浅谈航煤储罐基础的设计与施工

2022-09-11

引言

储罐基础对储罐整体的安全性和可靠度起到决定性作用, 对于大中型航煤储罐, 一般采用钢筋混凝土环墙基础, 它不仅能为储罐提供稳定安全的基础结构和平整坚实的安装平面, 还有利于罐底下向锥形设计。本文以民航某机场油库2000m3航煤储罐为例, 简要阐述储罐基础的技术要求、型式、选型及设计与施工要点, 提出采用渗漏检测管、HDPE环保防渗层等理念。

一、储罐基础型式

储罐基础是指将罐体及罐内油品重量传递到地基持力层的结构组成部分, 基础型式通常有护坡式、外环墙式、环墙式、桩基等。

1.护坡式基础是由罐壁外的混凝土护坡或碎石护坡和护坡内的回填土层、垫层、沥青砂绝缘层等组成。特点是罐壁底部直接坐落在碎石垫层上, 碎石垫层直接承担储罐竖向压力。

2.外环墙式基础是由罐壁外的钢筋混凝土环墙和环墙内的回填土层、垫层、沥青砂绝缘层等组成。特点是罐壁底部直接坐落在碎石垫层上, 碎石垫层外侧设置钢筋混凝土环墙, 外环墙可约束地基基础材料的变形和滑动流失 (类似“箍桶”效应) 。

3.环墙式基础是由罐壁下的钢筋混凝土环墙和环墙内的回填土层、垫层、沥青砂绝缘层等组成。特点是罐壁直接坐落在钢筋混凝土环墙上, 环墙可传递储罐上部荷载, 减少罐壁变形, 保证储罐均匀、安全抵达沉降位置。

4.桩基基础是由灌注桩或预制桩和连接于桩顶的钢筋混凝土桩承台及承台上的回填土层、垫层、沥青砂绝缘层等组成。特点是罐壁底部坐落在钢筋混凝土桩承台。

二、储罐基础技术要求

储罐基础的主要功能是支持来自罐体自身及罐内油品传来的荷载, 对储罐整体安全性和可靠度起到决定性作用, 基础损坏失效造成的后果是不堪设想的。一般来说, 基础应具有如下技术要求:

1.基础结构应具有可靠的安全性, 能满足地基稳定与变形的需要, 不均匀沉降不超过允许值。

2.储罐罐体柔性、易变性, 易受基础沉降变形的影响, 基础应具有足够的整体稳定性和刚强度。

3.储罐基础深处承受着罐内油品大面积、高强度的液体压力, 应具有足够的承载力和耐久性。

4.储罐基础顶面应具有一定的柔韧性, 以确保底板在液体压力作用下紧密地附着在基础上, 减少焊缝变形开裂。

5.储罐存在油品泄漏的危险, 基础应采用不怕浸泡和冲洗的构造, 同时设置泄漏孔、渗漏检测管、防渗漏膜等环保措施。

6.储罐的底部钢板易被腐蚀, 储罐基础材料应不具有腐蚀性。

三、储罐基础选型

储罐基础选型应坚持因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源的原则。选型通常从工程地质条件入手, 考虑储罐容量、工艺要求、允许承载力、变形要求、抗震设防及施工条件、同类工程经验等因素, 经地质分析、承载力和沉降计算, 优化选择出安全可靠、经济合理的方案。

当地基土层能满足承载力和沉降要求且场地不受限制时, 宜采用护坡式或外环墙式基础;当地基土层不能满足承载力要求、但沉降量不超过允许值时, 可采用环墙式或外环墙式基础;当地基土层为软土层时, 宜对地基处理后再采用外环墙式基础, 也可直接采用钢筋混凝土承台桩基基础。

四、民航2000m3航煤储罐基础案例

1.储罐设计

(1) 储罐公称容积为2000m3、内半径为7750mm、高度为11892mm, 储存的航空煤油为乙B类油品, 顶盖选用固定式拱顶。

(2) 罐底结构。保证航煤质量, 便于罐内杂质、水分聚积和排出, 罐底采用下向锥形底设计, 锥底坡度为5%, 锥底中心设半径为300mm的半球形聚污槽。

(3) 储罐选材。综合考虑设计温度、油品腐蚀性、力学性能、焊接性能、经济合理等, 材料选用Q235-B。

2.基础选型设计

(1) 工程地质概况:根据地质勘探报告, 地基土承载力特征值经验值fak=500k Pa, 稳定性和适宜性好, 可作为天然持力层, 不需进行地基处理。

(2) 抗震设防:场地地震基本烈度为8度, 设计基本地震加速度值为0.20g, 安全等级为二级, 抗震设防类别为丙类, 设计使用年限50年。

(3) 综上储罐特点及场地条件, 选用钢筋混凝土环墙基础。优点有:稳定性好, 安全性高, 坚固可靠;刚度大, 可平衡不均匀沉降, 减小罐壁的变形;出现不均匀沉降时, 可通过调整环墙来平衡, 有利于事故的处理;可将荷载均匀地传递到地基上;可保护内部垫层不被泄漏的油品浸泡和冲洗, 保持基础稳定性;提供平整坚实的表面利于罐体安装;有利于罐底下向锥形设计;抗地震性能好、有防潮防腐蚀作用、占地面积小等。

3.环墙基础构造设计

钢筋混凝土环墙基础主要包括钢筋混凝土环墙、沥青砂绝缘层、垫层、泄漏孔、渗漏检测管、环保防渗层及其他构造部分。

(1) 钢筋混凝土环墙。本案钢筋混凝土环墙内径为7575mm、外径为7925mm、厚度为350mm, 高度为2200mm;采用C40混凝土现浇而成。

(2) 顶面沥青砂绝缘层。主要用于防止湿气、化学物质和杂散电流对储罐底板的腐蚀作用。本案沥青砂绝缘层厚度为100mm, 压实系数≥0.96, 砂和石油沥青重量配比为93:7;沥青采用60#甲道路石油沥青, 中砂含水量不超过3%。

