深厚回填土地基儲(chǔ)罐群不均勻沉降原因分析及糾偏加固處理

田龍龍，梁學(xué)琴

（1. 中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司 北京設(shè)計(jì)分公司，北京 100085；2. 中鐵建網(wǎng)絡(luò)信息科技有限公司，北京 100043）

0 引 言

儲(chǔ)罐作為重要的存儲(chǔ)設(shè)備，隨著國(guó)內(nèi)外油田地面工程、大型煉廠和儲(chǔ)備庫(kù)的大量建設(shè)，在原油、天然氣、化工品和工業(yè)用水等的存儲(chǔ)中廣泛應(yīng)用。單體罐的容量和幾何尺寸隨著建設(shè)技術(shù)水平的提高而越來(lái)越大，大規(guī)模的儲(chǔ)罐群屢見(jiàn)不鮮[1]。

儲(chǔ)罐沉降類(lèi)型包括整體均勻沉降、整體均勻傾斜、不均勻沉降、邊緣沉降及局部凹陷。地基不均勻沉降是導(dǎo)致儲(chǔ)罐破壞事故的主要原因，會(huì)造成罐頂扭曲變形、罐壁屈曲、檐梁的屈服等，儲(chǔ)罐破壞所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失不僅限于結(jié)構(gòu)或地基本身，更主要的是它將引起工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的中斷，同時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響[2-5]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)特定場(chǎng)地、不同規(guī)模的儲(chǔ)罐地基沉降事故進(jìn)行了研究，探討了沉降原因。例如，李明瑛[6]對(duì)某20 000 m3儲(chǔ)油罐傾斜原因進(jìn)行了分析，主要傾斜原因是地基中存在未揭露的溶洞，加載后產(chǎn)生差異沉降?？到艿萚7]分析了軟土地基不經(jīng)過(guò)處理直接修建儲(chǔ)罐群，充水預(yù)壓過(guò)快、產(chǎn)生較大超孔隙水壓力是儲(chǔ)罐群地基產(chǎn)生不均勻沉降的主要原因。張棟材[8]分析了某工程3 000 m3油罐產(chǎn)生不均勻沉降的原因主要為表層人工填土地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，軟弱下臥層強(qiáng)度不夠，施工場(chǎng)地排水不暢使地基產(chǎn)生浸水變形等。可以看出，儲(chǔ)罐地基沉降與地質(zhì)條件、水文條件、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工和充水試驗(yàn)等因素相關(guān)，但未見(jiàn)有針對(duì)類(lèi)似本文深厚回填土地基（平均厚度16 m）儲(chǔ)罐群地基沉降原因的研究。

建（構(gòu)）筑物加固及糾偏施工方法及技術(shù)較多，主要包括迫降糾偏（掏土法、水力切割法）、頂升糾偏（千斤頂、注漿法）和綜合糾偏。注漿技術(shù)在住宅、辦公樓和高層建筑等采用剛性基礎(chǔ)的建（構(gòu)）筑物糾偏領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[9-13]，由于儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)多為環(huán)墻式柔性基礎(chǔ)，剛度差，在加固糾偏過(guò)程中若選用方法不當(dāng)或者施工過(guò)程中控制不當(dāng)，建（構(gòu)）筑物傾斜會(huì)更加嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致建（構(gòu)）筑物底板破裂，造成嚴(yán)重事故，因此儲(chǔ)罐基礎(chǔ)糾偏常采用整體移位修復(fù)法（吊裝法、氣墊船移位法）、頂升調(diào)正糾偏法和掏土糾偏法，注漿技術(shù)使用較少[14-15]。因此本文針對(duì)深厚回填土地基儲(chǔ)罐群采用的注漿加固糾偏處治方法，對(duì)后續(xù)類(lèi)似場(chǎng)地工程問(wèn)題的處理具有重要的參考價(jià)值。

1 工程概況

1.1 工程情況

擬建工程儲(chǔ)罐群位于云南省安寧市草鋪鎮(zhèn)，由4座1萬(wàn)m2儲(chǔ)水罐組成，分別為事故水罐A、事故水罐B、調(diào)節(jié)罐A和調(diào)節(jié)罐B。4個(gè)儲(chǔ)罐均為鋼結(jié)構(gòu)固定頂罐，高度17.86 m，鋼筋混凝土環(huán)墻式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為強(qiáng)夯處理后的回填土地基，設(shè)計(jì)承載力要求大于200 kPa，壓縮模量大于12 MPa。儲(chǔ)罐環(huán)墻基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為1 903.5 m，基礎(chǔ)底面標(biāo)高為1 902.0 m，罐區(qū)地面標(biāo)高為1 903.0 m。

