JP7337724B2 - Semi-underground tank structure - Google Patents
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Description
本発明は、半地下タンク構造および半地下タンクの構築方法に関する。 The present invention relates to a semi-underground tank structure and a method for constructing a semi-underground tank.
地上LNGタンクや地下LNGタンク(以下、「地上LNGタンク」と「地下LNGタンク」を区別しない場合は、単に「LNGタンク」という)では、天然ガスを冷却し、液化した状態で貯蔵している。このようなLNGタンクの基礎構造として、支持層が深い場合には、杭基礎構造を採用するのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。一方、支持地盤が浅い場合には、直接基礎構造を採用するのが一般的である。
地上LNGタンクでは、底版の上面を最終基盤面(タンク周辺の地盤面)よりも上に位置させ、底版に敷設する底部ヒーター管を底版の側面から外部に引き出す(地上に配設する)のが一般的である。一方、最終基盤面よりも高い位置に底版を突出させると、躯体の仕上がり高さが大きくなり、その結果、水平外力による影響が大きくなるため、転倒モーメントや滑動力に対する安定性を確保するための対策工を講じる必要がある。
そこで、特許文献2のLNGタンクでは、半地下タンク構造として、躯体の仕上がり高さを小さくしている。また、特許文献2の半地下タンク構造は、底版施工時の掘削法面をすべり線に沿うように形成することで人工的なすべり面を形成し、このすべり面上の盛土の土圧をタンク躯体の外周面に作用させることでタンク躯体を拘束し、転倒モーメントや滑動力に対する安定性を確保している。
特許文献2の半地下タンク構造は、地盤を掘削することで人工的なすべり面を形成する必要があるため、原地盤が最終基盤面(最終的なタンク周辺の地盤面)よりも低い場合など、掘削を要しない施工個所には不向きであった。
In aboveground LNG tanks and underground LNG tanks (hereinafter simply referred to as "LNG tanks" when not distinguishing between "aboveground LNG tanks" and "underground LNG tanks"), natural gas is cooled and stored in a liquefied state. . As the foundation structure of such an LNG tank, it is common to employ a pile foundation structure when the support layer is deep (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, when the supporting ground is shallow, it is common to adopt a spread foundation structure.
In aboveground LNG tanks, the top surface of the bottom plate is positioned above the final base surface (the ground surface around the tank), and the bottom heater pipes laid on the bottom plate are pulled out from the sides of the bottom plate (placed on the ground). Common. On the other hand, if the bottom slab protrudes at a position higher than the final base surface, the finished height of the frame will increase, and as a result, the influence of horizontal external force will increase. It is necessary to take countermeasures.
Therefore, in the LNG tank of
In the semi-underground tank structure of
本発明は、現地状況に限定されることなく、安定性を確保することを可能とした半地下タンク構造を提案することを課題とする。 An object of the present invention is to propose a semi-underground tank structure that can ensure stability without being limited to local conditions.
前記課題を解決するために、本発明の半地下タンク構造は、底版と、前記底版に立設された側壁とを備えており、前記底版は、前記側壁の外面よりも外側に張り出す平面形状を有しているとともに地盤面(タンク周辺の地盤面)よりも下側に位置していて、前記側壁の少なくとも一部は前記地盤面よりも上方に突出しており、前記底版の底面縁を起点としたすべり面よりも上側の盛土材に固化材が混合されている。なお、本明細書における「地盤面」は、地盤の表面(地表面)の他、舗装面、土間コンクリート面等も含むものとする。
かかる半地下タンク構造によれば、底版が側壁の外側に張り出しているため、底版に上載された盛土がカウンターウェイトとして作用し、半地下タンク構造の滑動や転倒に対する抵抗力が向上する。また、人工的なすべり面を形成する必要が無いため、掘削を要しない場所であっても、安定性を確保した半地下式のLNGタンクを構築することができる。
また、前記底版の底面縁を起点としたすべり面よりも上側の盛土材に固化材が混合されているため、側壁に作用する受動土圧の低減化を図ることができる。
なお、既設基礎版が存在する場所にLNGタンクを構築する場合には、前記底版を既設基礎版の上面に接合するのが望ましい。前記底版を前記既設基礎版に接合することにより、安定性能が向上し、地震や津波等に起因する想定外の外力が作用した際の耐力が向上する。
In order to solve the above-described problems, the semi-underground tank structure of the present invention includes a bottom plate and side walls erected on the bottom plate. and is located below the ground surface (the ground surface around the tank), and at least a part of the side wall protrudes above the ground surface , starting from the bottom edge of the bottom plate The solidification material is mixed with the embankment material above the slip surface . In this specification, the term "ground surface" includes not only the surface of the ground (ground surface), but also a paved surface, a dirt floor concrete surface, and the like.
