北京兴杰恒业石油化工技术有限公司 北京市朝阳区 100020
摘要：钢储罐主要用于存储原油、中间产品及成品油等石油化工行业中的产品，其所作用的荷载强度大、分布面积大。钢制储罐基础的设计是石油化工行业构筑物设计中的重要内容，并且储罐基础是保证储罐正常投入使用、安全生产的关键环节。对于大型储罐而言，环墙式储罐基础是应用较多的一种基础形式。
关键词：基础选型；环墙设计；构造措施；防渗措施
本文主要介绍的环墙式基础是目前国内应用最多的一种钢储罐基础形式，以期给以后的工程提供一定的参考。
一、工程概况
此次以实际工程项目中某一3000立方米内浮顶钢储裂解汽油罐基础的设计为例进行分析。工程地处广东省惠州市大亚湾石化区。
1、储油罐参数
油罐为3000 m3内浮顶裂解汽油罐，罐壁内径15 m，罐壁高度17.82 m，罐底板直径15.15 m，罐体自重900 kN，充水水重31540 kN，罐底层壁厚12 mm。罐内介质温度65ºС。
2、地质条件
1）场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05 g，设计地震分组为第一组，场地特征周期为0.35 s。
2）本单体坐落在能级为8000 kN·m的强夯区，有效加固深度约6~9 m，地基承载力特征值为220 kPa。强夯层下层土为中粗砂层，地基承载力特征值为230 kPa。中粗砂层以下为卵砾石土层，地基承载力特征值为460 kPa。
3）场地土标准冻结深度小于0.3 m。
二、环墙基础设计
1、地震作用、风荷载作用
根据规范[1]，不设置地脚螺栓的非桩基储罐基础可只需符合相应的抗震措施要求，不再进行抗震验算；不设置锚固螺栓的储罐基础，风荷载作用可不考虑。
2、环墙厚度
在设计中需要达到一个目标是使环强底压强与环墙内同一水平地基土压强相等，因此采用规范[2]如下环墙厚度计算公式以达到此目标：
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（3－1）
其中，
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（gk为罐壁底端传至环墙顶端的线分布荷载标准值）
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(γL为罐内使用阶段存储介质的重度)，
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(hL为环墙顶面至罐内最高储液面高度)，
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(γC为环墙的重度)，
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(γm为环墙内各垫层的平均重度)，
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（β为罐壁伸入环墙顶面宽度系数），
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（基础埋深0.8 m，基础高出地面1.057 m），
则环墙厚度为：
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取
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。
3、地基承载力验算
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Gk为基础自重和基础上的土重，
Fk为上部结构传给基础顶面的竖向力，
A为罐基础底面面积，
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因此满足要求。
4、环墙环向力计算
由于储罐内介质荷载直接传递到环墙内压实填土层上，该垂直荷载的侧向作用力转化为环墙的拉力。根据规范[2]，环墙单位高环向力设计值如下：
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（3－2）
γQW、γQm分别为水、环墙内各层自重分项系数，γQW取1.1，γQm取1.0；
γW、γm分别为水的重度、环墙内各层的平均重度，γm取9.8，γW取18.0；
hW、h分别为环墙顶面至罐内最高储水面高度、环墙高度；
K为侧向压力系数，一般地基取0.33，软土地基取0.5；
R为环墙中心线半径；
因此，
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5、环墙配筋
（1）环向受力钢筋
单位高度环向钢筋的截面面积为：
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（3－3）
则环墙1.857m高度全截面配筋为
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。
根据规范[2]，环向受力钢筋的截面最小总配筋率，不应小于0.4%。
则
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。