儲(chǔ)罐群平面位置和各罐的沉降傾斜方向（圖中箭頭所示）見(jiàn)圖1。儲(chǔ)罐基礎(chǔ)平面圖和剖面圖見(jiàn)圖2和圖3。

圖 1 儲(chǔ)罐群平面位置示意圖Fig. 1 Location of storage tank group

圖 2 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)平面示意圖Fig. 2 Foundation layout of storage tank

圖 3 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)剖面圖Fig. 3 Foundation profile of storage tank

儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)：儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)為拱頂罐（設(shè)有內(nèi)罐），容積為10 985 m3，外罐內(nèi)直徑為28 m，內(nèi)罐內(nèi)直徑為11 m，罐底板直徑28.14 m，環(huán)墻外直徑28.4 m，環(huán)墻內(nèi)直徑27.6 m，儲(chǔ)罐底板厚度為0.008 m。設(shè)備自重為3 000 kN（其中內(nèi)罐重為850 kN），充水重為104 600 kN（其中內(nèi)罐充水重為17 090 kN），儲(chǔ)液面高度為16.8 m，保溫重為200 kN，梯子重為62 kN。環(huán)墻基礎(chǔ)高度1.5 m，露出地面高度為0.5 m，基礎(chǔ)埋深為1 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

擬建工程場(chǎng)區(qū)位于山前平原地貌區(qū)，鄰近丘陵地貌區(qū)，原始地貌為耕地、魚(yú)塘、草地等。根據(jù)勘察資料，擬建儲(chǔ)罐場(chǎng)區(qū)（30 m深度范圍內(nèi)）主要涉及地層包括人工堆積的素填土、第四紀(jì)沖洪積黏性土層及下伏基巖組成。典型地層剖面圖如圖4所示。其中，第①層素填土（Q4ml）回填土料主要來(lái)自于鄰近丘陵地貌的挖方區(qū)，強(qiáng)夯分層壓實(shí)處理，層厚13～20 m，平均厚度約為16 m。第②層粉質(zhì)黏土（Q4al+p1）以可塑狀態(tài)為主，局部硬塑，為中等壓縮性土，層厚5～7 m。第③層含礫粉質(zhì)黏土（Q4al+p1）呈可塑-硬塑狀態(tài)，中等壓縮性土，分布不連續(xù)，層厚1.0～3.0 m。第⑤-1層全風(fēng)化泥巖、砂巖以硬塑狀態(tài)為主，中等壓縮性土，層厚1.0～3.0 m。第⑥-1層強(qiáng)風(fēng)化泥巖、砂巖，呈中密-密實(shí)狀態(tài)，層厚6.0～10.0 m。

圖 4 典型的地層剖面Fig. 4 Typical geology profile

1.3 地基處理及檢測(cè)

各構(gòu)筑物回填土厚度均大于10 m，按兩層進(jìn)行強(qiáng)夯地基處理，底層強(qiáng)夯至標(biāo)高1 898.20 m，采用12 000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯處理，設(shè)計(jì)有效處理深度11～12 m。頂層強(qiáng)夯至標(biāo)高1 902.20 m，采用4 000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯處理，設(shè)計(jì)有效處理深度4～6 m。

根據(jù)強(qiáng)夯設(shè)計(jì)，12 000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯分為5遍進(jìn)行：第1、2遍采用12 000 kN·m能級(jí)平錘強(qiáng)夯，夯點(diǎn)間距10 m；第3遍為1、2遍主夯點(diǎn)的3 000 kN·m能級(jí)原點(diǎn)加固夯；第4遍為6 000 kN·m能級(jí)平錘強(qiáng)夯，夯點(diǎn)位于主夯點(diǎn)中間；第5遍為2 000 kN·m能級(jí)滿夯。

強(qiáng)夯施工完成后，底層強(qiáng)夯采用標(biāo)貫試驗(yàn)、重型動(dòng)探試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，頂層強(qiáng)夯采用靜載試驗(yàn)、標(biāo)貫、重型動(dòng)探及面波測(cè)試等手段進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，底層及頂層強(qiáng)夯有效加固深度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其下有效加固深度范圍內(nèi)均滿足承載力特征值≥200 kPa、壓縮模量≥12 MPa的設(shè)計(jì)要求。

