大型儲罐基礎(chǔ)不均勻沉降的糾偏實踐

李 洋 劉景濤 崔忠濤

中石油華東設(shè)計院有限公司土建室 山東青島 266071

1 工程概況

某石化企業(yè)一座新建1 萬m3儲罐，為鋼制內(nèi)浮頂罐，直徑為28m，高度約21m，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計樁長34m，共計121 根樁。樁基施工前按規(guī)范要求進行了試樁，試樁結(jié)果合格且出具了樁基質(zhì)量檢測報告。儲罐罐體安裝完畢進行充水試驗，沉降觀測數(shù)據(jù)顯示，儲罐下沉最大點位于正西北方向，沉降值為280mm，其對面下沉40mm，沉降差240mm，傾斜8.57‰。經(jīng)分析可知，油罐基礎(chǔ)沉降具有對稱性，滿足任意直徑方向的平面傾斜變形特征，為平面傾斜。儲罐基礎(chǔ)沉降實測值如圖1 所示。根據(jù)《石油化工鋼儲罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（SH/ T 3068- 2007）第8.3 條規(guī)定[1]，對內(nèi)浮頂罐，當(dāng)儲罐底圈內(nèi)直徑在22＜≤30m 時，沉降差允許值為0.006。本工程油罐基礎(chǔ)超出規(guī)范要求（傾斜分別為8.57‰，大于6‰）。不均勻沉降會給管線的安裝和油罐運行使用帶來許多困難，嚴重的甚至?xí)?dǎo)致罐體破裂、原油泄漏；同時，罐底局部不均勻沉降還會使罐體上口的橢圓度發(fā)生變化，過大可能卡住浮頂，甚至造成嚴重事故。

圖1 儲罐基礎(chǔ)沉降實測值

2 場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

儲罐場地位于長江三角洲前緣，其地貌屬于沖擊平原類型，地勢較平坦，場地內(nèi)分布有較厚的軟土層，且部分分布著壓縮性高，均勻性差的填土，處于欠固結(jié)狀態(tài)。根據(jù)場地詳勘報告，原始場地地層自上而下的地質(zhì)情況如表1 所示。

表1 各層土主要物理力學(xué)性能表

3 油罐基礎(chǔ)沉降原因分析

引起油罐基礎(chǔ)不均勻沉降的原因是多方面的，包括場地土質(zhì)的不均勻(厚薄不一致、土質(zhì)變化、地質(zhì)缺陷)，油罐的瞬時快速加荷導(dǎo)致地基土體的破壞產(chǎn)生沉降，以及地基土受到各種因素的擾動等，都會引起基礎(chǔ)壓縮層范圍內(nèi)土的各向應(yīng)力狀態(tài)的改變，導(dǎo)致基礎(chǔ)不均勻沉降?；A(chǔ)的沉降速率一般與土的性狀和加荷速率有關(guān)，特別是與土體中孔隙水壓力的消散速率和消散條件有關(guān)。

綜合地質(zhì)勘查資料和儲罐充水試壓觀測成果，具體分析如下：

儲罐場地5- 2 層以上的土層均為沉積年代晚、飽和的軟弱土層，而樁基礎(chǔ)采用5- 2 層粉質(zhì)粘土作為以摩擦為主的樁基持力層。由于場地內(nèi)分布有較厚的軟土層，且部分區(qū)域分布著壓縮性高、均勻性差的填土，地基土受擾動產(chǎn)生的負摩阻力造成了樁基礎(chǔ)的附加沉降。尤其本工程采用的摩擦型樁較為敏感，如樁基礎(chǔ)采用第7 層粉土作為樁端持力層，可大幅減少樁基礎(chǔ)的沉降。

4 儲罐糾偏方案的選擇

目前國內(nèi)外有關(guān)儲罐基礎(chǔ)糾偏的方法有預(yù)壓法、排水法、挖溝法、頂升調(diào)整法等多種方法[2-3]。經(jīng)過方案比較，結(jié)合本工程罐基礎(chǔ)傾斜的特點采用頂升調(diào)正糾偏法，將罐體整體頂起后，用壓縮空氣將中粗砂吹入儲罐基礎(chǔ)底面。

5 儲罐頂升后填充方案設(shè)計的總體原則

罐體頂升后罐底板與基礎(chǔ)頂面間的內(nèi)部空隙，對環(huán)墻處空隙高度大于10mm 的采用高壓吹砂進行填充，對環(huán)墻處空隙高度小于10mm 的采用無收縮水泥基灌漿料進行填充。高壓吹砂填充完成后，沿環(huán)墻頂面的空隙，宜采用無收縮水泥基灌漿料進行填充，其寬度為環(huán)墻寬度，灌漿料填充前環(huán)墻頂面應(yīng)清洗干凈并刷粘接劑兩道。在進行正式吹砂填充前，應(yīng)先擇局部區(qū)域進行預(yù)吹填，確定合理的施工控制參數(shù)。

