低温储罐基础设计
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图２
３倍桩距时板厚与基础最大沉降关系
图３
３倍桩距时板厚与基础不均匀沉降关系
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图４
４．２倍桩距时板厚与基础最大沉降关系
图３
４．２倍桩距时板厚与基础不均匀沉降关系
与普通罐的桩基础布置一样，通常圆形筏板（承台）在直径较大的情况下，根据圆形板边缘自由无约 束、板中间受弯剪的受力特点，以及控制板边缘（外罐罐壁）沿周边变形的要求，桩的布置一般采用周边 环向（辐射状）布置、中间双向等距网格状布置的方式，见图６典型的桩位布置形式。 ４．３筏板（承台板）内力计算和配筋
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图６桩位平面布置图
图７承台板配筋与连接构造
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地基处理理论与实践（２００６）
４．４设计荷载 低温罐基础在设计时，通常根据ＵＢＣ或 ＥＵＲＯＣＯＤＥ规范，进行各种工况下的４５种荷载 组合。根据ＢＳ７７７７，主要工况条件一般应包括正 常荷载和非正常荷载两类，其组成为： （１）正常荷载：恒载（设备、构件等的自重）、各 种外加的活荷载（包括罐顶上的均布荷载，罐内负 压，基础沉降等）、罐内介质、风荷载、闭水和真空 试验和温度荷载等； （２）非正常荷载：地震荷载、爆炸冲击荷载、火
２５ｍｍ、长期荷载下５５ｒａｍ的要求作出规定。表ｌ列出了国内外标准中对罐基础沉降变形控制的不同限 值Ｃ２］。根据这一限值以及罐的荷载条件，天然地基远不能达到要求。
表１ｌ
国内外油罐基础沉降控制限值
５万立方低温氨罐就建造在上海化工区濒临杭州湾的滩涂上，１９９６年围海造地而成，场地覆盖有 ２＂～５ｍ厚的吹填土，场地地面相对较平坦，标高在３．２０～３．４９ｍ，地下水位埋深０．５ｍ。各土层按其成因 及地质特性分为１１层（包括亚层），有关各土层的物理力学指标见表２，为典型的软土地基。本地区场地 地震基本烈度（按评估报告）为７度，Ⅳ类场地土，１５ｍ以浅砂质粉土存在轻微地震液化。
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地基处理理论与实践（２００６）
而造成基础破坏，因此为消除这一不利因素，除了在罐底板与基础底板表面之间设置保温措施外，还必 须对罐基础采取防冻措施，通常的做法有两种，一是在基础底板内采用电或其他加热系统，即做成带有 循环加热系统的筏板式基础，另一种是采用将基础底板架空，通过架空形成的空气层将基础底板与地基 土分隔开。前者因加热系统成本较高，一般不常采用。在国内引进建造的大多数低温罐中，普遍采用了 架空筏板式基础形式。架空层的净高，一般除根据工艺管道和设备布置要求确定外，尚需根据罐内储存
介质温度的高低进行一定的温度传导计算后来确定。架空筏板式基础又可分为单筏板（承台）和双筏板
（承台）架空两种形式，在地质条件较好的情况下，一般可采用双筏板基础形式；但由于低温储罐对基础 沉降的要求相对较高，在大多数情况下，特别时地质条件较差的软土地基上，则多采用单筏板（承台）桩 基，有时也有采用双筏板（承台）桩基（见图１）。
如前所述，当采用单承台筏板基础形式时，桩直接支撑筏板，成为高桩承台（板）形式，设计时按高桩
