论文部分内容阅读
摘要：简述油罐的设计，详述油罐基础型式的选择原则，针对钢筋混凝土筏板基础的设计进行详细论述。
关键词：埋地卧式油罐 基础 抗浮 冲切
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
埋地臥式油罐经常用来储存汽油、柴油、煤油等燃料，也可以用来收集污油，由于地表层对其有一定的防护能力和减少油料蒸发的作用，被广泛应用于油库、加油站等工程，同地上普通卧式罐相比，具有施工便捷、防火防爆能力好、对消防设备要求低、节省土地资源、工程造价低等优点。但由于埋地卧式油罐在地下要承受覆土的压力、地下水的浮力以及土壤腐蚀等不利因素的影响，因此在设计过程中，除了要对埋地卧式油罐进行承载力计算外，还要进行稳定性计算和抗浮验算，同时要考虑到相关的防护措施。
1．油罐结构和材料的选择
由于埋地卧式油罐埋置在地下，具有渗漏不易发现、维修不便等缺点，因此在设计埋地卧式油罐时要尽量减少罐体上的焊接接管。对各种焊接接头的检测要遵循《承压容器无损检测(JB／T4730—2005)》相关规定要求，进行射线检测，达到Ⅲ级合格。
埋地卧式油罐的材料选择，要考虑以下因素：①设计温度；②设计压力；③所储存介质的性质；④耐腐蚀性能；⑤容器材料的力学性能，如强度、刚度、韧性、耐疲劳性能等；⑥高温和低温对容器材料力学性能的影响等。例如对于埋在冻土中的埋地卧式油罐，钢板的允许使用温度应适合当地的温度条件。
由于一般根据实际使用情况选购成品油罐，在此不对油罐罐体的设计进行详细论述。
2. 基础的型式及选用
由于我国地质结构复杂多样，针对不同的地质结构以及各地的特殊要求应采用不同的基础做法。各种做法都是为了保证储油罐不会产生不均匀沉降，满足使用要求。通常的做法有砂垫层基础、钢筋混凝土筏板基础以及钢筋混凝土罐池基础。
（1）砂垫层基础
当地下水位不高，土壤含水量不大，比较干燥，且土质坚实时，可在基槽开挖后，直接将槽底整平并夯实后，铺上200～300mm的中（粗）砂垫层（垫层长度和宽度应比埋地卧式油罐外缘每边扩大500mm左右），再进行吊装安置油罐，然后自垫层顶沿罐壁四周铺上D/4（D为油罐外径）高度的中（粗）砂，最后回填素土并夯实至设计地坪。如附图一所示。
（2）钢筋混凝土筏板基础
当土质松软且地下水位又较高时，可以采用钢筋混凝土筏板基础，油罐直接放置在筏板上，钢筋混凝土筏板的厚度一般由抗浮设计和构造要求控制，要充分考虑油罐处于放空状态下由于地下水位较高而引起的油罐上浮，拉断连接管线，需用扁钢将油罐固定在筏板上，扁钢下部与筏板预埋螺栓连接，将油罐牢固地固定在基础上，扁钢布置在油罐的加强环处。筏板顶面填砂等做法与砂垫层基础做法相同。如附图二所示。
（3）钢筋混凝土罐池基础
当拟建场区用地紧张或受安装、安全等因素制约，埋地卧式油罐无法埋置于绿化带等区域，油罐上部可能有通行车辆以及当地环保部门有要求时采用此种基础型式。其做法与钢筋混凝土筏板基础基本相同，主要是增加了钢筋混凝土侧壁和顶板，并且罐池内部为全部填砂。如附图三所示。
2．地基与基础设计
由于钢筋混凝土筏板基础应用广泛，极具代表性，在此对其设计进行详细论述。
（1）承载力计算
由于油罐与油罐内装满液体后的总重小于所挖除的土的容重，所以其对承载力要求不高，一般情况下，只要基底无淤泥或处于自重湿陷性黄土区域基本满足承载力要求。
（2）抗浮验算
如果埋地罐全部或局部埋入最高地下水位以下，就要进行抗浮验算。为了保证其在空罐的情况下，不被地下水浮起，必须满足下列不等式：
G1+G2≥K•γω•Vω
G2=γ2•（B•L•H-V1）
式中，G1为罐体总重，由相关专业提供；G2为筏板上部覆土总重；γ2为覆土容重；B为筏板宽度；L为筏板长度；H为筏板底面至地坪高度；V1为油罐体积，由相关专业提供；K为安全系数，一般取1．2～1．5；γω为水的容重；Vω为钢筋混凝土筏板与油罐埋入地下部分的体积。
那么，当h≥r时
当h≤r时
