大型油罐地基沉降的加固研究
大型油罐地基沉降的加固研究
摘 要 50000m3油罐直径Ф60.0m，高19.35 m，罐底板面积2800.00m2。储罐在储存运行过程中，出现了不均匀沉降，罐底板变形超标，并有基础环墙倾斜等现象。致使储罐不能正常使用。文章通过成功范例，分析了不均匀沉降的成因；研究制定了加固对策。对施工工艺进行了总结，内容涵盖了成孔机具、灌浆工艺、测量手段等。经过整套工艺方法的实施，凹陷地基得到了抬升；罐底锥度由原来的不足8‰抬升至23‰。油罐消除了安全隐患。符合使用要求并通过了多年的运行考验。
关键词 大型油罐；不均匀沉降；灌浆加固；抬升；基础环梁
1 基本情况及问题的出现
罐体为圆柱形钢制浮顶油罐。罐体高19.35m，油罐容积为50000m3，安全储存油位的最大高度16.50m，极限高度17.50m。钢制罐基础为圆环形钢筋砼墙，直径为Ф60m，厚500mm，高2200mm，地平面以上高度为700mm，地下埋深1500mm。钢制罐底板以下基础和地基结构分别为100mm厚沥青砂、300mm砂垫层、1400mm碎石土垫层、400mm碎石砂垫层和沉管碎石桩复合地基；地基地层大致分为粉质沙土和粉质粘土。其中局部有较多薄层的淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土，呈软塑～流塑状态。
油罐建设前该地基处理工艺是沉管碎石桩，选用的桩径Ф400㎜，桩长13m，桩间距有两种：一种是在罐地基Ф30m内，桩间距为1.00m；另一种是在罐地基Ф30m外，桩间距为1.10m，以圆环形式布置。
油罐运行3年后开罐检查发现罐底板浮空严重；罐底板腰周凹陷变形超标致使单盘浮顶排水口相对抬高，造成排水不畅。如继续运行，罐底板会受拉开裂。
2 沉降原因分析
原地基土含有多层淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土，含水量高；软塑状态。厚薄不均匀，排水固结缓慢。罐体建设前的地基处理是采用沉管碎石桩。施工质量局部存在严重缺陷，现象为罐中心地面隆起1.40m，地基土严重扰动；孔隙水压力消散缓慢。油罐运行后，随着不断增加荷载，地基土缓慢排水固结，同时罐底不断下沉，并出现罐底板皱褶现象。冗余量的钢板会产生受拉、剪变形，罐体存在隐患。需要及时消除，才可以满足使用要求。
3 加固对策
3.1 研究方案
鉴于该罐基础的下降情况和钢制罐体构造，对方案确定如下：1）先在砼环
墙外侧对地质土层较弱的部位采用静压灌浆的加固方法，对环墙的最低点部位限制沉降，尽可能限制沉降的差值；2）罐底部中心区域钻孔直径φ8cm。下入袖管阀式灌浆管，逐一按段分层静压注浆，浆液使土体充挤密实然后上顶抬升，罐体底部锥度达到使用和设计要求；3）在钢制罐底部划分3道圆形环线作为静压注浆的成孔轴线，对罐底土层挤密注浆加固，使罐体地基土体抬升。随着灌浆量的增加钢制罐底板下沉凹陷部位逐步修复。
3.2 灌浆目的
目的是增大砼环形墙基础碎石层的刚度，满足基础底部压力向外扩散作用，消除侧向边界因为挤压外移形成碎石垫层的松散；加固钢制罐基础深部软弱区域，改善淤泥质粘土层的整体强度，降低沉管碎石桩柔性桩的特性，有助于环形墙体基础不均匀沉降的稳定，同时还可以降低砼环形基础的两端沉降绝对值。
3.3 加固方法
