CN101349075A - 大型储液罐消能减震与隔震基础的构造方法与结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型立式储液罐的耐久性三维消能减震与隔震基础的原理、构造方法及其结构。该基础以钢筋混凝土旋转薄壳加圈梁为隔震与承重结构，旋转薄壳下面垫厚的砂垫层作为承重与消能减震构造，底基层为混凝土预制板保护层与土工合成材料防渗层。简介了工程实施方法。这种刚柔兼备的储液罐基础可抵御毁灭性的10度地震灾害，安全使用寿命可达70年至100年，但是地震陷落、严重滑坡、崩塌、泥石流等灾害需要另加防范。

Description

大型储液罐消能减震与隔震基础的构造方法与结构

技术领域

本发明涉及一种用于大型储液罐消能减震与隔震基础的构造方法与结构。

技术背景

现代建筑在抗震方面发展了隔震技术，即在建筑物的基础或建筑物的结构件上加设隔震装置，通过隔震装置的较大的变形去改变建筑结构体系的动力特性，从传统建筑结构的上层建筑由放大晃动型改变为隔震结构的上层建筑整体平动型，使整个结构在强烈地震作用下仍处于弹性状态，提高了建筑结构对地震作用的适应能力，降低了对建筑结构的承载力与材料强度的要求。

建筑物的隔震装置有多种，如夹层橡胶隔震垫、摩擦滑移隔震装置、滚动隔震装置、支承式摆动隔震装置、混合隔震装置等。按隔震装置设置部位的不同，又分为基础隔震、层间隔震、桥梁梁端隔震、厂房屋架梁端隔震、房屋内部局部隔震等。其中，摩擦滑动基础隔震装置中有一种砂垫层滑动隔震装置，在水磨石板间加垫经过严格筛选的细圆砂粒作滑动层。它能承受一定荷载，砂粒不会压碎，水磨石板也不会压出印痕。

大型储液罐的基础大致可分为三种类型：柔性基础(例如沙石垫层护坡基础)；半刚性基础(例如钢筋混凝土环梁与砂石垫层基础)；刚性基础(例如刚性桩与钢筋混凝土平板承台基础)。这三种类型的基础都有用于大型储液罐的成功实例。但是从抗强震的视角评价，柔性基础的地平面抗弯刚性差、稳定性较差，不足以抵御强地震；半刚性基础的环梁结构有多种优点，但由于环梁的水平方向压缩刚度不足，强地震会造成环梁裂缝，不均匀沉降，影响其安全性和耐久性。刚性基础有较大的水平压缩刚度，但是大尺寸的钢筋混凝土薄平板在强地震作用的面波引起基础的平板弯曲时，平板基础会弯曲破裂、酥碎，影响其安全性和耐久性。此外，大型储液罐的柔性基础、半刚性基础或者刚性基础，其支承储液罐的支承面均为平面形状或接近於平面形状，依靠储液罐重量和储液重量与基础之间的摩擦力或摩擦力与锚固储液罐的螺栓拉紧作用去固定储液罐。在偶遇强地震时，地震作用会破坏这种支承连接，并可能造成储液罐与连接管道的变形甚至破坏，使储液罐基础的安全性和耐久性受到损毁。储液罐的基础及基础与罐体的连接成为抵御地震作用的软夹层。大型储液罐及其基础的设计使用寿命通常不超过50年，且实际使用过程中常有不均匀沉降、基础开裂的问题，影响储液罐的安全。大型储液罐基础需要适用的抵御毁坏性、毁灭性强地震的消能减震与隔震结构与构造方法。

发明内容

本发明公开一种能抵御毁灭性的10度地震，用于立式大型储液罐的耐久性消能减震与隔震的基础构造方法与结构，其安全使用寿命可以达到70年到100年以上，使用寿命取决于基础的环境条件，如湿度、温度、侵蚀介质种类及浓度、混凝土的特殊防护状况等。这种基础的构造方法原理是以地震作用的时程分析与三维传力路线为指导，从竖向震动和水平震动进行分析，用钢筋混凝土旋转薄壳加圈梁作为基础的承重与隔震的刚性结构，用旋转薄壳基础之下的较厚的粗砂垫层作为基础的承重与消能减震的柔性结构，刚性薄壳和可变形柔性厚砂垫层组成刚柔兼备的三维消能减震隔震基础，共同保护柔韧性的钢制焊接储液罐薄壳与储液罐底板在偶遇毁灭性地震时免遭损毁，消能减震与隔震基础在毁灭性地震中不破坏，不损毁，可修复。

