軟土地基大型原油儲罐樁筏原位測試分析

俞海洪 中國石化上海工程有限公司

軟土地基大型原油儲罐樁筏原位測試分析

俞海洪 中國石化上海工程有限公司

以上海石化某大型新建10×104m3原油罐樁筏基礎(chǔ)為研究對象，在油罐基礎(chǔ)施工和充水試壓過程中，通過原位監(jiān)測獲得基礎(chǔ)沉降、樁土反力以及鋼筋內(nèi)力數(shù)據(jù)，分析在基礎(chǔ)施工和油罐充水過程中樁筏基礎(chǔ)變形、內(nèi)力等的變化規(guī)律?，F(xiàn)場試驗表明，罐體在充水過程中，油罐基礎(chǔ)呈搖擺下沉，罐體向西北方向略有傾斜，罐放水卸載后，樁筏基礎(chǔ)有較小的回彈量，其回彈率在15%左右。在穩(wěn)壓時，樁承擔(dān)85%左右的上部總荷載，其余15%部分由樁間土分擔(dān)。由于環(huán)梁內(nèi)砂墊層較厚，并且對環(huán)梁有徑向向外的側(cè)壓力，筏板呈現(xiàn)拉彎變形。

軟土地基；原油儲罐；樁筏基礎(chǔ)；充水；變形；樁反力；測試

為滿足石油戰(zhàn)略儲備的要求，近幾年來我國沿海原油儲罐的建設(shè)已向規(guī)?；笮突l(fā)展，單罐容量達到15×104m3，罐體直徑在80 m以上。為滿足工藝和罐體強度的要求，對大型油罐基礎(chǔ)的施工后沉降和不均勻沉降控制需更加嚴(yán)格[1]。

以上海石化某大型新建10×104m3原油罐樁筏基礎(chǔ)為研究對象，在油罐基礎(chǔ)施工和充水試壓過程中，通過原位監(jiān)測獲得基礎(chǔ)沉降、樁土反力以及鋼筋內(nèi)力數(shù)據(jù)[2]，分析在基礎(chǔ)施工和油罐充水過程中樁筏基礎(chǔ)變形、內(nèi)力等的變化規(guī)律，可為類似工程設(shè)計提供參考。

1 油罐基礎(chǔ)情況

新建的油罐位于上海石化股份3#儲運區(qū)內(nèi)，原油儲罐容量為10×104m3，儲罐環(huán)壁高度21.5 m，直徑80.2 m，儲罐為內(nèi)浮頂原油罐。

由于場地地質(zhì)條件復(fù)雜，同時考慮減少工程量，采用變厚度樁筏基礎(chǔ)設(shè)計，筏板中區(qū)厚度650 mm，邊緣區(qū)厚度950 mm，環(huán)梁截面0.8 m× 1.9 m，設(shè)計充水最高水位22.0 m，筏板基底設(shè)計荷載為268.6 kPa，罐基礎(chǔ)容許最大相對傾斜為4‰。

場地地勢平坦，大部分是農(nóng)田，后來由于當(dāng)?shù)貫榘l(fā)展?jié)O業(yè)經(jīng)濟，開挖養(yǎng)蟹池。場地地質(zhì)條件差，屬沿海的軟土地基，場地巖土工程條件屬較復(fù)雜類型。

2 現(xiàn)場試驗方案

2.1 測試內(nèi)容和測試點布置

樁筏基礎(chǔ)在大型油罐工程設(shè)計中應(yīng)用較多，但設(shè)計時采用常規(guī)的設(shè)計方法，往往設(shè)計的板厚較大。為了進一步優(yōu)化設(shè)計，分析大型油罐樁筏基礎(chǔ)的受力狀態(tài)和變形特性，進行了原位測試。

（1）樁頂反力測試。在圖1中1—1、2—2二個正交斷面，二個斷面上各選取15根樁進行樁頂反力測試。在每根樁的對稱鋼筋上安裝鋼筋測力計，鋼筋測力計選用GXR鋼弦式鋼筋測力計。

圖1 測試布置

（2）基底和環(huán)梁內(nèi)側(cè)土壓力監(jiān)測。油罐樁筏基底樁間土以及環(huán)梁內(nèi)側(cè)的土壓力將隨著充水的過程發(fā)生變化。監(jiān)測過程中，選取2—2斷面，在墊層下100 mm處埋設(shè)鋼弦土壓力盒，同時在基礎(chǔ)梁內(nèi)側(cè)埋設(shè)土壓力盒，測點位置如圖1所示。

（3）鋼筋內(nèi)力監(jiān)測。通過GXR鋼弦式鋼筋測力計可監(jiān)測鋼筋內(nèi)力，安裝位置設(shè)在筏板1—1、2—2二個正交斷面的上、下表面的鋼筋處，總共128個鋼弦式鋼筋測力計，具體布置如圖2所示。同時在二個正交斷面上的環(huán)梁豎向和環(huán)向的鋼筋上安裝32個鋼筋測力計，監(jiān)測鋼筋內(nèi)力。