承台进行设计计算，此时应注意桩的自身承载力和变形验算，以及桩与承台的连接计算假定和构造。当 采用双承台筏板基础形式时，桩与下承台板按普通筏板计算，上层筏板和支撑它的柱形成类似无梁楼盖 结构形式，而柱的布置原则上宜与基础桩的布置重合。 筏板的配筋与受力状态或计算假定应相一致，采用中间双向双层配置，板边缘采用辐射加环向配 置，沿板周边侧向增加卡箍式钢筋，将上下两层钢筋连接形成封闭，以减小板边的翘曲变形。图７为典型 的筏板配筋和与桩连接布置形式。
（ａ）双承台架空式
（ｂ）单承台架空式
图ｌ架空筏板式基础
３基础沉降限值与软土地基条件
由于低温罐的工艺管道连接和设备布置比较复杂，其安装使用要求和保温构造要求均非常严格，因
而控制基础变形的要求也比普通常温罐要高一些，特别是沿径向的平面倾斜，而对绝对沉降变形的限 值，虽然在有关规范标准中未作明确规定，但在具体工程技术文件中一般都按设备闭水试验工况下
表３水平承载力试桩结果
４罐基础设计
４．１储罐地基形式分析 软土地基由于其低承载力、高压缩性和高含水量等特性，因而在建造较大型的储罐（通常指直径 ３０ｍ、高度１４ｍ左右的ｌ万立方以上的油罐）时，一般均需对场地地基土进行处理后方能满足设计和使 用要求，但绝大多数处理方法都是围绕以不断排出土体中的自由水、降低孔隙水压力来获得强度与稳定 的增长来实现，实践证明，无论哪种方法，这些增长往往都是十分有限的，而要使软土的固结度达到 ８０％以上一般需要几个月甚至几年的时间，显然，以目前的地基处理方法均不能满足低温罐基础的设计 要求。
ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ
ｔａｎｋ）和全容器罐（ｆｕｌｌ
ｔａｎｋ）等三种罐体形式。单容器罐一般是有一个钢制内罐加上保温外壳组成，而双容器罐和
全容器罐则是由一个钢制内罐和一个钢制或采用混凝土（一般为预应力混凝土）制成的外罐组成，保温 设在内外罐壁之间，目前较多采用的是双容罐形式。此次从美国ＣＢＩ公司引进技术建造的５万立方低 温氨罐，采用的是全双钢壳的罐体形式，内罐直径４５．５ｍ，外罐直径４７．３ｍ，罐壁高度３４．５ｍ，介质高度 ３１ｍ，储存原料为液氨，温度为－－５０℃，基础沉降要求控制在２５ｍｍ范围，差异沉降小于１；５００。 在进行低温罐设计时，由于罐内低温介质的传导作用，使得地基土极易产生冻涨并使土体隆起，进
２低温罐及罐基础形式
国外对低温储罐本身的设计定义并无统一的标准。相对英国在这方面的技术标准［１］比较系统全面。
其标准《平底立式圆筒形低温储罐应用））（ＢＳ７７７７）根据不同的工艺要求和介质储存方式，将低温罐定义
为单容器罐（ｓｉｎｇｌｅ
ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ
ｔａｎｋ）、双容论与实践（２００６）
采用桩基础形式时，首先应在确定基础的基本形式（双筏还是单筏）后再进行桩的设计。这是因为双
筏形式由于下筏板一般为埋置式，桩的设计属低桩承台，此时可按普通桩筏基础形式设计，上下两层筏 板之间用钢筋混凝土短柱连接；而单筏形式时，桩的设计应按高桩承台桩基进行设计，因而在选择桩型， 确定桩数，承载力验算和变形计算等方面与普通桩基就不尽相同，主要特点在于： （１）所选桩型应考虑到地面施工的可能性。采用预制桩时，应尽量选用便于调节桩长、强度高、连接 性能可靠的桩型。采用灌注桩时，由于伸出地面段部分施工比较麻烦，通常需要采用分段施工，地面上下 两段桩通过设置一单桩承台进行分段施工搭接连接，既解决了桩水平定位偏差问题，又解决了桩基分段 施工的问题，但此时出地面段的桩在计算模型中不能按钢筋混凝土短柱设计。 （２）按承载力确定桩数时，不单由竖向承载力来确定，而是较多地考虑水平承载力的影响。