According to such a semi-underground tank structure , since the bottom slab protrudes outside the side walls, the embankment placed on the bottom slab acts as a counterweight, thereby improving the resistance of the semi-underground tank structure against sliding and overturning. Moreover, since there is no need to form an artificial slip surface, a semi-underground LNG tank that ensures stability can be constructed even in a place that does not require excavation.
Further , since the embankment material above the slip surface starting from the bottom edge of the bottom slab is mixed with the solidification material, the passive earth pressure acting on the side walls can be reduced.
When constructing an LNG tank in a place where an existing foundation slab exists, it is desirable to join the bottom slab to the upper surface of the existing foundation slab. By joining the bottom slab to the existing foundation slab, the stability performance is improved, and the proof strength is improved when an unexpected external force caused by an earthquake, tsunami, or the like acts.
本発明の半地下タンク構造によれば、現地状況に限定されることなく、安定性を確保することが可能となる。 According to the semi-underground tank structure of the present invention, it is possible to ensure stability without being limited to local conditions.
本実施形態では、半地下式の液化天然ガス(LNG)タンクを構築する場合について説明する。本実施形態では、LNG受け入れ基地において、既設のLNGタンクを撤去した跡地に新たにLNGタンク1(半地下タンク構造)を構築する。本実施形態のLNGタンク1は、いわゆるメンブレン方式により形成されており、図1に示すように、底版2と、底版2に立設された側壁(防液堤)3と、底版2と側壁3により囲まれた空間に設けられたタンク本体4とを備えている。ここで、図1は、半地下タンク構造(LNGタンク1)の断面図である。なお、本実施形態の半地下タンク構造は、LNG受け入れ基地に予め設けられた既設基礎版5上に形成する。既設基礎版5は、所定の厚さを有したコンクリート構造体(いわゆる耐圧マット)であって、最終的な地盤面GLの仕上がり高さ(最終基盤面)よりも下に位置している。
In this embodiment, a case of constructing a semi-underground liquefied natural gas (LNG) tank will be described. In this embodiment, a new LNG tank 1 (semi-underground tank structure) is constructed on the site where the existing LNG tank was removed in the LNG receiving terminal. The
底版2は、タンク本体4の下面を覆うように形成された平面視円形のコンクリート構造体である。底版2の上面は、中央から外側に向かうにしたがって低くなる水切り用の勾配が形成されている。底版2の上面の勾配の大きさは限定されるものではないが、本実施形態では1/200とする。また、底版2の内部には、鉄筋(図示せず)と、底部ヒーター81とが埋設されている。ここで、底部ヒーター81は、底版2内に配設された管路である。底部ヒーター81の内部に熱媒(例えば、不凍液等)を循環させることにより、タンク本体4内の温度による基礎地盤の凍結が防止される。底部ヒーター81は、管材(ヒーター部材)8を連結することにより形成されている。本実施形態の底部ヒーター81は、コイル状に配設されている。なお、底部ヒーター81の構成は限定されるものではなく、例えば、電熱線により構成してもよい。
