靜壓注漿處理油罐基礎(chǔ)不均勻沉降

夏景和

(中國石化集團(tuán)洛陽石化工程公司，河南洛陽 471003)

1 工程概況

某煉油廠原料油罐區(qū)，共建有V=500 m3～1000 m3油罐10臺(tái)。此工程地處京杭大運(yùn)河南岸，該地區(qū)氣候濕潤多雨，年降雨量達(dá)1400 mm～1500 mm以上，地下水位較高。場地土質(zhì)情況為:耕土層;淤泥質(zhì)粘土;粉質(zhì)粘土;粘土等。場地特點(diǎn)是土體含水量高;孔隙比大;壓縮性強(qiáng);承載能力低(f=100 kPa左右)。原設(shè)計(jì)為:水泥粉噴樁復(fù)合地基(水泥粉噴樁直徑φ=0.4 m，樁長H=7 m～8 m)。油罐基礎(chǔ)做法:鋼筋混凝土環(huán)墻(H=1.8 m～2.0 m)，中間部分:從上到下分別為:瀝青砂絕緣層(最薄處80厚，以i=2%從中間向四周找坡);砂墊層500厚;素土夯填(H=1.3 m～1.5 m)。當(dāng)油罐施工完畢進(jìn)行充水試壓后，發(fā)現(xiàn)油罐中間部分發(fā)生局部沉陷。致使油罐底板呈不規(guī)則形狀，原有予抬高找坡已基本平緩。環(huán)梁沉降小，中間沉降大，過早形成明顯的“鍋底”。以某φ=10.0 m;V=1000 m3油罐為例，中間最大沉降達(dá)170 mm(由于沉降值是用靠尺測量，實(shí)際數(shù)值可能比此更大)，環(huán)梁邊緣最大沉降37 mm，油罐底板與基礎(chǔ)環(huán)梁之間大部分已脫開。顯然已超出了《石油化工企業(yè)鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的罐基礎(chǔ)錐面坡度不小于0.008的要求。如不進(jìn)行加固處理，則不能正常使用。

2 油罐基礎(chǔ)沉降原因的分析

針對(duì)以上沉降特點(diǎn)，分析認(rèn)為在總沉降中，地基的沉降占15%～20%左右，這是由于粉噴樁樁長H=7 m～8 m，正好處于油罐有效影響深度之內(nèi)，經(jīng)過充水試壓，地基的沉降已經(jīng)大部分完成。沉降的70%～80%是環(huán)墻內(nèi)回填土造成?；靥钔敛幻軐?shí)是造成環(huán)墻內(nèi)沉降大，環(huán)墻處沉降小的主要原因。油罐內(nèi)基礎(chǔ)回填土“素土夯填”施工缺陷有三個(gè)方面:

1)填料不符合要求，用本地基坑挖出的淤泥質(zhì)粘土回填，其中還夾雜部分截除的粉噴樁樁頭和石塊。

2)回填層厚大，壓實(shí)不夠(只人工夯實(shí))。

3)施工單位質(zhì)量意識(shí)淡薄，甲方和監(jiān)理的監(jiān)管不到位等。

由于該地區(qū)淤泥質(zhì)粘土在干燥情況下，固結(jié)成塊體狀，且非常堅(jiān)硬;但是如遇水浸泡，則很快喪失強(qiáng)度，壓縮性極強(qiáng)?；A(chǔ)環(huán)墻內(nèi)回填土在充水試壓后，隨著上面荷載的增加，使得回填的土體被壓縮，加之當(dāng)時(shí)正值雨季，地下水位上升，導(dǎo)致回填的淤泥質(zhì)粘土遇水浸泡，引起基礎(chǔ)不均勻下沉，頂部瀝青砂絕緣層破壞，出現(xiàn)局部凹陷。因此，加固的重點(diǎn)如下:

1)對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)回填土層局部空洞的填充;

2)對(duì)地基土層的滲透加固。

3 加固方案的選擇

一般來說，油罐基礎(chǔ)的修復(fù)應(yīng)遵循加固設(shè)計(jì)安全可靠，方便施工，節(jié)約投資的原則進(jìn)行。目前對(duì)油罐基礎(chǔ)的修復(fù)，常用以下四種方法:

1)將罐體整體或局部頂起(吊起)，罐底板下噴射或灌注施工法。2)整體移位修復(fù)法。3)氣墊船法。4)基礎(chǔ)半圓周挖溝糾偏法。

根據(jù)現(xiàn)場具體情況:方法1將罐體整體頂起或吊起，然后墊上道木或其他物質(zhì)，在罐底板下噴射或灌注施工，這將需要大型起重設(shè)備起吊或很多千斤頂。另外，由于罐底板鋼板一般都很薄，僅4 mm～6 mm，將產(chǎn)生較大的變形，把罐底板全部頂起，施工難度較大。需要處理的10臺(tái)油罐基礎(chǔ)工作量巨大;工期長;投資較多而且安全性差。方法2整體移位修復(fù)，施工質(zhì)量高;安全性好;罐基礎(chǔ)沉降處理徹底。但也需要大型起重設(shè)備起吊，而且裝置現(xiàn)場罐體周圍管線;閥門;機(jī)泵等附屬設(shè)施都已安裝就位，沒有空地。方法3也屬于位移法的一種，其做法是將氣墊船像圍裙一樣套箍在油罐外壁的下部，在圍裙內(nèi)送進(jìn)壓縮空氣，將油罐浮升起來，但此種方法一般常用于處理大型油罐的不均勻沉降或傾斜。方法4是在罐基礎(chǔ)周圍半圓周挖溝，此方法只能處理基礎(chǔ)傾斜糾偏，不能對(duì)罐底凹陷進(jìn)行修復(fù)。

綜合考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，場地，工期，投資等諸多因素，上述四種方法都難以實(shí)施，其關(guān)鍵點(diǎn)在于鋼罐底板如何脫離基礎(chǔ)。經(jīng)過多方案對(duì)比，最后決定采用在油罐內(nèi)設(shè)立三角支架提拉油罐底板，使其基本復(fù)原，然后利用靜壓注漿對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行填充和滲透，使其不均勻沉陷得到處理。

4 靜壓注漿

靜壓注漿就是利用壓漿泵，在一定的壓力下，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液克服地層的初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度，使地層中原有的裂隙或孔隙張開，形成新的裂隙或孔隙，促使?jié){液的可灌性和擴(kuò)散距離增大。由于脈狀漿液固化后在地層中起承受應(yīng)力的骨架作用，注漿壓力對(duì)地層的擠密及對(duì)原有孔洞的填塞作用，因而使地基土強(qiáng)度得到提高，防滲性能得到改善。漿液使原來松散的土粒或裂隙膠結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)強(qiáng)度大，防水防滲性能高的“結(jié)石體”。在注漿的過程中，漿液的流動(dòng)總是朝地基土較軟弱，力學(xué)強(qiáng)度較地低的地方，這些地方土層首先承受不住漿液的壓力而產(chǎn)生劈裂，在這一過程中，地基土的薄弱位置首先得到加強(qiáng)，從而起到調(diào)整地基土不均勻性的目的。

靜壓注漿材料一般以水泥砂漿為主，在地下水無侵蝕性條件下，采用普通硅酸鹽水泥即可，它取材容易，配方簡單，價(jià)格便宜，又不污染環(huán)境，故成為國內(nèi)外常用的注漿材料。

水泥漿的水灰比一般變化范圍為0.6～2.0，常用的水灰比是1∶1。為了調(diào)節(jié)水泥漿的性能，有時(shí)可加入速凝劑或緩凝劑等附加劑。

5 基礎(chǔ)處理方案

基礎(chǔ)處理程序:充水試壓→罐底板復(fù)原→罐底板開孔→加注水泥漿→收尾工作。

各項(xiàng)具體施工方法如下:

1)充水試壓。由于個(gè)別油罐前期充水時(shí)間較短(發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)異常后就停止了充水)，考慮到基礎(chǔ)內(nèi)填土可能未達(dá)到最后穩(wěn)定，故要對(duì)個(gè)別油罐繼續(xù)進(jìn)行充水試壓，充水加載時(shí)間根據(jù)基礎(chǔ)沉降情況決定。在充水加載過程中，要進(jìn)行沉降觀測，并記錄在案。要求每臺(tái)油罐做出沉降曲線，充水方法要嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行。

2)罐底板復(fù)原?；A(chǔ)處理前，罐底板為凹形，為使底板盡量恢復(fù)到原來位置，采用以下方法對(duì)底板進(jìn)行復(fù)原:先立鋼管支架，三根φ159×6鋼管間隔120°均勻布置(避開排污口)，生根于外環(huán)梁之上(見圖1)。鋼管支架頂端連接處，作成活動(dòng)連接，以利于下個(gè)油罐使用。在排污口的外側(cè)用千斤頂頂住罐底板，施加支撐力，幫助其復(fù)位。在油罐內(nèi)利用吊環(huán)和若干只手拉葫蘆(不均勻分布;視底板凹陷情況定)及鋼索進(jìn)行手工提拉，使其底板起拱復(fù)原。此時(shí)操作要注意各吊點(diǎn)用力均勻，底板提拉程度不能超過原底板起拱度(即i=2%坡度)。另外，提拉時(shí)視提拉情況，在底板中間開幾個(gè)φ150 mm的孔洞，以釋放應(yīng)力。

圖1 罐底板復(fù)原簡圖

3)罐底板開孔。在罐底板吊拉后，在上面用氣割割出若干個(gè)孔洞，然后焊接注漿鋼管(長10 mm～15 mm)，管徑根據(jù)注漿機(jī)軟管內(nèi)徑?jīng)Q定;開孔間距根據(jù)油罐內(nèi)基礎(chǔ)沉降具體情況確定，一般相隔1.5 m～2.0 m左右開孔。