注浆采取袖管法。此方法有降低钢制罐体底板钻孔小的优点，并能按段、反复灌入的特点；此工艺方法与设备构造在施工中无需在钢制罐体钢板壁上另开切口，同时也不需提高罐的浮顶盘。此工艺方法不需要改变钢制罐体的构造；也无需增加投产期间的运行成本费用，降低了投资的重复性。
3.4 灌浆加固原理
原理是以水泥作为主要灌注固结材料，将一定量的注浆压力按层、分段注进需要加固的软弱地层中，注浆液体先压入土体充填、挤压密实。逐步将注浆量和注浆压力提高，灌浆土层顺较弱应力界面首先劈裂，灌浆液体继而在土体中扩展渗透。将呈板体状、条根状不规则浆液凝结体；使地基土割划成骨架，挤压密实地基土，提高地基土体的压缩模量，起到加固地基降低下沉变形、提高地基承载的能力。在注浆过程中，注浆量和注浆压力是地基土抬升关键因素。根据抬升量的多少来控制注浆量和注浆压力。
3.5 施工工艺
1）钻孔机械是根据作业空间和地质结构特殊定制的专用设备，钻机外轮廓最大尺寸35cm；2）搅拌机采用体积小的圆桶搅拌式，造浆速度快；场地清洁，材料浪费少，搬动灵活；3）液压撑顶设备是对罐浮顶少许抬起和降落时的专用设备，它有3个支撑点进行液压升降，施工中操作方便，符合该罐体作业空间。起到事半功倍的效果；4）灌浆管30cm设一个出浆阀。能反复数次灌注，注浆管外径尺寸Ф53mm。注浆内管可以对灌浆出浆管段随意滑动并且注浆管上下两端有胶圈加强密封，直达地基土层中的加固部位；5）注浆压力由表显示压力，施工过程中可以随时控制注浆泵工作状态。灌浆一般采用50L/min～80L/min两缸往复式泵。
3.6 施工流程
钢制罐体变形量监测→罐底钢板按锥度等高画线→量测砼环墙开始下沉量→钢制罐底板钻孔→钻机成孔→下注浆管→垫层以下封口→搅拌灌浆液→顶托浮顶→按序分层灌浆→参数监控注浆→水准仪测底板锥度→灌浆完毕→焊封底板→防腐清理→罐体充水试压→最终验收。
3.7 孔位布置
1）灌浆布孔轴线分别在罐底中心φ17m、φ34m、φ57 m和罐环墙外，孔距按孔数在灌浆轴线均分，呈梅花型；2）用经纬仪在罐底板上找出同心圆分割线上的点，连接画出等高线。等高线的密度距离为1.0m。为测量罐底板抬升做准备。
3.8 环梁沉降测量
1）开工前将钢制罐砼环墙顶部按照规范要求，对圆周设制沉降观测点，间距为8.0m。先测出施工前的初始数据。抬升过程中，用高精度仪对砼罐体基础标高跟踪监测并计算沉降与抬升量；2）地基抬升测量，在罐壁四周布设高度标尺20个。对罐底划分等高控制线，灌浆过程中，采用水准管动态观测罐底的抬升情况。使罐底锥度控制在10‰～25‰之间。
3.9 封孔与防腐处理
灌浆加固结束后对罐底的开孔处表面，清除带有氧化层。并进行防腐、焊接封孔处理。先用原钢板切坡焊接，然后采用新钢板覆盖焊接，尺寸是钻孔孔径的
1.5倍。要求焊缝无焊渣和气孔。
4 加固抬升后的效果
油罐地基经过加固，提高了地基的承载能力。同时地基下沉凹陷处得到了抬升，罐底锥度由原来的不足8‰抬升至23‰。完全达到了大型油罐罐底锥度的使用要求。
5 结论
大型油罐地基出现不均匀沉降，罐底板变形超标，不能正常运行。通过分析成因，研究制定了加固对策。经过工艺方法的实施，罐体消除了隐患，并通过了多年的运行考验。该工艺方法可在类似工程中借鉴应用。
参考文献
[1]王帅.软弱地基上储油罐群的工后沉降可靠性研究.全国工程地质学术年会，2011.
[2]贾敦萍，张嗣华.大型油罐软土地基加固应用研究，石油规划设计，2003
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