底版2は、側壁3の外面よりも外側に張り出す平面形状を有しているとともに、地盤面GL(地盤の表面、舗装面、土間コンクリート面等を含む、タンク周辺の最終的な地表面)よりも下側に位置している。底版2の縁部(側壁3から張り出した部分)の上面には、盛土6(盛土材)が上載されている。なお、底版2の平面形状は、円形に限定されるものではなく、側壁3(タンク本体4)の形状に応じて適宜決定すればよい。
また、底版2は、既設基礎版5に上載されている。底版2は、複数のアンカー7を介して既設基礎版5の上面に接合されている。底版2を既設基礎版5に接合することにより、LNGタンク1の安定性能が向上している。本実施形態では、底版2の下面に対して、所定の間隔をあけて配設された複数のアンカー7が全体的に配設されている。なお、アンカー7の配設ピッチは限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、アンカー7の配置は限定されるものではなく、例えば、底版2の縁部のみに配置してもよい。
The
The
Also, the
側壁3は、底版2の周縁よりも内側において、底版2の上面に立設されたコンクリート構造体である。本実施形態の側壁3は、平面視円形(円筒状)を呈している。なお、側壁3の壁厚、壁高および平面形状は限定されるものではなく、タンク本体4の形状や規模などに応じて適宜決定すればよい。側壁3の脚部(例えば、壁高の半分以下)の外周囲は盛土6により覆われていて、側壁3のその他の部分は地盤面GLよりも上方に突出している。側壁3の下部(盛土6に埋設された部分)には、側部ヒーター82が埋設されている。側部ヒーター82は、側壁3に配設された管路である。側部ヒーター82の内部に熱媒(例えば、不凍液等)を循環させることにより、LNGタンク1内の温度による周辺地盤の凍結が防止される。側部ヒーター82は、管材(ヒーター部材)8を連結することにより形成されている。本実施形態の側部ヒーター82は、底部ヒーター81と連結されている。側部ヒーター82は、地盤面GLよりも上側において、側壁3の側面から外部に引き出されている(地上に配設されている)。なお、側部ヒーター82は、底部ヒーター81とは別に配管してもよい。また、側部ヒーター82を配置する代わりに、側壁3の内側に設置する保冷材の性能を向上させることにより、周辺地盤の凍結の防止を行ってもよい。
The
タンク本体4は、液化天然ガスを貯留するための容器である。タンク本体4は、円筒状の壁部41と、壁部41によって囲まれた空間の下面を覆う底部42と、壁部41によって囲まれた空間の上面を覆う屋根部43とにより構成されている。タンク本体4の形状は限定されるものではなく、例えば平面視矩形状にするなど、適宜決定すればよい。また、タンク本体4の構成は、所定の断熱性と密閉性を有していれば限定されるものではなく、適宜決定すればよい。
The tank
次に、図2を利用して、本実施形態の半地下タンクの構築方法について説明する。図2は、半地下タンクの構築方法の各工程を示す断面図である。
半地下タンクの構築方法は、準備工程(図2(a))と、底版構築工程(図2(b))と、側壁構築工程(図2(c))と、盛土工程(図2(d))とを備えている。
準備工程では、図2(a)に示すように、既設のLNGタンクを撤去することにより露出した既設基礎版5に対して、LNGタンク1の形成箇所に対応する位置にアンカー7を植設する。
底版構築工程では、図2(b)に示すように、底版2を構築する。底版2は、側壁3の外径よりも大きな直径を有している。底版構築工程では、まず、既設基礎版5の上に鉄筋を配筋し、底部ヒーター81用の管材8(図示せず)を配管するとともに、鉄筋および管材8の周囲に型枠を組み立て、その後、型枠の内部にコンクリートを打設する。型枠は、縁部が側壁3の外面よりも所定の大きさ分外側に張り出すように、側壁3の外径よりも大きな内径を有した状態で組み立てる。なお、コンクリートは、アンカー7の頭部を巻き込むように打設する。また、底版2には、側壁3の位置に対応して、接続用の鉄筋を突設しておく。コンクリートに所定の強度が発現したら、脱型する。なお、底版2は、プレキャスト部材を敷設することにより形成してもよい。
Next, a method for constructing a semi-underground tank according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing each step of a method of constructing a semi-underground tank.
The semi-underground tank construction method includes a preparation process (Fig. 2(a)), a bottom slab construction process (Fig. 2(b)), a side wall construction process (Fig. 2(c)), and an embankment process (Fig. 2(d) )).
