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大型储油罐基础沉降监测研究石刚

发表时间：2021/8/9 来源：《中国科技信息》2021年9月中作者：石刚

[导读] 近年来，我国的社会经济建设得到了飞速发展，但随之而来的能源消耗也在不断增加，储油罐的建设也在日益增涨。

中原油田油气储运中心石刚

摘要：近年来，我国的社会经济建设得到了飞速发展，但随之而来的能源消耗也在不断增加，储油罐的建设也在日益增涨。储罐在运行过程中，会发生不均匀下沉、基础环壁倾斜等问题，导致储罐不能正常使用。地基沉降是油罐受力过大变形的主要原因，作为石油化工行业重要的储存装置，大型油罐的安全性不容忽视。
关键词：大型储油罐；基础沉降；监测
        引言
        随着我国经济建设的发展，大型储罐正在石油化工领域得到了广泛应用。为方便运输和卸货，储罐大多建在沿海地区，这些地区大部分都是软土地基，承载力低，压缩性高。建在这些区域的储罐往往会出现整体下沉，整体倾斜，罐周围沉降不均匀，对储罐的危害非常大。在分析国内外众多储罐工程事故时，沉降是造成储罐损坏的主要原因。因此，监测储罐的不均匀沉降对于保证储罐的安全高效运行尤为重要。
        1 常用储油罐的特点及基本要求
        1.1 储油罐特点
        (1)严格的密封性。储油罐是一种能承受储油液压力的结构，必须有足够的密封性，以方便储存各种类型的油。 (2) 高柔韧性，但刚度低。储油罐是一种焊接结构，具有高柔韧性和低刚度。通常可以抵抗建筑物和构筑物无法承受的地基变形。即使地基沉降较大，一般也能抵抗地基变形，除非是不均匀沉降，否则对储油罐正常运行的影响很小。 (3)有明确的力传递途径。罐体的薄底可以防止发生下沉时与底座的分离，使载荷均匀分布在底座上，有明确的传力方式。 (4)风荷载影响不大。罐体形状为“短粗”结构，直径大，高度低。风荷载影响不大。只有在发生台风或地震时处于空罐状态才会发生移动。而且只有风力在十级以上才会考虑罐与基础的锚固。
        1.2 储油罐的基本要求
        根据储油罐的特点，底座的设计必须满足以下要求：（1）底座首先要满足储油罐自重与试水阶段的总重量，并且为了确保底座的稳定性，需要进行预水预压试验。（2）基础的沉降需要满足规定要求。如果沉降不超过规定范围，则不会影响储罐的正常运行。 (3)如果储罐建在底座变形较大的区域，必须提前将底座吊装好。目的是在最后一次沉降稳定后，使储罐地基高于周围地面。防止积水对储罐使用造成影响。
        2.大型储油罐产生基础不均匀沉降原因
        影响储油罐不均匀沉降的原因有很多。油罐建设场地土壤和地质的质量，是造成油罐基础不均匀沉降的主要原因。在油罐群中，如果相邻油罐之间的净距较小，油罐之间的载荷会逐渐相互重叠，影响油罐的地基和底部。一般来说，受地震作用饱和的淤泥或砂土也会引起地基的大面积沉降。另外，对于建在软土地基上的储罐，需要在罐内装满水以进行预压实验。但是，在进行预水预压试验时，如果加水太快，充水速率过高，外荷载值会大大增加，并超过土基的承载力，超孔隙水压力急剧增加，最终导致大型储罐出现不均匀沉降。由于没有消散时间，有效应力降低，导致地基膨胀区结构发生局部塑性变形，在这种剪切变形下，地基横向变形增大，导致储罐地基发生不均匀沉降。
        3.大型储油罐地基处理方法探讨
        3.1CFG桩
        CFG桩是水泥粉煤灰桩的简称，是一种混合碎石、粉煤灰、适量的水泥和水制成的桩。储油罐采用钢筋混凝土环壁底座，除人工填筑的地表外，主要由海洋冲积沉积物形成的粉砂、砂质粘土和砂质土壤组成。CFG桩可显着提高天然地基承载力，稳定储罐基体变形。实际工程试验结果表明，CFG桩可根据承载能力和坍落度控制值的要求进行调整。CFG桩适用于填筑、饱和土和非饱和粘性土处理。
        3.2置换强夯法
        置换强夯法的强化机制主要是置换，对更换桥墩周围的墩间土进行二次加固，最后采用大直径压实排水。目前，置换强夯法在石油化工基地、堆场、铁路和公路建设、修复等工程中得到了一定的应用。

