理設計的技術要求如下：

（1） 平面傾斜（任意直徑方向）沉降差小于0.004Dt;

（2） 非平面傾斜（罐周邊不均勻沉降）沉降允許值△s/l≤0.0025;

（3） 處理后，地基的承載力不小于280kPa。

2、新增原油儲罐地基處理方案選擇

通過綜合分析各階段勘察的成果，該場地的工程地質條件較復雜。針對此類地質條件，有必要對多種地基處理方案進行分析，確定一個技術可靠、經(jīng)濟合理的處理方案。

當前，我國已建成的大型油罐的地基處理方法有：樁基礎（鉆孔灌注樁、預制樁及夯擴樁等）、柔性樁復合地基、半剛性復合地基、剛性樁復合地基等。對于本工程分析如下：

2.1樁基礎

通常情況下，使用樁基礎易滿足承載力要求，沉降和不均勻沉降小，施工周期短，但比較厚樁帽板，加強能力，高的總成本。若采用預制樁方案，局部樁身要穿越強風化甚至中-微風化玄武巖，沉樁有一定困難。若采用灌注樁方案，對不同樁長的基樁均易施工。但灌注樁施工將會有大量泥漿排放，對周邊環(huán)境有不利影響。

2.2柔性樁復合地基

柔性復合地基指的是無需周圍土圍箍即能自立的、強度較小的樁，如先用碎石樁或砂樁對天然地基進行處理或在地基深處利用固化劑（水泥、石灰）與軟土攪拌成樁，增強地基承載力，滿足油罐充水前對地基承載力的要求。在油罐安裝后對其進行充水預壓，使地基土強度逐漸增長的方法。這種方法對軟土地區(qū)處理是有效的，但工期較長，并且由勘察報告可知本場地不適于采用該方法。

2.3半剛性樁復合地基

半剛性樁復合地基處理法主要包括灰土樁、石灰樁、深層攪拌樁和夯實水泥土樁等。通常情況下，地基處理后，承載力和沉降容易滿足油罐使用荷載的要求。這種地基處理方法綜合造價低，工期短。但這種處理方法處理的深度有限，最大處理深度20.0m，因此不能滿足本場地對地基變形的要求。

2.4剛性樁復合地基

水泥粉煤灰碎石樁（CFG）樁復合地基和素混凝土灌注樁均屬于剛性樁復合地基。該方法具有價格適中、施工工期短、污染小等優(yōu)點，并且上部的褥墊層對抗震有利，相對于柔性樁復合地基，沉降和不均勻沉降較小，是油罐地基處理的一種好方法。

綜合以上分析，認為該場地較適宜的處理方法應采用CFG樁復合地基。

3、新增原油儲罐CFG樁復合地基處理設計說明

3.1CFG復合地基承載力驗算

根據(jù)新增原油儲罐及其鋼筋混凝土環(huán)墻基礎設計參數(shù)，環(huán)墻外直徑為60.54m，環(huán)墻高度為2.00m，環(huán)墻及其內填料重度取20.0kN/m3， 油罐的實驗重量為51500t。

罐基礎底面處的平均壓力設計值pk計算如下：

A=3.14159×60.542/4=2878.55m2，F(xiàn)k=515000kN，Gk=2878.55×2.00×20.0=1

15142 kN。

pk=（515000+115142）/2878.55=218.9kPa

若按罐內徑60000mm，液面設計高度17.7m，油罐自重1500t，假設水面高度到達液面設計高度17.7m，水重度取10.0 kN/m3，經(jīng)計算pk=219.1 kPa。

如果考慮荷載作用下地面沉降而預抬高部分墊層自重，抬高按1.2m，墊層重度按20.0kN/m3計，墊層在罐基礎底面產生的壓力為1.2×20=24 kPa。對應上述二種情況下的pk值分別為242.9 kPa及243.1 kPa。本次pk按243kPa設計計算。

按照新增原油儲罐地基處理設計技術要求，經(jīng)處理后復合地基承載力特征值fspk≥280kPa。

根據(jù)地質勘察報告，原油儲罐場地勘探孔K1～K8孔及J1～J9孔的孔口高程范圍為30.07～30.34m，平均高程為30.18m。γm=18.5 kN/m3。d=天然地面高程-（罐區(qū)的設計地面高程-D）=30.18-（30.82-1.20）=0.56m。fspa=280+1.0×18.5×（0.56-0.5）=281.1kPa，

因此，處理后地基承載力滿足要求。

3.2CFG樁復合地基設計計算分析

相關設計參數(shù)擬定為：樁身混凝土強度等級 c20，樁徑500mm，樁間距1.5m，按正方形布樁。復合地基承載力特征值fspk不小于280kPa。樁長及單樁承載力特征值Ra設計值為800kN;

由于上述CFG樁復合地基相關設計參數(shù)是在滿足CFG樁土復合地基承載力特征值fspk不小于280kPa的條件下進行下設計計算的，處理后復合地基的承載力不小于280kPa。

油罐地基沉降最大沉降量為S=136mm。平面傾斜（沿油罐任意直徑方向）：沉降差最大值為△S=80mm。非平面傾斜（罐周邊不均勻沉降）：沉降差△s（mm）為0～57mm，非平面傾斜為0～0.0021。

綜合上述分析，新增原油儲罐（D=60m）地基采用CFG樁復合地基方法進行處理后，滿足技術要求。

4、結論和建議

本文通過幾類地基處理方案進行分析，并結合場地實際地質條件對各種方案進行比選，采用CFG樁復合地基處理方法是可行的。且通過本文對該種類型地基處理的研究，為將來類似工程做出了指導和參考。

參考文獻：

[1]徐至鈞，許朝銓，沈珠江.《大型儲罐基礎設計與地基處理》，編著，中國石化出版社，1999-11-01