In the preparatory step, as shown in FIG. 2(a), anchors 7 are planted at positions corresponding to the locations where the
In the bottom plate construction step, the
側壁構築工程では、図2(c)に示すように、底版2の上面に側壁3を立設させる。本実施形態では、プレキャスト製の壁部材を連設することにより、筒状の側壁3を形成する。側壁3を構成する各壁部材の下部には、側部ヒーター82用の管材8(図示せず)が配管されている。なお、側壁3は、現場打ちコンクリートにより形成してもよい。
盛土工程では、図2(d)に示すように、側壁3の下部周囲に盛土6が行われる。盛土6は、底版2の縁部(側壁3から張り出した部分)の上にも行う。本実施形態では、LNGタンク1の周囲に盛り立てられる盛土材として、固化材が混合された改良土を使用する。なお、改良土は、少なくとも底版2の底面縁を起点としたすべり面よりも上側の盛土材に使用するものとする。
In the side wall constructing step, as shown in FIG. In this embodiment, the
In the embankment process, as shown in FIG. 2(d), an
本実施形態の半地下タンク構造によれば、底版2が側壁3の外側に張り出しているため、底版2に上載された盛土6がカウンターウェイトとして作用する。そのため、LNGタンク1に水平外力が作用した場合であっても、滑動や転倒に対する抵抗力が向上する。
また、底版2の底面縁を起点としたすべり面よりも上側の盛土材に固化材が混合されているため、側壁3に作用する受動土圧の低減化を図ることができる。
また、既設基礎版5の上面に底版2を一体に接合しているため、地震時や津波等に起因する想定外の外力が作用した際の耐力(安全性能)が向上する。
既設基礎版5を撤去する必要がないため、既設基礎版5の撤去に要する手間や費用を削減できる。
According to the semi-underground tank structure of this embodiment, since the
Moreover, since the solidification material is mixed in the embankment material above the slip surface starting from the bottom edge of the
In addition, since the
Since there is no need to remove the existing
以下、本実施形態の半地下タンク構造(LNGタンク1)について安定性を確認した照査結果について説明する。本照査では、LNGタンク1の滑動と転倒に対してそれぞれ安定性を確認した。本照査のLNGタンク1は、図3に示すように、底版2の厚さを1.4m、直径を26.4mとし、側壁3は高さ19.64m、壁厚0.6mとした。内径が18.2mのタンク本体4に深さ17.4mまで内容液を貯留するものとし、内容液の重さは2000tonとした。さらに、底版2の下端から地盤面GLまでの高さ(盛土6の高さ)は3.8mとした。
「LNG地上式貯槽指針」(一般社団法人日本ガス協会、2019年9月)に基づいて、LNGタンク1に作用する設計地震力を設定し、滑動、転倒に対する照査を行った。表1に、LNGタンク1の各部材の重量と設計地震力を示す。なお、滑動・転倒に対する安定照査は、「鉄道構造物等設計標準・同解説」(国土交通省鉄道局監修、財団法人鉄道総合技術研究所編)に準拠した。
In the following, the result of checking the stability of the semi-underground tank structure (LNG tank 1) of this embodiment will be described. In this review, the stability of the
Based on the ``Guidelines for Aboveground LNG Storage Tanks'' (Japan Gas Association, September 2019), we set the design seismic force acting on the
滑動に対する照査は、水平慣性力H<設計水平支持力Rhを満足するか否かについて確認した。また、転倒に対する照査は、偏心量ex<半径R×5/8を満足するか否かについて確認した。
なお、水平慣性力H,設計水平支持力Rh,偏心量exは、それぞれ、式1、式2、式3により算出する。
水平慣性力H=HF+HW+HM ・・・ 式1
ここに、HF:底版の水平慣性力で、底版重量WFに設計水平震度KHを乗じた値
HW:側壁の水平慣性力で、側壁重量WWに設計水平震度KHを乗じた値
HM:内容液の水平慣性力で、設計水平震KHを考慮した動液圧より算定される値
設計水平支持力Rh=frp×αh×L×Pp×H×cоsδp ・・・ 式2
ここに、αh:フーチング前面の形状係数
L :荷重直角方向のフーチングの幅
Pp:フーチング前面の受働土圧力度
H :層の厚さ
δp:フーチング前面と土との摩擦角
frp:直接基礎の水平支持力に対する地盤抵抗係数
偏心量ex=M/V ・・・ 式3
ここに、M:底面中心に作用する設計モーメント
V:底面における設計有効鉛直荷重
In checking the sliding, it was confirmed whether or not the horizontal inertia force H<the design horizontal bearing force Rh was satisfied. In addition, to check the overturn, it was confirmed whether or not the eccentricity ex <radius R×5/8 was satisfied.