大型储液罐的消能减震与隔震基础有一个刚性的高性能混凝土现浇的耐久性钢筋混凝土旋转薄壳作为隔震的主要构件。相应的大型储液罐以相配合的钢制焊接旋转薄壳形状的底板，座在钢筋混凝土旋转薄壳基础内，改善了基础与储液罐之间的传力作用。旋转薄壳构件上部的开放边缘，沿圆周设有与旋转薄壳基础一体化的钢筋混凝土圈梁，加强混凝土薄壳的刚性和强度。圈梁上表面标高与储液罐周围的地平基本相同，基础的四周是护坡。从钢筋混凝土薄壳构件底面向下，依次排列有较厚的砂垫消能层；土工膜防水层；砂垫层；钢筋混凝土底基层；土工膜防水层；夯实的地基土。

这种耐久性消能减震与隔震的大型储液罐基础结构的地震作用传力路线是：地基土→钢筋混凝土预制板底基层→砂垫消能层→钢筋混凝土薄壳构件→储液罐→储液。储液罐偶遇毁坏性或毁灭性大地震时，地基土和钢筋混凝土预制板底基层会发生变形、位移、裂缝、酥碎、龟裂等现象，但是钢筋混凝土预制板底基层还可保持底基层钢筋整体的连续性，不出现表层错断，避免或基本上避免砂垫消能层的砂粒流失在地基土因地震作用所产生的巨大裂缝中。厚砂垫消能层在地震作用下，砂粒之间产生挤压、摩擦、滑动、搅动、破碎、翻动，消耗和分散了地震作用传递给混凝土旋转薄壳的振动，将地震波的波形分散，振动频率改变，使储液罐和钢筋混凝土薄壳构件仅受到消能减震之后的地震作用。砂垫层一般可消减40％～60％的地震作用，厚砂垫层就起到消能、减震作用。

消能减震隔震基础的钢筋混凝土薄壳是大型储液罐基础隔震的主要构件。钢筋混凝土旋转薄壳承受分布外压的能力，远远超过同样厚度的钢筋混凝土薄平板，所以薄壳可以有抵御强地震的能力。这种耐久性消能隔震基础能够抵御9度及10度的强烈大地震，但对于地震陷落、严重滑坡、崩塌、泥石流等灾害需要另加防范。

遭遇一次毁灭性的10度大地震以后，消能隔震基础可能出现不均匀沉降引起整体倾斜，但是可以在灾后进行调整，基本上不影响储液罐的正常使用，更不会损坏柔韧的储液罐罐底。储液罐基础的钢筋混凝土预制板底基层酥碎和第一道防水层破坏并不影响消能减震隔震基础再次抵御毁灭性地震的能力，也不影响第二道防渗层的防水能力。

本发明的优点：

1.大型储液罐的消能减震隔震基础在地震作用的时程分析的指导下，具有刚柔兼备的特点，有较优越的三维消能减震与隔震能力，能抵御10度的毁灭性地震，在10度地震时有保持正常功能，基本正常使用的能力。但是地震陷落、严重崩塌、滑坡、泥石流等灾害需另加防范。

