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桩体参数对储油罐复合地基承载性能的影响

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2019-11-28 23:30

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1.1储油罐地基处理要求

　　石油储罐基础不同于其他建筑物基础，其储油罐自身柔性及承载特点对地基承载力和变形有如下要求：

　　（1）对地基的承载力要求较低，通常地基承载力达到80~200kPa即可满足要求；

　　（2）对地基的均匀沉降要求较低。有资料【1】显示某储油罐地基均匀沉降达2m时仍能正常使用；

　　（3）对地基的不均匀沉降要求较高。这主要是因为若地基发生不均匀沉降的数值超出容许值，则会造成储油罐结构倾斜过大，从而造成储油罐破坏甚至报废；

　　（4）储油罐基础顶面应高出地面，且仅在地基发生不均匀变形时才起传递荷载的作用，通常储油罐通过其下部的垫层传递荷载。

　　1.2储油罐地基处理措施

　　目前在储油罐地基处理上所采用的措施从基本原理上可以分为两类，第一类方法是设法减少土体中的孔隙，使得土体密实，从而提高土体的承载能力，例如堆载预压、充水预压等措施；另一类方法是利用胶结物将土颗粒胶结起来，减少土体当中的孔隙，提高土体密实度，例如工程上常用的水泥灌浆法、旋喷法等措施。前者在工程实践中具有投资低的优势，但是往往处理周期较长，例如充水预压法通常需9-18个月，从而造成了储油罐投入生产的时间过长。后者在工程实践中具有加固效果好、加固周期短的优点，然而又存在地基加固费用比较高的问题。因此，在储油罐地基处理方面引入应用效果较好且投资较低的地基处理技术具有十分重要的意义。

　　1.3复合地基技术

　　复合地基是指天然地基在地基处理过程中，部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基【2】。它充分考虑了增强体和土体两部分的承载能力，减小了地基变形，使地基的承载能力得到了提升。工程实践表明，复合地基具有处理效果好、经济、技术易行的特点。

　　2．工程实例

　　西安市长安区某加油站储油罐罐坑地基处理项目。工程概况如下：钢质储油罐半径为1100mm，采用钢筋砼环墙式基础，环墙厚度为300mm，高度为1500mm。储油罐基础剖面示意图如图1所示。

　　图1 储油罐基础剖面图

　　根据现场钻探描述、以及室内土工试验结果，土体自上而下分层描述如下：

　　①厚度：4.1m；变形模量：12.3MPa；泊松比：0.35；密度：1880kg/m3；粘聚力：26kPa；内摩擦角：22o

　　②厚度：10.1m；变形模量：9.1MPa；泊松比：0.35；密度：1950kg/m3；粘聚力：28kPa；内摩擦角：21o

　　③厚度：2.6m；变形模量：9.0MPa；泊松比：0.35；密度：2000kg/m3；粘聚力：30kPa；内摩擦角：19o

　　④厚度：7.1m；变形模量：9.6MPa；泊松比：0.35；密度：1970kg/m3；粘聚力：28kPa；内摩擦角：21o

　　由于天然地基中的持力层承载力不满足要求，需进行地基处理，拟采用灰土挤密桩复合地基进行加固，同时应用ANSYS有限元工程软件进行储油罐地基受荷后的应力和沉降情况的分析。

　　2.1有限元模型的建立

　　地基处理方案选择为灰土挤密桩复合地基，桩径为400mm，桩长9.0m，桩顶上铺设0.30m厚的碎石垫层，桩距为1.50m×1.50m，三角形布置。

　　为了能够得到在实际情况下灰土挤密桩复合地基加固面积范围内桩土的工作性状，文中对所选择的考察对象进行三维有限元模拟，对钢筋砼环墙基础、桩体、土体、垫层分别形成单元。考虑到钢筋砼环墙基础和灰土桩相对于土体的刚度要大，因而对桩体和环墙采用线弹

　　性本构模型。考虑到复合地基中土体所承担的荷载是一次施加的，不存在周期荷载情况，因

　　而对土体采用Drucker-Prager屈服准则的理想弹塑性模型。环墙基础、土体和桩体均采用Solid45号八节点实体单元。分析区域按工程实际情况划定如下【3】：侧向边界取在距离桩体周缘5倍桩径处，底部刚性边界取在桩体下第一层下卧层土体处，约为两倍桩长。边界约束条件选取如下：侧向边界与下边界均取为固端约束（即水平方向和竖直方向均不允许有位移），上边界取为自由边界。建立的有限元模型如图2所示。 [page]

　　图2有限元模型

　　3．计算分析

　　3.1加载原则

　　由于该加油站为在建工程，因而按照储油罐的设计指标，根据文献【1】中所提及的生

　　产荷重予以估算，该工程所采用的半径为1100mm的钢质储油罐生产荷重为10.5kN/m2，将此荷载施加于环墙基础以及环墙基础中所填充的碎石垫层上进行计算。考虑到由于有限元模型划分后所生成的单元数过多和计算机硬件配置的问题，因而在考虑保证计算合理的前提条件下，实际进行有限元计算时选择桩土模型进行加载，边界约束条件仅需将所取对称模型侧向边界调整为竖向滑动支座（即水平方向约束，竖向允许位移），其余边界条件保持不变。

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