The horizontal inertial force H, the designed horizontal bearing force Rh, and the eccentricity ex are calculated by
Horizontal inertia H= HF + HW + HM ...
Here, HF : Bottom slab horizontal inertia force, bottom slab weight WF multiplied by design horizontal seismic coefficient KH HW : Side wall horizontal inertia force, sidewall weight WW multiplied by design horizontal seismic coefficient KH Value H M : The horizontal inertia force of the content fluid, which is calculated from the dynamic fluid pressure in consideration of the design horizontal vibration KH . 2
Here, αh: Shape factor of the front surface of the footing L: Width of the footing in the direction perpendicular to the load Pp: Pressure of passive soil on the front surface of the footing H: Layer thickness δp: Friction angle between the front surface of the footing and the soil frp : Spread foundation Ground resistance coefficient eccentricity e x = M/V for horizontal
Here, M: Design moment acting on the center of the base V: Design effective vertical load on the base
LNGタンク1の水平慣性力Hは42000kNで、設計水平支持力Rh=68000kN未満であった。この結果、LNGタンク1は水平慣性力Hを上回る設計水平支持力Rhを有しているため、滑動に対して安全性が確保されていることが確認できた。また、底版2を既設基礎版5にアンカー7を介して接合した場合は、設計水平支持力Rh=112000kNとなる。そのため、底版2を既設基礎版5に接合することで、安全率が0.75となり、底版2を既設基礎版5に接合しない場合の安全率0.62よりも安定性が向上することが確認できた。
また、LNGタンク1の偏心量exは8.17mで、R×5/8=8.25mであった。したがって、LNGタンク1が転倒に対する安全性が確保されていることが確認できた。
The horizontal inertial force H of the
Also, the eccentricity ex of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記実施形態では、盛土材として固化材が混合された土である改良土を使用する場合について説明したが、盛土材を構成する材料は限定されるものではない。例えば、固化材が混合されていない土であってもよいし、流動化処理土等であってもよい。
前記実施形態では、底版2を既設基礎版5に複数のアンカー7を介して接合するものとしたが、底版2と既設基礎版5との接合方法は限定されるものではなく、例えば、ジベルを介して接合してもよい。また、底版2は、必ずしも既設基礎版5に接合する必要はない。さらに、本発明に係るLNGタンク1は、既設基礎版5が無い場所に適用してもよい。
タンク本体4を施工するタイミングは限定されるものではなく、側壁3の施工前、側壁3の施工後、あるいは、側壁3の施工と並行して行ってもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the constituent elements described above can be modified as appropriate without departing from the scope of the present invention.
In the above embodiment, the case of using improved soil, which is soil mixed with a solidifying material, as the embankment material has been described, but the material constituting the embankment material is not limited. For example, it may be soil that is not mixed with a solidifying material, or it may be fluidized soil or the like.
In the above embodiment, the
The timing of constructing the
1 LNGタンク(半地下タンク構造)
2 底版
3 側壁
4 タンク本体
5 既設基礎版
6 盛土
7 アンカー
GL 地盤面
1 LNG tank (semi-underground tank structure)
2
Claims (2)
前記底版は、前記側壁の外面よりも外側に張り出す平面形状を有しているとともに、地盤面よりも下側に位置していて、
前記側壁の少なくとも一部は前記地盤面よりも上方に突出しており、
前記底版の底面縁を起点としたすべり面よりも上側の盛土材に固化材が混合されていることを特徴とする、半地下タンク構造。 A semi-underground tank structure comprising a bottom plate and side walls erected on the bottom plate,
The bottom plate has a planar shape projecting outward from the outer surface of the side wall and is positioned below the ground surface,
At least part of the side wall protrudes above the ground surface ,
A semi-underground tank structure, characterized in that a solidification material is mixed with the embankment material above the slip surface starting from the bottom edge of the bottom slab .
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