2.有更优越的耐久性。大型储液罐基础的耐久性设计结构和施工建造，使储液罐基础的使用寿命根据环境条件可以达到70年至100年。

3.有更可靠的安全性。偶遇毁灭性的10度严重地震灾害，储液罐基础可保持不垮塌、不损毁、不需重建。有承受2次以上的毁灭性大地震的能力。

附图说明

图1是耐久性消能减震与隔震基础与地基的正视剖面示意图；

图2是耐久性消能减震与隔震基础与地基的组成层次结构剖面示意图。

具体实施方式

在选定的罐址上经过水文地质勘察后设计、开挖旋转曲面形状的基坑1。确定高程控制测量的水准点，开出施工机械进出施工现场的通路，按照需要进行地下水降水、排水和基坑支护。岩土挖方全部运到基坑四周，经处理和分层压实作为储液罐基础的护坡。经过人工与工程机械(推土机、挖掘机、压路机、运输车辆等)、岩石爆破、水力机械等施工完成的旋转曲面形状的基坑经压实的表面应平滑、坚实无突岩。曲面基坑1的几何形状与尺寸偏差不宜大于200毫米(用线规和模板测量)。在储液罐底部中心接管处15的部位开挖地下管道的竖井基坑2和管线通道基槽3。基坑1基坑2基槽3的地基土20经过地基处理达到设计与规范规定的地基承载力，满足地基变形与稳定性要求。

基坑1、2与基槽3表面夯实碾压平滑后，摊铺第一层防渗膜4。在防渗膜4表面摊铺200至300毫米厚的干燥粗砂层5并压平实。在砂层5上铺设正六边形钢筋混凝土预制板6和在基坑2与基槽3处铺设梯形预制板13。基槽3的侧边与基坑1的连接边缘折角18处，基坑1用部分正六边形预制的半板与梯形预制板13连接。各相邻预制板的钢筋头用焊接连接，预制板之间的板间缝隙用混凝土浇筑封闭。然后在预制板13和预制板6上摊铺300毫米厚的干燥粗砂7，并压平实。在砂垫层7上摊铺第二层防渗膜8，在防渗膜8上摊铺300毫米厚的干燥粗砂层9，并压平实。在砂层9上摊铺第三层防渗膜10，在防渗膜10上摊铺300毫米厚的干燥粗砂11并压平实。根据需要可以铺k层防渗膜，并压盖第k+1层干燥粗砂层。在基坑2和基槽3的侧斜面处，宜振捣密实，可用模板辅助粗砂层定位。

在基坑2底部与基槽3底部继续分层摊铺干砂并压平实，直至基坑2底部与基槽3底部干燥粗砂摊铺达到设计厚度，其平面达到规定的标高。在夯实压平的基坑2底部和基槽3底部的干燥粗砂垫层表面摊铺100毫米厚的灰土层12，并碾压平实。铺架竖井15和管线通道14的钢筋结构，支护钢框架胶合板大模板，捣浇高性能混凝土，直至竖井15封顶并预留进出管线孔洞，管线通道14封顶。混凝土固结后，将竖井15、管线通道14周围按每层300至500毫米的厚度，分层摊铺干砂11并压平实，直至达到设计的厚度。基坑1亦分层摊铺干燥粗砂11并压平实，直至达到设计厚度。

在竖井15顶板钢筋混凝土上的中心位置铺放钢板并固定，吊装架设钢制悬臂吊架(中国专利200810094035.0)，对粗砂垫层11的旋转曲面表面的几何形状与工程尺寸用悬臂吊架进行划线、校准、修补。在厚砂垫层11上铺设100毫米厚的灰土层12并压平实，用悬臂吊架的模板划线、校准灰土层12表面的几何形状与工程尺寸，修补其偏差。在灰土层12上架设旋转薄壳16与圈梁17的钢筋，保证内外层钢筋保护层厚度。分层连续捣浇高性能大体积混凝土(可设置后浇带)，用抬升后的悬壁吊架模板划线、校准旋转薄壳16表面的几何形状与工程尺寸，修补偏差(圈梁部位除外)。混凝土初步固结后，架设圈梁17的钢框胶合板大模板，用更换模板的悬臂吊架划线，校准圈梁17的成形模板的几何形状与位置偏差。连续分层捣浇圈梁17的高性能混凝土。养护混凝土至达到规定标准。混凝土达到初凝时拆模，卸除吊架立杆。检查并修补表面，按需要涂复保护钢筋混凝土旋转薄壳16与圈梁17的可见表面。夯实厚砂垫层的开放边缘，铺设厚砂垫层的封闭灰土层19。

Claims (10)

1.一种大型储液罐消能减震与隔震基础的构造方法与结构，其特征是，这种基础由钢筋混凝土旋转薄壳隔震构件、厚砂垫消能减震层，与钢筋混凝土预制板底基层、土工合成材料地下水防渗层组成，基础的组成结构层次从上到下的排列顺序是：钢筋混凝土旋转薄壳、灰土层、厚砂垫消能减震层，土工合成材料防渗层多层，砂垫层多层，钢筋混凝土预制板底基层，砂垫层，防渗层，地基土。