(3) 垫层。基础垫层承受储罐底部和上部油品80~90%静压力和地震冲击力, 并将这些作用力均匀传递到地基上, 减小地基的不均匀沉降。本案采用中砂垫层, 厚度为300mm, 压实系数≥0.96。

(4) 泄漏孔。混凝土环墙设置泄漏孔, 当储罐底板渗漏时, 漏油可该泄漏孔流出, 便于检查发现并及时采取应急措施, 避免重大损失。本案沿基础周围均匀设置4根泄漏孔, 材质为镀锌钢管, 直径DN50, 泄漏孔内侧收水口采用粒径不小于30mm的卵石滤水, 并以5%坡度坡向环墙外。

(5) 渗漏检测管。底板腐蚀是储罐的主要隐患, 因此应定期检测与评价底板的金属结构及腐蚀情况, 采用开罐检测底板的方法存在停工和清罐的局限性。本案在基础内均匀设置4根渗漏检测 (与泄漏孔交错布置) , 材质为镀锌钢管, 直径DN60, 可在不停用储罐的情况下在线检测, 提高储罐运行的安全性和经济性。

(6) 环保防渗层。环保防渗层可有效防止储罐油品泄漏后的环境污染事故, 一般采用HDPE防渗膜。HDPE防渗膜是一种以高密度聚乙烯树脂为原料的防水阻隔材料, 可有效阻隔泄漏的油品渗入地下土层、污染地下水源, 具有防渗系数高、化学性能稳定、抗老化性能好、机械强度高、施工方便等特点。本案采用2mm厚HDPE防渗膜, 敷设于设计地面-500mm处, 四周沿环墙边缘向上翻折600mm, 并做倒角和好锚固处理。为防止HDPE膜受损破裂, HDPE膜敷设在两层600g/m2长丝机织土工布之间, 土工布上下各铺设一层厚度为100mm的细沙保护层。

(7) 防腐涂料。为防止储罐底板和基础遭受腐蚀, 应进行防腐处理。本案基础垫层表面防护聚氨酯沥青涂层, 厚度为500um;设计地面以下部分环墙表面防护环氧沥青、聚氨酯沥青贴玻璃布, 厚度为≥1mm。

(8) 回填土层。回填土宜采用黏性土、天然砂配石, 不得采用淤泥、耕土、膨胀土、冻土及含有机杂质的土料。本案采用天然级砂配石回填, 分层回填并夯实, 压实系数≥0.97。

本案环墙基础竖向剖面图如下:

4.环墙基础施工要点

影响基础质量的因素有很多, 施工时应关注如下要点:

(1) 钢筋、水泥、砂、石、土、HDPE膜、土工布等材料应满足设计要求、质量应符合规范要求。

(2) 土方开挖。开挖前清除地上、地下杂物, 机械开挖应预留100~300mm人工清理层, 不得超挖。

(3) 土方回填。回填前应确定回填土含水率、虚铺厚度和压实遍数等, 回填应分层铺摊夯实, 完成后表面拉线找平。

(4) 环墙基础模板。为保证环墙外观质量, 采用定制弧形钢模, 安装前应确定模板平面布置、纵横龙骨规格、数量、尺寸及组装形式等, 安装时应按设计图拼装、固定、水平仪校正, 拆除时应用撬棍轻轻撬动模板, 使模板离开墙体。

(5) 混凝土浇筑。使用商品混凝土, 搅拌车运输及泵送, 人工振捣;采取自下而上分层浇筑, 每层厚度500mm, 循序渐进, 依次向上, 直至完成, 上层砼与下层砼之间接槎应在初凝前完成, 严禁形成施工冷缝, 环墙表面一次抹平压光;浇筑后12小时内用中厚聚乙烯塑料布覆盖保温养护, 28天内洒水湿润养护。

(6) 砂垫层。砂垫层是控制储罐基础不均匀沉降重要部分, 施工关键是达到设计密实度。施工时应分层铺设平整, 每层虚铺厚度为200~250毫米, 在最佳含水量状态下逐层压实, 逐层质量检验, 确保压实系数达到0.96以上。

(7) 沥青砂绝缘层。应分层分块铺设, 每层厚度小于40m, 上下层接缝错开距离大于500mm;铺设温度不低于140℃, 并趁热压实、表面压光, 压实系数达到0.95以上。

(8) HDPE防渗膜。施工前平整场地, 然后逐层铺设100mm细沙保护层、土工布、HDPE膜、土工布、100mm细沙保护层;防渗膜采用双轨热熔焊接, 接缝搭接宽度不小于100mm;应尽量拉紧铺平, 避免产生褶皱;铺设完成后应减少在膜面上行走、搬动工具等, 以免造成损伤。

(9) 地基充水预压。充水预压是利用储罐充水实验作为预压荷载, 使地基沉降在充水预压期基本完成, 使地基土空隙水排出并固结, 加速抗剪强度的增长, 提高承载力和稳定性, 达到设计荷载。充水预压过程应分级施压, 如果加载速率过快, 地基强度增长不能适应地基剪应力增长, 地基可能发生滑动或破坏。本案储罐充水不高于11.3m, 一次充水到1/2罐高沉降观测, 当沉降量小于5mm/d时, 继续充水到3/4罐高, 沉降量仍小于5mm/d时, 充水到最高液位, 经观测沉降量无明显变化即可放水, 液位下降速度应控制在不大于3m/d;如果在充水预压过程中发现较大的不均匀沉降或沉降量大于5mm/d, 应立即停止, 找出原因并处理。