圖2 筏板鋼筋測力計布置

（4）沉降監(jiān)測。通過在環(huán)梁外側(cè)設(shè)置沉降觀測點，監(jiān)測充水過程中油罐的沉降發(fā)展情況。沉降觀測點在環(huán)梁外側(cè)均勻設(shè)置，共24處。

2.2 油罐基礎(chǔ)施工及充水過程

該油罐施工始于2000年7月，施工完成于2001年1月，歷時6個月。2001年1月16日油罐開始充水，同年4月16日充水至設(shè)計充水水位22.0 m，穩(wěn)壓10天后開始放水卸載，7月14日油罐放空。

3 原位測試結(jié)果及分析

3.1 環(huán)梁沉降結(jié)果

在罐基礎(chǔ)施工和油罐充水過程中環(huán)梁都發(fā)生了相應(yīng)的沉降，呈搖擺式下沉。油罐充水穩(wěn)壓后，沉降變化穩(wěn)定，沉降量最小處為72 mm，沉降最大處為109 mm，油罐西偏北側(cè)沉降量相對較大，環(huán)梁整體向該方向傾斜，傾斜率為0.05%。穩(wěn)壓一定時間后，再放水卸載，基礎(chǔ)有15%的回彈率。環(huán)梁沉降歷時曲線見圖3。

圖3 環(huán)梁沉降歷時曲線

3.2 樁間地基土反力

油罐筏板混凝土澆筑后，在筏板基礎(chǔ)混凝土自重的作用下，樁間地基土反力明顯，各測點地基土反力平均值為16.56 kN/m2，可以看出樁間地基土總反力基本上接近于筏板自重。

樁間土在筏板自重的作用下，樁間土壓縮沉降，樁間土和樁的反力重分布，在罐體安裝后，地基土的反力平均值為15.12 kN/m2。

在充水穩(wěn)壓時，地基土反力基本穩(wěn)定，油罐按設(shè)計充水穩(wěn)壓后再放水卸壓至空罐后，地基土的反力基本上與充水前相等。

3.3 樁筏樁反力

群樁邊緣區(qū)的樁剛度比中間區(qū)域大，筏板樁群呈現(xiàn)邊緣加強區(qū)域樁反力大，在環(huán)梁附近的變化較顯著，筏板中部區(qū)域小，最大值與最小值的比值約為4.5，邊樁效應(yīng)明顯。

3.4 筏板鋼筋和環(huán)梁縱向鋼筋內(nèi)力

如圖4、5所示，油罐筏板混凝土澆筑后，筏板內(nèi)上、下二層水平鋼筋內(nèi)力較小，油罐在充水過程中，上、下筏板中部區(qū)域鋼筋內(nèi)力增大并且均為拉力，由于環(huán)梁內(nèi)砂墊層較厚，并且對環(huán)梁有向外徑向的側(cè)壓力，筏板呈現(xiàn)拉彎變形。

圖4 筏板上部徑向鋼筋內(nèi)力分布曲線

圖5 筏板下部徑向鋼筋內(nèi)力分布曲線

環(huán)梁兩側(cè)縱向鋼筋受拉，鋼筋內(nèi)力頂部大于底部。環(huán)梁豎向鋼筋內(nèi)側(cè)受拉和外側(cè)受壓，環(huán)梁處于拉扭狀態(tài)。

4 結(jié)論

（1）罐體在充水過程中，油罐基礎(chǔ)呈搖擺下沉，罐體向西北方向略有傾斜，罐放水卸載后，樁筏基礎(chǔ)有較小的回彈量，其回彈率在15%左右。

（2）在穩(wěn)壓時，樁承擔(dān)85%左右的上部總荷載，其余15%部分由樁間土分擔(dān)。邊緣樁反力大，中間區(qū)域較為均勻，邊樁效應(yīng)較大，邊緣區(qū)樁反力約為中間區(qū)樁反力的4.5倍。

（3）由于環(huán)梁內(nèi)砂墊層較厚，并且對環(huán)梁有徑向向外的側(cè)壓力，筏板呈現(xiàn)拉彎變形。筏板上下層徑向鋼筋與切向鋼筋基本上均受拉。環(huán)梁兩側(cè)縱向鋼筋受拉，鋼筋內(nèi)力頂部大于底部。環(huán)梁豎向鋼筋內(nèi)側(cè)受拉和外側(cè)受壓，環(huán)梁處于拉扭狀態(tài)。

（4）本次現(xiàn)場試驗所揭示的大型油罐樁筏基礎(chǔ)變形和內(nèi)力的特性對此類工程的優(yōu)化設(shè)計具有一定的參考價值。

[1]徐至鈞，許朝銓，沈珠江．大型儲罐地基基礎(chǔ)設(shè)計與地基處理[M]．北京：中國石化出版社，1999．

[2]應(yīng)宏偉，楊曉剛，卞守中，等．大型油罐地基現(xiàn)場試驗分析[J]．巖土工程學(xué)報，2005，27（2）：157-161．

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.007