其中，V0为钢筋混凝土筏板的体积；h为地下水液面到卧罐底部的垂直距离；r为油罐半径，L1为油罐长度。如果油罐自重和土压之和不能满足不等式，就说明油罐将可能被地下水浮起，此时应加大筏板面积或厚度，甚至于在筏板底板设置抗拔锚杆。在埋地油罐的设计中，抗浮计算是非常重要的一个环节，只有充分重视埋地罐的抗浮设计，才能有效防止由于罐体上浮造成的安全事故发生。
（3）抗冲切验算
油罐底部的钢鞍座对筏板的冲切按下式计算：
Fl≤0.7•βh•ft•η•um•h0
式中，Fl为局部荷载设计值，βh为截面高度影响系数，ft为混凝土轴心抗拉强度设计值，η为η1与η2的较小值（η1为局部荷载作用面积形状的影响系数，η2为计算截面周长与板截面有效高度之比的影响系数），um为计算截面的周长，h0为筏板截面有效高度。
（4）防腐蚀措施
由于我国各地区的水文地质条件复杂多变，当拟建场区存在腐蚀性时应按照《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）采取相应的防腐蚀措施。
3．安装及施工注意事项
埋地卧式油罐安装方法很多种，最常用的是在罐体上设计两个鞍座，鞍座与筏板固定。另外，还应注意以下几点：①为防止地下水的侵蚀和微生物的破坏，防腐涂层必须具有良好的电绝缘性、化学稳定性、耐热性能等，具体按有关规范标准进行最终检查和验收；②埋地式油罐的罐顶应设置吊耳，以便吊装和运输；③罐坑必须夯实，在钢筋混凝土筏板施工完毕，罐体安装好后，在其周围回填一定高度的中（粗）砂，然后再覆土，回填砂（中、粗砂）及回填土需分层回填夯实，其压实系数应≥0.94，罐体上部覆土不得大力夯填，应轻轻拍实；④防止油罐上浮的钢绑带要采取与油罐同级别的防腐措施；⑤施工时一定要做好排水降水，一避免施工中油罐未固定前发生油罐漂浮问题；⑥罐坑要有一定的坡度，一般不小于0．5％，安装时出油管侧应偏低。
参考文献：
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
《石油库设计规范》GB50074-2002
《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002
关键词：埋地卧式油罐 基础 抗浮 冲切
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
埋地臥式油罐经常用来储存汽油、柴油、煤油等燃料，也可以用来收集污油，由于地表层对其有一定的防护能力和减少油料蒸发的作用，被广泛应用于油库、加油站等工程，同地上普通卧式罐相比，具有施工便捷、防火防爆能力好、对消防设备要求低、节省土地资源、工程造价低等优点。但由于埋地卧式油罐在地下要承受覆土的压力、地下水的浮力以及土壤腐蚀等不利因素的影响，因此在设计过程中，除了要对埋地卧式油罐进行承载力计算外，还要进行稳定性计算和抗浮验算，同时要考虑到相关的防护措施。
1．油罐结构和材料的选择
由于埋地卧式油罐埋置在地下，具有渗漏不易发现、维修不便等缺点，因此在设计埋地卧式油罐时要尽量减少罐体上的焊接接管。对各种焊接接头的检测要遵循《承压容器无损检测(JB／T4730—2005)》相关规定要求，进行射线检测，达到Ⅲ级合格。
埋地卧式油罐的材料选择，要考虑以下因素：①设计温度；②设计压力；③所储存介质的性质；④耐腐蚀性能；⑤容器材料的力学性能，如强度、刚度、韧性、耐疲劳性能等；⑥高温和低温对容器材料力学性能的影响等。例如对于埋在冻土中的埋地卧式油罐，钢板的允许使用温度应适合当地的温度条件。
由于一般根据实际使用情况选购成品油罐，在此不对油罐罐体的设计进行详细论述。
2. 基础的型式及选用
由于我国地质结构复杂多样，针对不同的地质结构以及各地的特殊要求应采用不同的基础做法。各种做法都是为了保证储油罐不会产生不均匀沉降，满足使用要求。通常的做法有砂垫层基础、钢筋混凝土筏板基础以及钢筋混凝土罐池基础。
（1）砂垫层基础
当地下水位不高，土壤含水量不大，比较干燥，且土质坚实时，可在基槽开挖后，直接将槽底整平并夯实后，铺上200～300mm的中（粗）砂垫层（垫层长度和宽度应比埋地卧式油罐外缘每边扩大500mm左右），再进行吊装安置油罐，然后自垫层顶沿罐壁四周铺上D/4（D为油罐外径）高度的中（粗）砂，最后回填素土并夯实至设计地坪。如附图一所示。