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将置换强夯法用于加固大型储油罐地基项目中，结果表明，强夯处理效果明显，现场有效消除了液化现象，加强了基岩的深度，并且施工简单，材料易得，施工快捷，工期短，造价低，经济效益明显。基体中空隙数量损失小，加速压实，降低含水量，提高基体强度，提高均匀度。具有显着的可压缩性，消除坍塌，提高防水和抗震能力等。适用于高饱和度的基础加固，体现了低渗透性、低阻力和高压缩性。
        3.3 灌浆加固
        水泥浆以水泥为主要补强材料，恒压灌浆注入需要分层分段补强薄弱的地层。灌浆液首先被压入地面并填充，然后压实。逐渐增加灌浆量和灌浆压力，灌浆土层首先沿弱应力极限分裂，灌浆液扩散渗透到土壤中。将不均匀的泥浆凝结成板条状，将地基土切割成骨架，将致密的地基土压紧，增加地基土的压实系数，对地基进行加固，以减少沉降变形，增加地基强度。在灌浆过程中，灌浆量和压力是提升土壤强度的关键因素。灌浆量和灌浆压力由提升量控制。
        3.4环墙式基础加固
        环墙式基础是将罐壁直接铺设在环墙上，环墙采用现浇钢筋混凝土或预制拼装而成。通常用于土壤质量差、土壤承载力低、地基沉降大的地基，大多用于软土地基上建造带有可移动浮顶的大型储油罐。储油罐可直接放置在环壁基础上，防止环壁砂垫横向变形，提高地基抗塑性区发展的能力，防止局部剪切基础降低边缘损伤或冲孔损伤，减少罐体周围不均匀沉降，而且易于调整罐体基础中心和边缘的不均匀沉淀物，施工安装方便。可以降低储罐和生产操作的管理成本，所以大型储罐基础采用环壁式基础，环壁设计的关键是确定截面尺寸。
        4.大型储油罐基础沉降监测方法
        4.1沉降监测基准点位置的选取
        (1)建立的锚定参考点必须牢固、稳定，以便长期存放。 (2)相互确认沉降参考点，沉降参考点的数量应为三个或更多，以保证沉降观测结果的准确性。 (3)锚定参考点与观测点的距离不宜过大，以保证观测的准确性。(4) 沉降参考点必须埋在建筑物压力传播范围之外。
        4.2 储罐基本控制点的布置和安装
        储罐底部沉降观测点的布置将根据设计方案进行。储罐基地建设前，制定沉降观测点恢复计划和沉降观测计划，并委托有资质的人员及时掩埋观测点。为了准确反映罐底的沉降，最好将沉降观测点设置在更能反映沉降特征且便于观察的位置，特别是考虑到在装修阶段因施工场地损坏或沉降观测点隐蔽而导致连续观测失败。此外，沉降观测点上方应设置防护设施，防止重物变形，获得精确沉降。
        4.3 监控体系的建立
        利用光纤光栅原理监测储罐不均匀地基沉降，将静液位传感器均匀布置在储罐圆周方向。通过光纤和传感器连接在储罐底部或中央控制室安装下位机，用于数据采集和数据处理。使用无线通信模块将数据传输到图形显示报警系统。当达到报警值时，系统会自动报警。所有油罐地面传感器安装完成后，所有光纤光栅传感器监测线均采用引出集中光缆，再采用多芯电信光缆连接到监测室的相应监测仪器。监控系统采用光纤网格、物联网、互联网和数据库技术，采用3G\4G无线技术实现对被监控对象的实时监控和处理，利用互联网技术对异常数据进行上报、发布和报警，使用数据库实现数据本地化。为储罐罐底自动监测提供基础支持。
        结语
        由于大型储油罐在薄弱地基上施工，土抗力低，油罐外荷载大，导致地基沉降大且不均匀。综合考虑预注水加固，可在短时间内完成合理沉降。提前做好储罐基础沉降，放置检索沉降参考点和监测点，并按照有关规定定期观察沉降监测点，防患于未然，做好分析和数据处理工作。
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