故环墙每侧计算配筋为2879.23/2=1395 mm2。
取环墙每侧实际配筋：1214，
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。且根据规范[1]，环墙顶端和底端宜各增加两圈附加环向钢筋，其直径为14 mm。
（2）竖向构造钢筋
根据规范[2]，取环墙每侧竖向构造钢筋的最小配筋率为0.2%且竖向钢筋其上下两端为封闭式。
则每延米每侧最小配筋为
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。
环墙每侧实配竖向钢筋取：14@150。
6、地基变形计算
根据规范[1]，本单体地基基础的设计等级为丙级，地基土均匀且无软弱下卧层，因此可不做地基变形计算。
三、其它构造措施及材料要求
根据规范[2]，本单体采用的其它构造措施及对材料的要求如下：
1）因储罐地基承载力及变形能满足要求，罐基础自顶面中心向周边取15‰的坡度。
2）罐基础顶面设置厚度为100 mm的沥青砂绝缘层。其主要作用包括防止潮气和砂石土垫层中的有害化学物质等对罐底板的腐蚀。其采用中砂配置且含泥量不能超过5%。因罐内介质温度为65ºС低于80ºС，可采用60号甲、乙道路石油沥青，或30号甲、乙建筑石油沥青。石油沥青与中砂按93：7的重量配比。
3）沥青砂绝缘层下为300 mm厚中粗砂垫层。其作用是减少沥青绝缘层的透水性。中粗砂垫层采用质地坚硬的中砂和粗砂，也可以采用粒径不超过20 mm的砂石混合料，含泥量不得超过5%，不得含有植物根茎等有机杂质。
4）环墙顶面在罐壁向内20 mm处做成1：2的坡度。储罐底板周边作防止雨水渗入的封口。
5）沿环墙周均匀设置4个孔径为50 mm PE管材质的泄漏孔，间距约为10.5 m，其进口处孔底与砂垫层底标高相同，以5%的坡度坡向环墙外侧。泄漏孔进口处设置粒径为20 mm~40 mm的卵石反滤层和钢筋滤网，出口高于设计地面。
6）钢筋混凝土环墙顶面，设置厚度为50 mm厚C30细石混凝土找平层。
7）钢筋混凝土环墙留防止裂缝的宽度为900 mm~1000 mm后浇带，在保证钢筋连续的原则下分段浇灌，后浇带采用提高一个强度等级的微膨胀混凝土浇灌并捣实。
8）此3000立罐环墙基础设8个沉降观测点进行沉降观测，沉降观测点宜采用Φ20 mm的钢筋直埋且沿环墙周边均匀布置。在罐基础施工完成后及油罐试水前、充水过程中、充满水稳压阶段和放水后等全过程的各个时段应做好观测记录, 基础沿任意直径方向的差异沉降不得超过0.007D（D为储罐底圈内直径），沿环梁周边10米弧长内不均匀沉降量25 mm。
9）根据规范[3]本工程属于重点污染防治区类别，故环墙应采用抗渗混凝土，抗渗等级为P8，环墙内垫层与素填土夯实层之间采用二布一膜的防渗措施，即2 mm厚高密度聚乙烯即HDPE土工膜，要求渗透系数≤1.0x10-12 cm/s，膜上下铺600 g/m2长丝无纺土工布。
根据以上计算及构造措施，本工程环墙基础剖面图如图4-1所示：
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图4-1 罐基础剖面图
四、设计思考和建议
1）本次在计算罐壁底端传给环墙的线分布荷载标准值时，采用的是罐体自重，其取值应根据储罐类型和实际受力情况分析进行计算。当储罐为浮顶罐时，应取包含保温层重量的储罐重量；当为固定顶罐（含内浮顶罐）时，应取包含保温层重量的罐壁和罐顶重量。
2）根据前面3-1环墙厚度计算公式，降低储罐重量，增加罐内介质重度，增加介质高度，减小环墙高度都有助于减小环墙厚度。故罐内介质重度越轻，高度越小，环墙厚度越大，并不是凭感觉认为介质重度越重，介质高度越高，环墙厚度越大。
3）根据规范[2]，罐壁伸入环墙顶面宽度系数β值可取0.4~0.6，宜取0.5。当环墙计算厚度比较大，不符合实际工程经验厚度时，可利用环墙经验厚度反算β值进行适当调整。
4）结合工程实际，存在不少因为甲方的投资、进度要求，将后浇带改为膨胀加强带的情况。环墙基础设置后浇带，主要是为了克服因温差和混凝土收缩产生的有害裂缝而设置的变形缝。而膨胀加强带是在带内混凝土中掺加适量膨胀剂，提高混凝土的膨胀率，并通过钢筋和临位混凝土的约束产生一定的预压应力，从而达到消除该部位混凝土内的拉应力，避免开裂破坏的目的。两者作用差不多，且膨胀加强带有构造简单，施工方便，周期短；材料用量较少，易于控制工程造价，经济性好的这些非常有利优点，可供以后的设计参考。
结论：储罐基础设计是使储罐投入正常使用、安全生产的关键环节。因此，在储罐基础设计中应综合考虑各方面因素如：确定基础选型，确定荷载取值，通过经验与计算结果相结合而合理选择基础截面尺寸，考虑有无地震影响，有软弱下卧层时的沉降计算，是否满足构造措施及各垫层等材料要求，罐基础是否需要采取隔热措施，是否做好有利于环境保护的防渗措施等。并总结经验，优化设计，力求做到合理利用新技术新材料、安全可靠、经济合理、施工方便。
参考文献：
[1] GB50473-2008《钢制储罐地基基础设计规范》[S]
[2] SH/T 3068-2007《石油化工钢储罐地基与基础设计规范》[S]
[3] GB/T 50934-2013《石油化工工程防渗技术规范》[S]