4)加注水泥砂漿。完成以上各項(xiàng)工作之后，在注漿前，需要對(duì)罐四周環(huán)梁與罐底板間的縫隙用水泥砂漿封堵(可留若干個(gè)排氣孔)。水泥砂漿采用425號(hào)普通硅酸鹽水泥和生活飲用水調(diào)釋。其水灰比采用1∶(0.7～1)，其和易性、流動(dòng)性都比較好;坍落度控制在11 cm～17 cm左右。為了防止注漿機(jī)塞管，所用砂子要用細(xì)度模數(shù)小于2的中砂。處理施工前，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，沒有加緩凝劑或速凝劑。所用施工機(jī)械:擠壓式泥漿泵:SBJ-2型;工作壓力:1.5 MPa;最大工作壓力:2.0 MPa;最大水平輸送距離:80 m;最大垂直輸送距離:20 m;輸送管內(nèi)徑:50 mm。水泥砂漿配制后，倒入注漿機(jī)，對(duì)罐底板的每個(gè)開孔處，逐個(gè)進(jìn)行加壓注漿，注漿順序?yàn)閺耐鈧?cè)向中間進(jìn)行，直到排氣孔排出漿液。在注漿過程中，要對(duì)底板隨時(shí)觀察，敲擊底板和四周的環(huán)梁邊緣處，看是否有空鼓聲，以此來判斷充盈程度，以確定注漿是否飽和。確認(rèn)底板下的每個(gè)部位完全填滿，并停止?jié)B透后方可停止注漿。

5)收尾工作。以上各項(xiàng)工作完成后，即可拆除提拉葫蘆，鋼索吊環(huán)和鋼管支架。開孔處割掉管子并堵孔并對(duì)鋼罐底板進(jìn)行二次防腐處理。靜壓注漿后自然養(yǎng)護(hù)5 d即可加載使用。

6)施工質(zhì)量監(jiān)督。整個(gè)處理過程要由工作責(zé)任心強(qiáng)，質(zhì)量意識(shí)高的技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督。首先要保證水灰比的一致性。如水灰比過小，則施工困難，容易堵孔;水灰比太大時(shí)，容易施工但影響加固效果。另外加固作業(yè)要持續(xù)進(jìn)行，中間不能停頓，還必須要保持一定的灌漿速度，即單位時(shí)間內(nèi)注入的漿液量，注漿速度宜控制在20 L/mim～40 L/mim之間，否則影響加固效果。

6 經(jīng)濟(jì)效果與存在問題

每臺(tái)油罐實(shí)際注漿時(shí)間1 d，安裝，拆除支架等準(zhǔn)備工作2 d，共需3 d時(shí)間即可完成。投入人工:每班9人;投入設(shè)備:運(yùn)送漿液鏟車和注漿機(jī)各一臺(tái)。需要處理的10臺(tái)罐基礎(chǔ)，經(jīng)30多天即處理完畢。每臺(tái)油罐基礎(chǔ)實(shí)際灌入水泥砂漿6 m3～7 m3，總用量約77 m3。整個(gè)加固工程共需投資3.0萬元左右。由此看出，靜壓注漿處理油罐基礎(chǔ)沉陷與整體移位等方法比較起來，省工，省時(shí)，節(jié)約投資，不用投入大型機(jī)械設(shè)備，而且施工安全簡單，但也存在以下缺點(diǎn):

1)由于基礎(chǔ)下沉，瀝青砂絕緣層被破壞，原有空洞處填充的水泥漿與罐底板接觸，對(duì)底板防腐有一定影響。

2)根據(jù)下沉量計(jì)算，每臺(tái)油罐填充體積約3 m3～4 m3，但實(shí)際上每臺(tái)注入約6 m3～7 m3，說明有一部分水泥漿已滲透到地基中了，但由于注漿管沒有直接伸到地基中，致使對(duì)地基土的加固效果不明顯。

7 結(jié)語

本工程自1999年8月加固完成后，裝置于1999年12月正式投產(chǎn)，投入使用至今已連續(xù)安全運(yùn)行了十多年，經(jīng)廠方定期沉降觀測，沒有發(fā)現(xiàn)大的不均勻沉降，沉降差很小，完全滿足規(guī)范及生產(chǎn)要求。說明用靜壓注漿加固油罐基礎(chǔ)不均勻沉降，方法是可行的，技術(shù)上是可靠的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。特別是利用三角支架在油罐內(nèi)提拉罐底板，免除了用眾多千斤頂將油罐頂起，或用起重機(jī)械把油罐移位的工作，這對(duì)于處理中小油罐環(huán)墻內(nèi)回填土不均勻沉降具有一定的參照意義，也是本次加固處理地基的一個(gè)嘗試。

［1］賈慶山.油罐基礎(chǔ)工程事故分析與處理［J］.特種結(jié)構(gòu)，1991(2)：36-37.

［2］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.