1.4 施工進(jìn)程及沉降觀測(cè)結(jié)果

各儲(chǔ)罐自2013年11月同時(shí)開(kāi)始施工，至2014年7月主體結(jié)構(gòu)施工完成，尚未進(jìn)行管道、閥門(mén)等設(shè)備安裝，周期9個(gè)月。主體結(jié)構(gòu)施工后1個(gè)月發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐有較大沉降，通過(guò)在環(huán)墻周邊均勻布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開(kāi)始連續(xù)4個(gè)月不間斷的沉降觀測(cè)，截止觀測(cè)結(jié)束，各儲(chǔ)罐的沉降情況見(jiàn)表1。沉降發(fā)生主要集中在觀測(cè)的后2個(gè)月內(nèi)，即工后3個(gè)月起，且各罐沉降均尚未穩(wěn)定，有持續(xù)下沉的趨勢(shì)，不滿足設(shè)計(jì)要求，無(wú)法進(jìn)入下一道工序。

表1 各儲(chǔ)罐地基變形一覽表Table 1 Foundation deformation of tanks

2 沉降原因綜合分析

2.1 場(chǎng)地回填土特性

儲(chǔ)罐沉降前后總共進(jìn)行了三階段勘察工作，第一階段為2013年4月的詳勘階段（強(qiáng)夯處理后，沉降前）。第二階段為2015年1月的補(bǔ)充勘察階段（沉降后）。第三階段為2015年4月的地基加固施工勘察階段（沉降后）。選取各階段典型的鉆孔柱狀圖及巖土層物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，如圖5所示。

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)平回填地基土土層以黏土、粉質(zhì)黏土素填土為主，碎石土（約占10%）、黏性土（約占90%）組成，碎石母巖成分主要由整平開(kāi)挖的風(fēng)化基巖等組成，粒徑一般5～30 cm，分布不均勻，碎石土以稍密-松散狀態(tài)為主；黏土、粉質(zhì)黏土素填土含水量較大，飽和度普遍大于80%，素填土壓縮性高、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、不易夯實(shí)、在地下水的作用下遇水易軟化且局部有膨脹性、膨脹潛勢(shì)為弱、地層分布不均勻、工程性質(zhì)相對(duì)較差。

沉降發(fā)生以后兩階段勘察揭示，第①大層素填土分布有較多的亞層（①1～①4），亞層工程性質(zhì)普遍較差，含水量明顯高于詳細(xì)勘察期間所測(cè)含水量，其地基承載力及壓縮模量普遍降低。主要因?yàn)樗靥钔翆映煞窒鄬?duì)雜亂、不易壓實(shí)、同時(shí)易富水、在地下水的作用下易濕化變形，導(dǎo)致其力學(xué)指標(biāo)降低。素填土層滲透系數(shù)為2.48×10-6～6.92×10-6cm/s，為弱透水性。但是考慮到擬建場(chǎng)地黏土素填土脹縮性特征導(dǎo)致的地基土裂隙、夯填的均勻性以及回填材料粗顆粒摻料等因素的影響，素填土仍將具有一定的透水性能，而透水能力也會(huì)受到上述因素的影響表現(xiàn)出一定的不均勻性。

2.2 場(chǎng)地地下水影響

場(chǎng)區(qū)地下水主要為上層滯水，沒(méi)有統(tǒng)一穩(wěn)定的潛水位，水位變化大，受季節(jié)性變化及周邊補(bǔ)給條件的影響較大，分布不均勻。地下水補(bǔ)給途徑為大氣降水直接入滲補(bǔ)給和上游邊界側(cè)向流入。擬建工程地基基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)施工期間，正值當(dāng)?shù)赜昙?，地基基礎(chǔ)未施工范圍及周邊土層均可直接接受大氣降水補(bǔ)給，透過(guò)前述具有透水性能的地表土入滲，易造成地基土特別是淺部直接持力層地基土含水量增大，局部也可能產(chǎn)生上層滯水。施工當(dāng)年當(dāng)?shù)啬杲邓肯鄬?duì)較多，也加大了大氣降水的補(bǔ)給量。