2.根据权利要求1所述的耐久性消能减震与隔震基础，其特征是，钢筋混凝土旋转薄壳无论采用准球面壳体、椭球壳体、带折边锥形壳体等结构，钢筋混凝土旋转薄壳在其开放边缘配有钢筋混凝土环形圈梁，圈梁宽度大于薄壳的厚度，圈梁钢筋与薄壳钢筋连结为一体，旋转薄壳与圈梁之间外表圆滑过渡连接。

3.根据权利要求1所述的耐久性消能减震与隔震基础，其特征是，钢筋混凝土旋转薄壳的薄壳及其圈梁用体积稳定性优良的高性能混凝土连续分层浇筑，可设后浇带。混凝土强度等级根据环境条件选用中级至中高级，混凝土的原材料水泥、粉煤灰、粗集料、细集料、水、外加剂等应符合技术规范要求，并在施工前进行配合比设计，达到满足弯拉强度、施工工艺、耐久性和体积稳定性四项基本要求，钢筋混凝土旋转薄壳的钢筋为双层双向布置的同种钢号的热轧带肋钢筋与热轧带肋钢筋焊接网。

4.根据权利要求1所述的耐久性消能减震与隔震基础，其特征是，砂垫消能减震层的砂料为黏性粒含量很低的干燥坚实的粗粒砂，粗砂可混合少量无棱角的圆润细砾和中砾，砂垫消能减震层厚度一般为2～3米。

5.根据权利要求1所述的耐久性消能减震与隔震基础，其特征是，砂垫消能层的铺设从经过地基处理后坚实平滑的地基土上的第1层土工合成材料防渗膜上开始，沙垫层与各层防渗膜和混凝土预制板底基层互相间隔，分层铺设，每层摊铺的粗砂夯压平实，特殊的竖井、管线通道周边等处的斜坡部位振捣密实。

6.根据权利要求1所述的耐久性消能减震与隔震基础，其特征是，钢筋混产土预制板底基层的预制板，混凝土强度等级为中低级至中级，配筋为D型钢筋焊接网，预制板厚度为100毫米至200毫米。

7.根据权利要求1所述的耐久性消能减震与隔震基础，其特征是，钢筋混凝土预制板底基层的预制板，其板面形状为正六边形板、正六边形的半板、梯形板，预制板间连接以钢筋头点焊和搭接后，板间缝隙用混凝土浇筑封闭。

8.根据权利要求1所述的耐久性消能减震与隔震基础，其特征是，基础的土工合成材料防渗膜使用连接成大片的防渗膜并锯齿形铺摊，两张防渗膜之间的连接在摊铺中可用胶接法，焊接法，或者溶剂粘接法连接，且可经真空罐试漏，火花试验、或超声波探测的无渗漏质量检查，验证其连接处及其它部位无渗漏，施工无破损。

9.根据权利要求1所述的耐久性消能减震与隔震基础，其特征是，基础厚沙垫层圆环形的开放边缘，在夯平实后表面覆有圆锥面形状的灰土层，灰土层厚度为50毫米至100毫米。

10.根据权利要求1所述的耐久性消能减震与隔震基础，其特征是，储液罐基础抗震设计方法基于三维地震作用的时程分析，对基础在地震作用时的传力路径与基础构件的强度、刚度进行分析，刚性构件，如钢筋混凝土旋转薄壳，有足够的抗震强度与刚度；柔性构件，如粗砂垫层，有足够的三维消能减震柔性，钢筋混凝土旋转薄壳在水平地震力和竖向地震力作用下的应力和强度，可以用几何形状轴对称的旋转薄壳承受非轴对称的水平分布地震力作用，与几何形状轴对称的旋转薄壳承受竖向分布地震力轴对称作用，地震作用下的储液——储罐耦联振动的静液压力与动液压力作用，三者的薄膜解与弯曲解，进行设计计算，粗砂垫层可以根据砂粒特性，试验确定其消能减震柔弹性与所需厚度。

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