（2）钢筋混凝土筏板基础
当土质松软且地下水位又较高时，可以采用钢筋混凝土筏板基础，油罐直接放置在筏板上，钢筋混凝土筏板的厚度一般由抗浮设计和构造要求控制，要充分考虑油罐处于放空状态下由于地下水位较高而引起的油罐上浮，拉断连接管线，需用扁钢将油罐固定在筏板上，扁钢下部与筏板预埋螺栓连接，将油罐牢固地固定在基础上，扁钢布置在油罐的加强环处。筏板顶面填砂等做法与砂垫层基础做法相同。如附图二所示。
（3）钢筋混凝土罐池基础
当拟建场区用地紧张或受安装、安全等因素制约，埋地卧式油罐无法埋置于绿化带等区域，油罐上部可能有通行车辆以及当地环保部门有要求时采用此种基础型式。其做法与钢筋混凝土筏板基础基本相同，主要是增加了钢筋混凝土侧壁和顶板，并且罐池内部为全部填砂。如附图三所示。
2．地基与基础设计
由于钢筋混凝土筏板基础应用广泛，极具代表性，在此对其设计进行详细论述。
（1）承载力计算
由于油罐与油罐内装满液体后的总重小于所挖除的土的容重，所以其对承载力要求不高，一般情况下，只要基底无淤泥或处于自重湿陷性黄土区域基本满足承载力要求。
（2）抗浮验算
如果埋地罐全部或局部埋入最高地下水位以下，就要进行抗浮验算。为了保证其在空罐的情况下，不被地下水浮起，必须满足下列不等式：
G1+G2≥K•γω•Vω
G2=γ2•（B•L•H-V1）
式中，G1为罐体总重，由相关专业提供；G2为筏板上部覆土总重；γ2为覆土容重；B为筏板宽度；L为筏板长度；H为筏板底面至地坪高度；V1为油罐体积，由相关专业提供；K为安全系数，一般取1．2～1．5；γω为水的容重；Vω为钢筋混凝土筏板与油罐埋入地下部分的体积。
那么，当h≥r时
当h≤r时
其中，V0为钢筋混凝土筏板的体积；h为地下水液面到卧罐底部的垂直距离；r为油罐半径，L1为油罐长度。如果油罐自重和土压之和不能满足不等式，就说明油罐将可能被地下水浮起，此时应加大筏板面积或厚度，甚至于在筏板底板设置抗拔锚杆。在埋地油罐的设计中，抗浮计算是非常重要的一个环节，只有充分重视埋地罐的抗浮设计，才能有效防止由于罐体上浮造成的安全事故发生。
（3）抗冲切验算
油罐底部的钢鞍座对筏板的冲切按下式计算：
Fl≤0.7•βh•ft•η•um•h0
式中，Fl为局部荷载设计值，βh为截面高度影响系数，ft为混凝土轴心抗拉强度设计值，η为η1与η2的较小值（η1为局部荷载作用面积形状的影响系数，η2为计算截面周长与板截面有效高度之比的影响系数），um为计算截面的周长，h0为筏板截面有效高度。
（4）防腐蚀措施
由于我国各地区的水文地质条件复杂多变，当拟建场区存在腐蚀性时应按照《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）采取相应的防腐蚀措施。
3．安装及施工注意事项
埋地卧式油罐安装方法很多种，最常用的是在罐体上设计两个鞍座，鞍座与筏板固定。另外，还应注意以下几点：①为防止地下水的侵蚀和微生物的破坏，防腐涂层必须具有良好的电绝缘性、化学稳定性、耐热性能等，具体按有关规范标准进行最终检查和验收；②埋地式油罐的罐顶应设置吊耳，以便吊装和运输；③罐坑必须夯实，在钢筋混凝土筏板施工完毕，罐体安装好后，在其周围回填一定高度的中（粗）砂，然后再覆土，回填砂（中、粗砂）及回填土需分层回填夯实，其压实系数应≥0.94，罐体上部覆土不得大力夯填，应轻轻拍实；④防止油罐上浮的钢绑带要采取与油罐同级别的防腐措施；⑤施工时一定要做好排水降水，一避免施工中油罐未固定前发生油罐漂浮问题；⑥罐坑要有一定的坡度，一般不小于0．5％，安装时出油管侧应偏低。
参考文献：
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
《石油库设计规范》GB50074-2002
《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002