罐體垂直度、橢圓度等調(diào)整合格后，對罐體邊緣與環(huán)墻頂面的間隙及間隙的深度進行詳細的測量，確定進行高壓吹砂的施工區(qū)域。在填充之前，應(yīng)完成罐底板墊鐵組數(shù)的調(diào)整，使墊鐵組的接觸形成面接觸。填充用砂應(yīng)采用質(zhì)地堅硬的中粗砂且級配良好，不得使用海砂，不得含有草根等有機雜質(zhì)，含泥量不得大于5%。

6 儲罐頂升后進行填充方的施工程序

頂升方案采用儲罐局部頂升，頂升所需的油壓千斤頂數(shù)量由儲罐自重決定[4]，見式（1）。

考慮到下沉區(qū)域為儲罐西北方向±75°，千斤頂主要布置在整個圓周下沉區(qū)域較多處（見圖1），千斤頂布置從正西北開始，分兩邊各安裝7 個，間距3m，頂升處弧長為40m，同時在靠儲罐東南邊分散設(shè)置千斤頂位置處均勻增加15 組楔形墊鐵，當(dāng)千斤頂頂升時，楔形墊鐵輔助調(diào)整升高，如果未設(shè)置千斤頂（弧段）變形較大處，視情況增加頂升點，增加儲罐底面剛度。為便于頂升罐體，要在儲罐壁千斤頂頂升處焊上牛腿或鋼板加強，加強方法如圖2所示。

圖2 千斤頂頂升部位的加強

對于大直徑的儲罐，由于罐體頂升時底板的彎曲變形，會影響底板下面的噴砂填實，因此在罐體內(nèi)部周圍高度500～1000mm 處設(shè)置鋼板焊制內(nèi)弧圈，厚度12mm，寬度為300mm，且與罐壁板弧度相宜，采用鋼板卡將內(nèi)弧圈固定于罐壁，用6 個千斤頂撐牢，貼緊罐壁，并在千斤頂位置罐體內(nèi)側(cè)增加28m 跨度鋼管桁架，在桁架上多點設(shè)置鋼筋于底板垂直拉結(jié)（見圖3）。

圖3 罐體底板部位的加強

頂升時，用水準儀測量各點頂升情況，頂升從西北方向開始，并分別從兩側(cè)協(xié)助頂升，當(dāng)頂升20～30mm 后，用水準儀測量各點頂升高度。頂升后用楔形墊鐵墊牢固定，待下次頂升在調(diào)整。

頂升次數(shù)視頂升情況確定，待西北角千斤頂頂升180～200mm，測量其他各點高度，并檢查儲罐管壁垂直度（偏差不大于50mm），然后把罐體再頂升10mm，用墊鐵墊平。儲罐固定好后把罐底與基礎(chǔ)封堵，并在罐底氣割2～3 個直徑300 孔洞，利用壓縮空氣把砂子噴到罐底與基礎(chǔ)之間的噴砂位置。待罐底板填充完成后松開千斤頂，利用罐體自重壓實填砂，盡可能使其均勻，發(fā)現(xiàn)不均勻應(yīng)再次頂升后填充，直到底面砂子均勻。

7 結(jié)語

經(jīng)過頂升調(diào)正糾偏，該罐已投用5 年，情況良好，滿足生產(chǎn)使用要求。另外，使用同樣方法處理的另一起儲罐基礎(chǔ)不均勻沉降的案例，其儲罐基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)，地基為天然地基，但由于施工期跨越雨季，地下水對罐基礎(chǔ)環(huán)墻內(nèi)回填土的沖刷較嚴重，造成了地基不均勻沉降，采用本方法頂升調(diào)正后也達到了預(yù)定效果，在此不再贅述。

但該方法也有一定的局限性，不適宜用于罐基礎(chǔ)沉降或不均勻沉降尚在發(fā)展未達到穩(wěn)定的情況，比如儲罐罐體結(jié)構(gòu)尚未施工，罐基礎(chǔ)傾斜角已經(jīng)接近或達到規(guī)范允許值，如將預(yù)壓固結(jié)法和頂升調(diào)正糾偏法聯(lián)合起來應(yīng)用，將會有更大的應(yīng)用空間。