2.3 地基變形分析

按照理論計(jì)算和實(shí)測(cè)的各儲(chǔ)罐地基變形見(jiàn)表1所示。其中理論變形取三個(gè)不同勘察階段的地層參數(shù)計(jì)算（見(jiàn)圖5），按照儲(chǔ)罐未充水（基底附加壓力15.4 kPa）和滿水（基底附加壓力180 kPa）兩種工況，采用《鋼制儲(chǔ)罐地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50473—2008）中的分層綜合法計(jì)算儲(chǔ)罐中心點(diǎn)的沉降，計(jì)算深度取附加應(yīng)力/自重應(yīng)力為20%所對(duì)應(yīng)的深度，考慮沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的影響?？梢钥闯?，實(shí)測(cè)儲(chǔ)罐地基變形主要表現(xiàn)為沉降量過(guò)大和不均勻沉降，其中最大不均勻沉降已超規(guī)范限值0.004，不滿足設(shè)計(jì)要求，無(wú)法進(jìn)入下一道工序。沉降后地層參數(shù)計(jì)算的地基理論變形量和實(shí)測(cè)沉降差別較大，原因是：（1）理論計(jì)算采取的是罐基礎(chǔ)中心點(diǎn)，而實(shí)測(cè)點(diǎn)位于外圍環(huán)墻基礎(chǔ)頂面，兩者位置不同，按儲(chǔ)罐地基變形的特點(diǎn)，儲(chǔ)罐中心最大，周邊最小，呈蝶形沉降[16-17]；（2）地基回填土層不均勻，用代表性勘察鉆孔參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，和實(shí)際地質(zhì)存在一定的差異。三個(gè)勘察階段，隨著填土層物理力學(xué)指標(biāo)的不斷弱化，地基理論變形顯著增大，因此需要進(jìn)行地基加固和糾偏處理。

圖5 各勘察階段鉆孔柱狀圖對(duì)比Fig. 5 Comparison of borehole histogram in different investigation stages

3 加固糾偏方案設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，構(gòu)筑物主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完工，周邊管線開(kāi)始布設(shè)，且處理過(guò)程中不能對(duì)既有構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)造成破壞，常用的換填、改良土質(zhì)、樁基礎(chǔ)的地基處理方式不能采取，此外，由于儲(chǔ)罐相互間距較小，整體沉降傾斜方向（圖1）不同，儲(chǔ)罐糾偏常用的迫降糾偏和機(jī)械頂升糾偏無(wú)法實(shí)施。綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用“圍、擠、壓、頂”的灌漿法處治思路，即先將灌漿區(qū)域圍住，再在建筑物周邊插入直孔及斜孔灌漿擠密地基土，同時(shí)通過(guò)增加上部荷載，逐步壓實(shí)地基，最后采用控制性壓力注漿頂升，達(dá)到基礎(chǔ)糾偏同時(shí)加固地基的目的。治理思路如下：

在構(gòu)筑物四周施做1排高壓旋噴帷幕樁，改良土體與增加抗?jié)B能力，有效防止構(gòu)筑物形成滑動(dòng)面，防止構(gòu)筑物地基發(fā)生整體剪切和局部剪切破壞。在構(gòu)筑物與帷幕樁之間，布設(shè)灌漿型鋼花管微型樁，用于防止構(gòu)筑物地基發(fā)生沖剪破壞。采用鋼花管全孔分段多次灌注控制灌漿法進(jìn)行劈裂加固灌漿，達(dá)到原位固結(jié)托換，加固儲(chǔ)罐地基土的目的。地基加固后進(jìn)行儲(chǔ)罐分級(jí)充水預(yù)壓，逐步壓實(shí)儲(chǔ)罐地基。待儲(chǔ)罐充水預(yù)壓完成后或者在儲(chǔ)罐充水預(yù)壓進(jìn)行的同時(shí)，進(jìn)行頂升糾偏灌漿。糾偏成功后保持儲(chǔ)罐充水荷載進(jìn)行地基穩(wěn)壓固結(jié)，待沉降穩(wěn)定且滿足設(shè)計(jì)要求后，逐步排水卸荷，全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.2 方案設(shè)計(jì)

