大型储罐地基处理技术

大型储罐地基处理技术大型储罐地基处理技术汇报材料中国石化工程建设公司2011年11月中国石化工程建设公司2011年11月黄左坚大型储罐地基处理技术2目录1、概述2、土的组成及工程分类3、岩土工程勘察4、地基处理方案的选择5、储罐基础的纠偏方法6、地基处理技术存在的问题和发展趋势大型储罐地基处理技术31、概述改革开放以来，随着我国经济快速发展，我国能源消费也快速增长。目前我国能源消费已居世界前列，且我国的石油对外依存度已经超过55%，能源供应将面临巨大压力。鉴于能源供应不足可能成为中国崛起的最大障碍之一，能源安全在中国大战略中的地位悄然上升，并越来越成为我国战略考虑的重心之一。因此，近年来我国大力兴建国家战略石油储备库和商业石油储备库。大型储油库的现状和近期规划大型储罐地基处理技术4在各储备库的建设项目中，原油储罐的容积基本上是以10万立方米、15万立方米的罐型为主。储备油库的建设基本上又在交通便利的沿海、沿江地带，这些场地以软弱地基为主。而大型储罐的特点是直径大、荷载重，对地基承载力和不均匀沉降的要求较为严格，若对软弱地基不进行地基处理将无法满足储罐的要求。因此，应根据储罐的特殊性，针对不同场地地基采用合理的地基处理方法，既能满足储罐安全运行的要求，又能尽可能地节约投资。1、概述大型储罐地基处理技术51、概述目前应用在大型储罐基础的地基处理方法主要有：充水预压加固法、振冲碎石桩法、沉管挤密碎石桩法、强夯加固法、强夯置换法、CFG桩法、水泥搅拌桩法及桩筏基础等；其它还有：砂井预压排水固结法、爆扩挤密加固法、预堆土反压加固法、土工布加固法、柱锤冲扩桩法等。在这些方法中，充水预压加固法是最经济、最方便的方法，也是目前应用较为广泛的一种。大家知道，任何地基处理方法都有其适用范围，它与土的自然属性有关。认识土的成因及其力学特性是选取地基处理方法的主要依据。大型储罐地基处理技术62、土的组成及工程分类2.1土的形成土——地球表面的岩石在大气中经受长期的风化作用，形成形状不同、大小不一的颗粒，这些颗粒经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。风化作用主要有物理风化、化学风化和生物风化。大型储罐地基处理技术7物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀的膨胀与收缩破碎，或运动过程中因碰撞和摩擦破碎。只改变颗粒的大小和形状，不改变矿物颗粒的成分称为物理风化。只经过物理风化形成的土是无粘性土，一般也称为原生矿物。化学风化：母岩表面破碎的颗粒受环境因素的作用而产生一系列的化学变化，改变了原来矿物的化学成分，形成新的矿物——次生矿物。经化学风化形成的土为细颗粒土，具有粘结力，最主要成分是粘土颗粒以及大量的可溶性盐类。生物风化：有植物、动物和人类活动对岩体的破坏称生物风化。其矿物成分没有发生变化。2、土的组成及工程分类2.1土的形成大型储罐地基处理技术8土是由固体、液体、气体三部分组成的三相体系。固体部分为土粒，有矿物颗粒或有机质组成，构成土的骨架；骨架间有许多孔隙，可为水和气体所填充。土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。这就是土的物理性质。土的三相组成比例并不是恒定不变的，它随着环境的变化而变化。土的三相组成比例不同，土的状态和工程性质也随之各异。例如：固体＋气体（液体＝0）为干土。此时黏土呈坚硬状态，砂土呈松散状态；固体＋气体＋液体为湿土，是一种非饱和土。此时黏土多为可塑状态；固体＋液体（气体＝0）为饱和土。此时粉细砂或粉土遇强烈地震可能产生液化，而使工程遭受破坏；黏土地基受建筑荷载作用发生沉降需十几年、几十年才能稳定。2、土的组成及工程分类2.2土的组成大型储罐地基处理技术9颗粒的大小通常用粒径来表示。土粒粒径变化时，土的性质也相应地发生变化。工程上将各种不同的土粒按粒径范围的大小分组，即某一级粒径的变化范围，称为粒组。土的各粒组的相对含量就称为颗粒级配。