浅谈钢储罐环墙式基础设计

张娜

摘 要：钢储罐基础设计是储罐稳定的关键技术问题，本文针对钢储罐钢筋混凝土环墙基础的特点、作用、设置环墙的地基条件、采用的设计方法及环墙的构造要求进行了介绍，提出环墙基础在平时设计及施工中应考虑的因素及步骤。

关键词：钢储罐，环墙基础，设计，构造

中图分类号： S611文献标识码： A

1、概述

目前，随着工艺设计条件及建设方对建设条件的控制，储罐正日益朝着大型化趋近，由原先的几十上百立方米，渐变为今天的几千上万立方米。因此，储罐基础的设计也显的尤为重要。在储罐基础的多种选型中，环墙基础应用的越来越多。因此，本文将结合自身的设计经验，对钢筋混凝土环墙基础进行探讨。

钢筋混凝土环墙基础不同于一般建筑的条形基础，钢储罐环墙式基础本身承载的荷载很小，对于浮顶罐只承受储罐壁重量；对于固定顶罐，只承受罐壁及罐顶和小部分介质的重量，而绝大部分的介质重量是由环墙内各个垫层直接承受并传到地基。环墙基础一般应用于中软、软或较不均匀的场地，适用于大型储罐、高位储罐和浮顶罐等。

2、环墙的适用条件

根据SH/T3068-2007《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》规定，下列地质条件宜采用钢筋混凝土环墙式基础。

（1）当地基土不能满足承载力设计值要求，但计算沉降差不超过规范规定的允许值时。

（2）当地基土为软弱土，地基土不能满足承载力设计值要求，且计算沉降差不能满足规范规定的允许值时或地震作用地基土有液化时。

（3）当建筑场地受限制时。

3、环墙基础的作用及优点

（1）可以减少罐周边土不均匀沉降。钢筋混凝土环墙平面抗弯刚度大，能很好地调整在地基下沉过程中出现的不均匀沉降，减少罐壁的变形，避免浮顶或内浮顶罐发生浮顶不能上浮的现象。

（2）可以将上部罐体传来的荷载均价传递到地基上。

（3）可以增强基础的稳定性，抗震性能好。环墙基础像一道挡土墙可以保护内部垫层不被冲刷、侵蚀，保持罐底下垫层基础的稳定性。

（4）利于罐壁安装。环墙为罐壁底端提供了一个平整而坚实的表面，为较平储罐基础面和保持外形轮廓提供有利条件。

（5）有利于事故的处理。当罐体出现较大倾斜时，可以通过环墙的调整来平衡不均匀沉降。

（6）起防潮作用。钢筋混凝土环墙顶面不积水，减少罐底的潮气和对罐底板的腐蚀；

（7）相比其他罐基础，可以减少占地面积。

4、地震作用

一般抗震设防烈度为6度、7度或8度（容积较小的储罐），可不进行抗震强度验算，仅作构造处理。但在抗震设防烈度8度区，容积大于5000m3及9度区的环墙基础，需进行抗震验算。

为防止储罐在地震作用下倾覆或滑移，一般对储罐采用锚固螺栓进行加固。另外，在地震区对环墙采用的抗震措施一般有：

（1）环墙基础尽可能深埋，不应小于1.2m。在严寒地区，还不应小于冻深。

（2）当储罐基础下有多个土层时，应尽可能将基底放在同一土层上，并放在非液化的稳定土层上。

（3）适当加大基底面积。

（4）适当加大环墙刚度。

5、环墙宽度的确定

环墙宽度是按环墙底压强与环墙内同一水平面地基上压强相等（标准值）的原则确定的。主要是为了防止环墙内基础产生不均匀沉降。

b= gk/[(1-β)γL hL－(γC-γm)h]

式中，b为环墙的宽度m；gk罐壁底端传给环墙顶部的线分布荷载标准值（当有保温层式，应包括保温层荷载的标准值）KN/m；β罐壁伸入环墙顶面宽度系数，一般可取0.4~0.6，宜取0.5；γL使用阶段罐内储存介质的重度KN/m3；hL环墙顶面至罐内最高液面（介质）高度m；γc环墙的重度KN/m3；γm环墙内各层土的平均重度KN/m3；h为环墙的高度m。

关于罐壁底端传给环墙的线分布荷载标准值，当为浮顶罐时，仅为罐壁的重量，当为固定顶时，应包括罐壁和罐顶的重量。

环墙宽度的计算可先假定β值求出b，再根据选用的b值适当调整β值，

规范在构造中规定钢筋混凝土环墙宽度不宜小于250mm。

环墙调节地基局部变形的能力与环墙截面刚度的大小和地基土的好坏有关，选择截面尺寸是设计环墙的关键，一般当土质均匀性很差时，环墙的刚度适当加大，当土质很均匀沉降量很小时，环墙刚度可取的很小，有的基础可以不做环墙，环墙的刚度是有限的，调整差异沉降的能力也是有限的，利用它来调整差异沉降很大的局部地基变形是不经济的，设计环墙式基础不应盲目加大环墙截面尺寸和配筋。

6、环墙环向力计算方法

目前在设计环墙时，当罐壁位于环墙顶面时，按下式计算：

Ft=(γQWγW hW ＋γQMγm h)KR

式中，Ft环墙单位高环向应力设计值KN/m；γQW、γQM分别为水、环墙内各层自重的分项系数，γQW取1.1，γQM取1.0；γW、γm分别为水的重力密度，环墙内各层的平均重度，γW可取9.8 KN/m3，γm可取18.0 KN/m3；hW为环墙顶至罐内最高贮水面高度m；h为环墙截面的高度m；K为环墙侧压力系数，一般地基可取0.33，软土地基可取0.50；R为环墙中心线半径m。

此环向力的计算式是按照国标《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）及《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）以概率论为基础的结构极限状态设计的，是考虑了分项系数后的环向力设计值。由于环墙边界约束条件的假设和地基条件的复杂性，计算结果与实际情况肯定会有出入。但根据国内几十年的建罐经验，突出了侧压力系数按一般地基土和软土地基取值。

7、环墙竖向力计算

规范中规定，环墙可仅进行环向力计算。即对环墙不做竖向力计算，主要是因环墙的径向位移沿竖向的分布趋于直线，所以环墙的竖向弯矩很小。

8、环墙截面配筋计算

环墙单位高环向钢筋的截面面积，按下式计算：

As＝γ0Ft/ fy

式中，As为环墙单位高度环向钢筋的截面面积mm2； γ0为结构的重要系数；fy为普通钢筋的抗拉强度设计值N/ mm2。

环向受力钢筋的最小配筋率不应小于0.4%，环向受力钢筋的接头应采用焊接或机械连接，接头应相互错开。在软土、软硬不一地基上的储罐，环墙顶端、底端宜各增加两圈附加环向钢筋，直径与环墙环筋相同。竖向钢筋构造配置，竖向钢筋的截面最小配筋率不应小于0.15%（每侧）。钢筋直径宜为12mm~18mm，间距宜为150~200mm，其上下两端宜为封闭式。

当混凝土环墙圆周长度大于40m时，应留宽度为900~1000mm后浇带，在保证钢筋连续的原则下分段浇灌，后浇带应采用提高一个强度等级的微膨胀混凝土浇灌并捣实或采取其他有效措施。

参考文献：

[1] GB 50473-2008 《钢制储罐地基基础设计规范》

[2] SH/T 3068-2007 《石油化工钢储罐地基与基础设计规范》