擬建各儲(chǔ)罐由于構(gòu)造基本一致，以事故水罐A為例，加固設(shè)計(jì)方案如下：

（1）為了控制灌漿加固范圍，保證加固效果，將儲(chǔ)罐群外圍整體施做高壓旋噴注漿帷幕，然后再針對(duì)單個(gè)儲(chǔ)罐施做中間帷幕。高壓旋噴帷幕樁設(shè)計(jì)深度20 m，內(nèi)側(cè)離構(gòu)筑物水平間距為2 m，設(shè)計(jì)采用Φ800@600 mm，如圖6所示。（2）在靠近儲(chǔ)罐基礎(chǔ)2 m的位置施做灌漿鋼花管封閉地層面體，鋼花管設(shè)計(jì)3排，設(shè)計(jì)采用開(kāi)孔直徑Φ100 mm，排距0.6～1 m，孔距1.5 m，梅花式布孔；內(nèi)排孔為豎向孔，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為20 m；中排設(shè)計(jì)為斜孔，設(shè)計(jì)深度為斜穿構(gòu)筑物基礎(chǔ)過(guò)中心位置2 m；外排孔采用斜孔和豎孔間隔布置，斜孔設(shè)計(jì)深度為斜穿構(gòu)筑物基礎(chǔ)過(guò)中心位置2 m。各儲(chǔ)罐相鄰的中間區(qū)段各布設(shè)2排孔，1排豎孔，1排斜孔，豎孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度20 m，斜孔設(shè)計(jì)深度為斜穿構(gòu)筑物基礎(chǔ)過(guò)中心位置2 m，如圖6和圖7所示。（3）待所有加固措施施工完畢后，將灌漿鋼花管微型樁用圈梁連接起來(lái)，形成一個(gè)共同受力的復(fù)合地基支護(hù)體系。（4）考慮到施工對(duì)周邊構(gòu)筑物的影響，在帷幕與周邊建筑物之間施做一條隔漿溝，阻止?jié){液流向周邊構(gòu)筑物，防止其隆起。

圖6 儲(chǔ)罐加固設(shè)計(jì)平面圖Fig. 6 Design plan of tank reinforcement

圖7 儲(chǔ)罐加固設(shè)計(jì)立面圖（A-A）Fig. 7 Design profile of tank reinforcement（A-A）

3.3 灌漿材料與參數(shù)選擇

根據(jù)本工程特點(diǎn)，采用的漿液應(yīng)具有以下特性：（1）對(duì)地基土層滯水而言，不易溶解；（2）對(duì)不同地層，凝結(jié)時(shí)間可以調(diào)節(jié)；（3）高強(qiáng)度、止水；（4）在回填土和粉質(zhì)黏土層可注性強(qiáng)；（5）耐久性強(qiáng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)旋噴樁試樁和鋼花管注漿試驗(yàn)，結(jié)合工程地質(zhì)條件，確定了本工程的灌漿材料與施工參數(shù)。

高壓旋噴樁帷幕采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥制備水泥漿，水灰比1∶0.8～1∶1，采用雙重管法，注漿壓力≥25 MPa，空氣壓力≥0.7 MPa，提升速度10～25 cm/min；劈裂加固灌漿采用單液漿，灌漿材料為P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.8∶1，灌漿工作壓為2.0～2.5 MPa，灌漿終止標(biāo)準(zhǔn)為灌注量達(dá)到計(jì)算水泥用量或注漿壓力超過(guò)2.5 MPa；灌注漿液過(guò)程中向漿液中加入膨潤(rùn)土或粉煤灰，以增加漿液的流動(dòng)性；頂升糾偏灌漿采用雙液漿，灌漿材料為P.O.42.5普通硅酸鹽水泥+水玻璃，水灰比為0.6∶1，水玻璃摻入量的質(zhì)量百分比為5%～10%，灌漿工作壓為1.5～2.0 MPa，當(dāng)注漿壓力超過(guò)2.0 MPa或達(dá)到糾偏設(shè)計(jì)要求時(shí)，立即停止注漿封孔。

4 信息化施工控制

由于要保護(hù)已有構(gòu)筑物的主體結(jié)構(gòu)不被破壞，同時(shí)由于地基土的不均勻性，施工過(guò)程必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)化控制，建立觀測(cè)系統(tǒng)，聯(lián)合監(jiān)測(cè)和劈裂加固灌漿、充水預(yù)壓、頂升糾偏、穩(wěn)壓固結(jié)、卸荷回彈五個(gè)階段，進(jìn)行信息化施工。

4.1 變形觀測(cè)系統(tǒng)

利用儲(chǔ)罐群周?chē)臏y(cè)量控制點(diǎn)建立平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)，沿儲(chǔ)罐環(huán)墻設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)和水平位移觀測(cè)點(diǎn)，儲(chǔ)罐周邊土體進(jìn)行深層土壓力觀測(cè)和深層水平位移（測(cè)斜）觀測(cè)。儲(chǔ)罐沉降觀測(cè)點(diǎn)和水平位移觀測(cè)點(diǎn)共用，均勻設(shè)置12個(gè)，深層土壓力和深層水平位移按儲(chǔ)罐群整體考慮，場(chǎng)地內(nèi)均布10個(gè)點(diǎn)。其中沉降觀測(cè)和水平位移為主控項(xiàng)目，其余項(xiàng)目為一般輔助項(xiàng)目。變形監(jiān)測(cè)貫穿整個(gè)儲(chǔ)罐地基加固及糾偏施工過(guò)程，并延續(xù)至工后3～6個(gè)月，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。