粒组的划分：2006020.0750.005mm漂石←∣→卵石←∣→砾石←∣→砂粒←∣→粉粒←∣→粘粒2、土的组成及工程分类2.2土的组成2.2.1土的固体颗粒大型储罐地基处理技术102、土的组成及工程分类2.2土的组成2.2.2土中的水和气1）土中水土中水主要可以分成结合水（强结合水、弱结合水）和自由水（重力水、毛细水）两大类。2）土中的气体土中的气体是指存在于土孔隙中未被水占据的部分。存在型式有两种：――与大气相通、不封闭，对土的性质影响不大，称为自由气体；――封闭在土的孔隙中与大气隔绝、封闭气体、不易溢出，增大了土体的弹性和压缩性，减少了透水性，称为封闭气泡。大型储罐地基处理技术11土的结构——指土颗粒之间相互排列及其连结关系的综合特征。它在某种程度上反映了土的成分和土的形成条件，因而它对土的特性有重要的影响。2、土的组成及工程分类2.3土中的结构和构造土的构造——指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。大型储罐地基处理技术122、土的组成及工程分类2.4地基土（岩）的分类特殊性粘土砂质粘土一般粘性土粘性土粉土砂基土碎石土极软岩软岩较软岩较硬岩坚硬岩岩石地基一般分类:大型储罐地基处理技术13特殊土：软土、人工填土、湿陷性土（黄土）、红粘土、膨胀土、风化岩和残积土、冻土、混合土、盐渍土。2、土的组成及工程分类2.4地基土（岩）的分类软土——指沿海的滨海相、三角洲相、平原、山区的沼泽相等主要由细粒土组成的孔隙比大（1）天然含水量高（接近或大于WL）压缩性高和强度低的土层。人工填土——由人类活动而堆填的土大型储罐地基处理技术142、土的组成及工程分类2.5土的压实机理2.5.1土的压实原理土的击实性是指土在反复冲击荷载作用下能被压密的特性。土料压实的实质是将水包裹的土料挤压填充到土粒的空隙里，排走空气占有的空间，使土料的孔隙率减少，密实度提高。大型储罐地基处理技术152.5.2影响压实效果的因素影响压实效果的因素很多，但最重要的是含水量、压实功能和土的性质。2、土的组成及工程分类2.5土的压实机理土的性质在同一压实功能作用下，含粗粒越多的土，其最大干容重越大，而最佳含水量越小。颗粒级配越均匀就越容易压实。对于粘性土，压实效果与其中的黏土矿物成分含量有关。砂性土：干砂在压力与震动下，容易密实；稍湿的砂土，因有毛细压力作用使砂土互相紧靠，阻止颗粒移动，压实效果不好；饱和砂土，毛细压力消失，压实效果好。大型储罐地基处理技术162、土的组成及工程分类2.5土的压实机理2.5.2影响压实效果的因素含水量当含水量较小时，水处于强结合水状态，土粒之间摩擦力、粘结力都很大，土粒的相对移动有困难，因而不易被压实。当含水量增加时，水膜变厚，土块变软，摩擦力和粘结力也减弱。土粒之间彼此容易移动，土的压实干密度增大，至最优含水量时，干密度达到最大值，压实效果最佳。压实功能的影响碾压的压实功能与碾压机具的重量、接触面积、碾压遍数以及土层的厚度等有关；夯击的击实功能与夯锤的重量、落高、夯击次数以及被夯击土的厚度有关。大型储罐地基处理技术172、土的组成及工程分类2.5土的压实机理2.5.2压实标准的确定与控制压实填土的以压实系数λc控制，并根据不同的结构类型和压实填土所在的部位按现行国标《建筑地基基础设计规范》GB50007－2002表6.3.4的数值确定。（见附件）大型储罐地基处理技术183.1勘察目的和勘察阶段的划分3、岩土工程勘察3.1.1勘察目的1）判明罐区场地区域内有无影响工程稳定性的不良地质现象。如判明全新活动断裂、地裂缝、岩溶、滑坡和高陡边坡的稳定性；查明有无古河道、暗槽、暗塘、人工洞穴或其他地下人工设施；在地震区还应判明有无液化土层。2）查明罐区场地地层的构造、均匀性，尤其应查明软弱土层和坚硬土层的分布，以及各岩土的物理力学性质。3）查明场地地下水类型、埋藏情况、渗透性、腐蚀性及地下水位的变化幅度。大型储罐地基处理技术193.1.2勘察阶段的划分勘察阶段一般与设计阶段相适应，分为初步勘察和详细勘察。