由于要控 制变形，所以桩端持力层往往选择在比较坚硬密实的粉砂层或砂层，单桩承载力较高，由此确定的桩数 就较少，此时水平承载力往往起控制作用。 （３）桩的承载力验算时，应按高桩承台桩基设计，特别是要考虑桩的压屈影响ｒ引。 根据这些特点，５万氨罐在确定桩型时，优先考虑采用预制ＰＨＣ桩，这种桩型的最大特点在于工厂 化制作，质量可靠，由于采用高强混凝土并配以预应力钢筋，桩身承载力高，可锤性好，易于穿透硬土层， 挤土效应小，接桩方便，特别是其桩长可根据场地施打情况进行调整，相比预制方桩、钻孔灌注桩等桩 型，其优点十分明显，是理想的桩型。 ４．２低温罐基础选型 架空式桩筏基础采用单筏板还是双筏板，主要取决于场地地质条件和工艺设计条件。筏板架空的目 的，除了防止低温对地基土的影响外，有时还要满足工艺布置上的某些要求，如根据罐内储存低温介质 的不同，需要在架空部位布置一定的管道和设备基础等。 单筏板基础由于直接与油罐底板接触和桩顶的连接而悬空于地基土上，筏板仅承受罐的荷载作用 和桩顶反力作用，这使得这块筏板不仅是罐体本身所需的一个筏板基础，同时又是桩基的一个承台，因 而使得这块筏板既要有一定的刚度来调节罐底板以及桩基础所产生的局部和整体两种形式的变形，又 要能满足桩基对承台的抗冲切要求，所以往往需要较大的板厚才能满足这些要求。另外，由于筏板架空， 浅层土对筏板不产生任何影响，只要浅（表）层土具有满足筏板支模的强度即可。 双筏板基础具有两方面的特点，一是上下两筏板之问通过短柱相连，形成空间作用，大大提高了罐 基础的整体刚性，可以有效调节基础变形；一是由于下面的筏板直接接触地基土，在土层条件较好的情 况下可以承担相当部分的上部荷载，从而减少桩数量，达到桩土共同作用，这种形式适用于地基条件较 好的场地，且多用于浅基础形式。 此次５万立方低温罐，考虑到所在场地地质条件属软土地基，浅层土相对较差，因此，决定采用单筏 板（承台）基础形式，桩基持力层为⑦。层，为减小穿越深厚粉土层的沉桩难度，在考虑了桩的持力层、单 桩承载力、变形和筏板抗冲切等因素后，对于架空单承台筏板基础，重点分析了桩的间距和板的厚度这 两个参数对基础中心最大沉降和调节径向不均匀沉降的影响。图２至图５分别为不同桩距时基础不均 匀沉降和沉降与板厚的相互关系。 从图２至图５可以清楚地看到，随着板厚的增加，基础的最大沉降值也增加，不均匀沉降减小，说明板 的厚度对调节不均匀沉降有较大的作用；而在板厚达到一定程度后，最大沉降的增加趋于平缓，说明板厚 对沉降的调节影响显著增加；同样地，桩距较小，沉降和不均匀沉降均较小，群桩作用效应明显，桩距较大， 则沉降和不均匀沉降亦较大，单桩作用效应明显，此时板的调节作用更为明显；这与常规桩基工作机理基 本一致。但图中反映出在较大桩距时，当板厚在０．８～１．０ｍ范围内，最大沉降和不均匀沉降出现一个平台 区段，说明在一定的荷载与地基场地条件下，应该存在一个相对经济合理的板厚与桩距布置关系。
低温储罐基础设计
何国富
（中国石化集团上海工程有限公司，上海２００１２０）
摘要：大型低温储罐有着较高储存效率和良好经济特性，但由于我国目前缺乏低温储罐工艺设计相应的系 列规范标准，包括土建基础设计、施工的相关规范标准，石化行业绝大部分的低温储罐成套技术都从国外引 进，国内设计单位大多进行工艺设计的转化工作，而土建专业的基础设计工作则国内外双方相对合作要深入 得多。本文以作者参与设计的上海赛科９０万吨乙烯工程中的某一低温储罐工程为例，分析介绍了在软土地基 上建设大型低温储罐时，结合场地工程地质条件，进行了基础方案的比较，探讨了低温储罐基础工程设计中的 一些问题。 关键词：低温罐Ｉ架空筏板式基础；桩基础；荷载组合；沉降变形