4.2 劈裂加固灌漿動(dòng)態(tài)控制

單個(gè)儲(chǔ)罐的原位固結(jié)托換灌漿按照罐體圓周不同位置的沉降情況，同時(shí)向位于儲(chǔ)罐地基兩側(cè)的成中心對(duì)稱的3排鋼花管進(jìn)行漿液的加壓灌注，要分段且進(jìn)行多次。采用對(duì)角同時(shí)施工法，相鄰兩孔或數(shù)孔同時(shí)進(jìn)行灌注，灌注壓力要大，供漿量要足，以利于土體的劈裂。在加壓灌注過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)罐地基土體變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，反饋調(diào)整灌漿施工分區(qū)。劈裂加固灌漿孔施工平面次序見(jiàn)圖8。單個(gè)灌漿孔采用鋼花管全孔分段多次灌注控制法進(jìn)行劈裂灌漿，鋼花管注漿段充分結(jié)合地基土層情況和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用止?jié){閥動(dòng)態(tài)調(diào)整注漿段。單孔灌漿施工順序見(jiàn)圖9。

圖8 劈裂灌漿孔施工平面次序圖Fig. 8 Construction sequence of fracture grouting holes

圖9 單孔灌漿施工順序圖Fig. 9 Sequence diagram of single grouting hole

對(duì)同一排上灌漿施工孔，按3個(gè)次序施工，首先鉆灌第1次序孔，然后鉆灌第2次序孔，最后鉆灌第3次序孔。LI、LII、LIII為第1、2、3次序孔的孔距，灌漿的施工次序就是逐漸縮小孔距，鉆孔逐漸加密，漿液逐漸擠密充實(shí)，可以促進(jìn)灌漿帷幕的連續(xù)性；逐漸升高灌漿壓力，有利于漿液的擴(kuò)散和提高漿液結(jié)石的密實(shí)性；根據(jù)各次序孔的單位灌入量分析，可反映灌漿情況和灌漿質(zhì)量，為增減灌漿孔提供依據(jù)；減少鄰孔串漿現(xiàn)象，有利于施工。

4.3 儲(chǔ)罐充水預(yù)壓動(dòng)態(tài)控制

由于上一階段劈裂加固灌漿使得儲(chǔ)罐地基土體進(jìn)行了加固密實(shí)，側(cè)向土體受高壓旋噴樁帷幕和劈裂加固注漿雙重加固作用，對(duì)罐體底部土體的側(cè)向變形進(jìn)行了約束，為使這些罐體底部的裂隙閉合，使土體更為密實(shí)，加快土體次固結(jié)盡早完成，對(duì)罐體因不均勻沉降產(chǎn)生的偏斜進(jìn)行初步糾偏，檢測(cè)劈裂灌漿加固效果，對(duì)罐體進(jìn)行分級(jí)注水預(yù)壓加荷。

待儲(chǔ)罐地基劈裂加固灌漿完成后，連續(xù)3 d監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示罐體沉降差異趨于穩(wěn)定時(shí)，可向罐體內(nèi)充水進(jìn)行預(yù)壓。充水預(yù)壓實(shí)施和監(jiān)測(cè)執(zhí)行規(guī)范《石油化工鋼儲(chǔ)罐地基充水預(yù)壓監(jiān)測(cè)規(guī)程》（SH/T 3123—2001）。按照地基劈裂加固階段結(jié)束后儲(chǔ)罐實(shí)測(cè)變形和理論分析，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，罐體充水采用分級(jí)加荷的方法，根據(jù)罐體設(shè)計(jì)最大充水量，此次充水按5級(jí)進(jìn)行分級(jí)充水，依次為1 000 t、3 000 t、5 000 t、7 000 t和10 000 t。每次加載后預(yù)壓穩(wěn)定時(shí)間不小于24 h。