初勘是为满足基础工程设计阶段的需要，对建筑地区或场地的稳定性、地基的稳定性和主要岩土类型的分布作出评价，为确定工程的总体布置，进行主要建筑物地基、基础方案比较及不良地质现象的防治方案提供工程地质和岩土技术资料。3、岩土工程勘察3.1勘察目的和勘察阶段的划分大型储罐地基处理技术203、岩土工程勘察3.1勘察目的和勘察阶段的划分3.1.2勘察阶段的划分详勘是为满足详细工程设计阶段的需要，对场地地基岩土作出详细的工程地质和岩土技术分析评价，为详细工程设计和施工提供措施、方案建议和具体的设计基准、参数等资料。大型储罐地基处理技术213、岩土工程勘察3.2岩土工程勘察等级甲级：在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级中，有一项或多项为一级；乙级：除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目；丙级：工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级均为三级。大型储罐建筑场地岩土工程勘察等级一般按甲级考虑。当大型储罐建筑场地在岩质地基上，并场地复杂程度等级和地基复杂程度等级均为三级时，岩土工程勘察等级可定为乙级。大型储罐地基处理技术223、岩土工程勘察3.2勘察要求1）大型储罐的中心及边缘宜布置勘探点，勘探点数量应根据储罐的型式、容积、地基复杂程度等确定，其中控制性勘探点的数量宜取勘探点总数的1/5～1/3。2）勘探孔的深度应符合下列要求：①一般性勘探孔深度可根据地基情况和储罐的容积确定，或到基岩顶面；②控制性勘探孔深度，土质地基应按一般性勘探孔的深度加10m；岩质地基应按一般性勘探孔的深度加5m，并宜进入中风化基岩不小于1m。3）岩土工程勘察报告应包括内容（见国标《钢制储罐地基基础设计规范》GB50473-2008第3.1.4条）大型储罐地基处理技术23⑴．地基土要有足够的强度，经充水预压后的地基土的承载力应不小于储罐的基底压力250kPa～270kPa。⑵．地基沉降计算深度的要求，由于油罐的直径大，地基变形的计算深度亦大。⑶．地基沉降应满足罐底变形要求，油罐储油后罐中心沉降大于罐底边缘。因此，罐底中心与边缘沉降差必须控制在罐底结构允许变形的范围内，防止造成结构破坏。储罐设备要求圆锥面的坡度不能少于8‰。4、地基处理方案的选择4.1储油罐对地基基础的承载力和变形的要求大型储罐地基处理技术24⑷．油罐对沉降要求，油罐与其它构筑物相比，可允许地基比较大的沉降。当地基有较大的沉降时可预先抬高基础，通过充水预压达到设计标高；但油罐建成投入使用后，不能有过大的沉降，防止与管线系统连结产生破坏。⑸．不均匀沉降要求，油罐对不均匀沉降要求较严格。储罐设备要求沿罐壁圆周方向任意10m弧长内的沉降差应不大于25㎜。平面倾斜（任意直径方向）的沉降差允许值为0.0035～0.003Dt（Dt为储罐壁底圈内直径）。4、地基处理方案的选择4.1储油罐对地基基础的承载力和变形的要求大型储罐地基处理技术254、地基处理方案的选择4.2常用地基处理方法4.2.1.1振冲碎石桩复合地基的特点振冲碎石桩是指利用振冲器成孔和制桩的桩。振冲器的功能一是通过振冲器产生的水平振动力作用在周围土体上；二是从振冲器端部及侧面进行射水。振动力是加固地基的主要因素；射水协助振动力在土中钻进成孔，并于成孔后实现清孔及护壁等。振冲碎石桩对不同性质的土层具有置换、挤密合振动密实等作用。对粘性土主要起到置换作用，对中细砂和粉土除置换作用外还有振实挤密作用。在以上各种土中施工都要在振冲孔内加填碎石（或卵石等）回填料，制成密实的振冲桩，而桩间土则受到不同程度的挤密和振实。桩与桩间土构成复合地基，使地基承载力提高，变形减少，并可消除土层的液化。4.2.1振冲碎石桩复合地基大型储罐地基处理技术264、地基处理方案的选择4.2常用地基处理方法4.2.1振冲碎石桩复合地基4.2.1.2振冲碎石桩复合地基的适用性碎石桩的加固原理一是振动挤密、置换，桩体与原地基土一起构成复合地基，提高承载