罐體注水加荷過(guò)程只是初步的注水方案，實(shí)際施做中必須重視罐體沉降速率，以適當(dāng)對(duì)充水過(guò)程參數(shù)進(jìn)行調(diào)整（例如停止注水、減小充水量等）。加荷過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)沉降速率來(lái)適當(dāng)調(diào)整加荷時(shí)間長(zhǎng)短及加荷分級(jí)，同時(shí)根據(jù)罐體不同部位的沉降速率來(lái)補(bǔ)設(shè)注漿孔進(jìn)行加固。若發(fā)生局部過(guò)大沉降或不均勻沉降時(shí)，停止充水加載，在沉降過(guò)大的區(qū)域再次進(jìn)行劈裂加固注漿。加荷間隔期以罐體沉降穩(wěn)定為原則來(lái)控制，若沉降差異穩(wěn)定（任意直徑方向最大沉降差規(guī)范允許值0.01D=280 mm，罐周邊最大不均勻沉降規(guī)范允許值Δs/l≤0.004），則可進(jìn)行下一級(jí)加荷，如果沉降不穩(wěn)定，需根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析后再確定下步進(jìn)行卸載或注漿加固，必須在罐體沉降差異穩(wěn)定后才可進(jìn)行下一步注水工作。重復(fù)此過(guò)程直到充水試驗(yàn)完成，達(dá)到設(shè)計(jì)荷載。此時(shí)儲(chǔ)罐地基沉降趨于穩(wěn)定，但尚未滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，且儲(chǔ)罐仍然存在傾斜現(xiàn)象，需要進(jìn)行下一步頂升糾偏灌漿。

4.4 頂升糾偏灌漿動(dòng)態(tài)控制

待儲(chǔ)罐充水預(yù)壓完成后，根據(jù)各觀測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)鋼花管灌漿對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)灌漿頂升糾偏，過(guò)程中通過(guò)控制注漿壓力和注漿區(qū)段，當(dāng)儲(chǔ)罐頂升糾偏達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，停止注漿，封堵灌漿孔。每個(gè)注漿孔注漿完成后隨即安排拔管，以防止管孔堵塞，一般間歇時(shí)間不超過(guò)10 min；當(dāng)不能連續(xù)施工時(shí)，必須立即對(duì)管道進(jìn)行沖洗，防止膠結(jié)堵管，一般間歇時(shí)間不超過(guò)2 h。當(dāng)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)開(kāi)始頂升后，應(yīng)注意控制灌漿壓力和灌漿量，以防將儲(chǔ)罐頂偏。

4.5 各階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析

以事故水罐A為例，沿環(huán)墻基礎(chǔ)均布12個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，編號(hào)SA-1～SA-12，通過(guò)監(jiān)測(cè)環(huán)墻基礎(chǔ)的高程變化來(lái)反映儲(chǔ)罐的沉降情況。按照各施工階段，采取不同的監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，儲(chǔ)罐沉降變形實(shí)測(cè)曲線如圖10所示。

圖10 事故水罐A基礎(chǔ)高程-時(shí)間變化曲線圖Fig. 10 Elevation-time curves of tank A foundation

第一階段為劈裂灌漿加固階段，本階段開(kāi)始前儲(chǔ)罐沉降呈現(xiàn)西北向東南的傾斜趨勢(shì)，西北向測(cè)點(diǎn)SA-1～SA-6沉降小于東南向測(cè)點(diǎn)SA-7～SA-12。劈裂加固灌漿開(kāi)始階段，由于地基土加固強(qiáng)度尚未形成，儲(chǔ)罐沉降速率加大，最大沉降點(diǎn)為SA-11，沉降量為39.4 mm，持續(xù)兩個(gè)月周期，沉降監(jiān)測(cè)頻率每天1次。之后，隨著地基土灌漿強(qiáng)度的逐漸形成，沉降速率逐漸減小，沉降趨于穩(wěn)定，過(guò)程中受注漿壓力影響，部分觀測(cè)點(diǎn)位置受到頂升，沉降曲線呈不規(guī)則上下輕微波動(dòng)。劈裂加固灌漿末段，儲(chǔ)罐地基土進(jìn)一步增強(qiáng)，部分測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)較大的頂升，此時(shí)，這些測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灌漿區(qū)段停止灌漿，增大沉降較大側(cè)（SA-8～SA-12）的注漿壓力，頂升儲(chǔ)罐，最大頂升點(diǎn)為SA-11，頂升高度97.6 mm。從而減小儲(chǔ)罐的整體不均勻沉降，待沉降差異減小，沉降穩(wěn)定后停止本階段灌漿。

第二階段為充水預(yù)壓階段，隨著分級(jí)充水預(yù)壓荷載的逐步施加，儲(chǔ)罐地基土受荷壓實(shí)，產(chǎn)生固結(jié)沉降。充水過(guò)程中針對(duì)沉降速率較大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)段，進(jìn)行重復(fù)補(bǔ)注漿。充水試驗(yàn)周期1個(gè)月，充水期間加強(qiáng)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間應(yīng)為2 h/次，晚上監(jiān)測(cè)時(shí)間不小于2次，初次充水在上午進(jìn)行。最大沉降點(diǎn)為SA-4，沉降量49.0 mm，最小沉降點(diǎn)為SA-12，沉降量6.6 mm，沉降差較大，原因是上一階段劈裂灌漿加固地基存在一定的不均勻性，擠密程度不同。

第三階段為頂升糾偏灌漿階段，儲(chǔ)罐地基在充水預(yù)壓沉降穩(wěn)定后，地基土在豎向荷載下擠壓密實(shí)，具備頂升條件。頂升過(guò)程中保持儲(chǔ)罐中的充水試驗(yàn)高度，從而防止儲(chǔ)罐底板隆起和減少后期運(yùn)營(yíng)充水加載后的二次沉降。頂升糾偏過(guò)程主要利用注漿斜孔進(jìn)行，多點(diǎn)對(duì)稱同時(shí)注漿，按照各點(diǎn)的沉降大小采用差異化的注漿壓力，過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)及時(shí)調(diào)整注漿壓力，防止頂升過(guò)度或環(huán)墻開(kāi)裂等不良后果。

頂升糾偏周期1個(gè)月，沉降監(jiān)測(cè)頻率每天2次，直到儲(chǔ)罐各相鄰點(diǎn)的不均勻沉降均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后停止灌漿。本次儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的最大頂升位置為SA-10，頂升高度44.5 mm，最小頂升位置為SA-4，頂升高度24.0 mm。

第四階段為穩(wěn)壓固結(jié)階段，儲(chǔ)罐頂升糾偏完成后，繼續(xù)保持設(shè)計(jì)充水高度，穩(wěn)定基底壓力，使地基土完成設(shè)計(jì)荷載下的固結(jié)沉降。本階段持續(xù)時(shí)間4個(gè)月左右，沉降監(jiān)測(cè)頻率2天1次，最大沉降點(diǎn)為SA-3，沉降量11.1 mm，最小沉降點(diǎn)為SA-9，沉降量5.3 mm，各點(diǎn)基本保持微量均勻沉降。

第五階段為卸荷回彈階段，充水穩(wěn)壓保持階段結(jié)束后，地基土主固結(jié)沉降基本完成，此時(shí)進(jìn)入充水試驗(yàn)卸荷階段，分級(jí)逐步減小充水高度，直至儲(chǔ)罐內(nèi)卸荷完成。卸荷周期1個(gè)月，卸荷后持續(xù)觀測(cè)周期2個(gè)月。隨著荷載的逐步減小，儲(chǔ)罐地基發(fā)生了一定程度的回彈變形，最大回彈點(diǎn)為SA-2，回彈量12.4 mm，最小回彈點(diǎn)為SA-6，回彈量6.9 mm。本階段結(jié)束后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，儲(chǔ)罐沉降和不均勻沉降均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，糾偏加固達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié) 論

針對(duì)擬建深厚回填土地基儲(chǔ)罐群不均勻沉降，本文通過(guò)對(duì)儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，綜合探討了不均勻沉降的原因和地基加固糾偏的處治控制方法，得到以下結(jié)論：

（1）儲(chǔ)罐地基沉降過(guò)大和不均勻沉降與黏性素填土厚度大、分布不均勻、壓縮性高、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、不易夯實(shí)、遇水易軟化等性質(zhì)有關(guān)。

（2）黏土素填土脹縮性特征導(dǎo)致的地基土裂隙、夯填的均勻性以及回填材料粗顆粒摻料使得其具有一定的透水性能，且透水性能表現(xiàn)出一定的不均勻性。加之雨季大氣降水補(bǔ)給和上游邊界側(cè)向流入導(dǎo)致地基土含水量增大或形成上層滯水，導(dǎo)致土質(zhì)軟化、濕化變形、壓縮性增大、承載力降低，進(jìn)一步加劇了地基的不均勻沉降。

（3）儲(chǔ)罐地基加固糾偏采用“圍、擠、壓、頂”的灌漿法處治思路，即先將灌漿區(qū)域圍住，再在建筑物周邊插入直孔及斜孔灌漿擠密地基土，同時(shí)通過(guò)增加上部荷載，逐步壓實(shí)地基，最后采用控制性壓力注漿頂升，達(dá)到基礎(chǔ)糾偏同時(shí)加固地基的目的。

（4）儲(chǔ)罐地基加固糾偏信息化施工控制按照劈裂加固灌漿、充水預(yù)壓、頂升糾偏、穩(wěn)壓固結(jié)和卸荷回彈五個(gè)階段進(jìn)行，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。結(jié)果顯示，儲(chǔ)罐沉降和不均勻沉降均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，糾偏加固達(dá)到預(yù)期效果。