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油罐直徑Ф60.0m，高19.35 m，罐底板面積2800.00m2。儲罐在儲存運行過程中，出現(xiàn)了不均勻沉降，罐底板變形超標，并有基礎環(huán)墻傾斜等現(xiàn)象。致使儲罐不能正常使用。文章通過成功范例，分析了不均勻沉降的成因；研究制定了加固對策。對施工工藝進行了總結(jié)，內(nèi)容涵蓋了成孔機具、灌漿工藝、測量手段等。經(jīng)過整套工藝方法的實施，凹陷地基得到了抬升；罐底錐度由原來的不足8‰抬升至23‰。油罐消除了安全隱患。符合使用要求并通過了多年的運行考驗。
關(guān)鍵詞 大型油罐；不均勻沉降；灌漿加固；抬升；基礎環(huán)梁
1 基本情況及問題的出現(xiàn)
罐體為圓柱形鋼制浮頂油罐。罐體高19.35m，油罐容積為50000m3，安全儲存油位的最大高度16.50m，極限高度17.50m。鋼制罐基礎為圓環(huán)形鋼筋砼墻，直徑為Ф60m，厚500mm，高2200mm，地平面以上高度為700mm，地下埋深1500mm。鋼制罐底板以下基礎和地基結(jié)構(gòu)分別為100mm厚瀝青砂、300mm砂墊層、1400mm碎石土墊層、400mm碎石砂墊層和沉管碎石樁復合地基；地基地層大致分為粉質(zhì)沙土和粉質(zhì)粘土。其中局部有較多薄層的淤泥質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，呈軟塑～流塑狀態(tài)。
油罐建設前該地基處理工藝是沉管碎石樁，選用的樁徑Ф400㎜，樁長13m，樁間距有兩種：一種是在罐地基Ф30m內(nèi)，樁間距為1.00m；另一種是在罐地基Ф30m外，樁間距為1.10m，以圓環(huán)形式布置。
油罐運行3年后開罐檢查發(fā)現(xiàn)罐底板浮空嚴重；罐底板腰周凹陷變形超標致使單盤浮頂排水口相對抬高，造成排水不暢。如繼續(xù)運行，罐底板會受拉開裂。
2 沉降原因分析
原地基土含有多層淤泥質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，含水量高；軟塑狀態(tài)。厚薄不均勻，排水固結(jié)緩慢。罐體建設前的地基處理是采用沉管碎石樁。施工質(zhì)量局部存在嚴重缺陷，現(xiàn)象為罐中心地面隆起1.40m，地基土嚴重擾動；孔隙水壓力消散緩慢。油罐運行后，隨著不斷增加荷載，地基土緩慢排水固結(jié)，同時罐底不斷下沉，并出現(xiàn)罐底板皺褶現(xiàn)象。冗余量的鋼板會產(chǎn)生受拉、剪變形，罐體存在隱患。需要及時消除，才可以滿足使用要求。
3 加固對策
3.1 研究方案
鑒于該罐基礎的下降情況和鋼制罐體構(gòu)造，對方案確定如下：1）先在砼環(huán)
墻外側(cè)對地質(zhì)土層較弱的部位采用靜壓灌漿的加固方法，對環(huán)墻的最低點部位限制沉降，盡可能限制沉降的差值；2）罐底部中心區(qū)域鉆孔直徑φ8cm。下入袖管閥式灌漿管，逐一按段分層靜壓注漿，漿液使土體充擠密實然后上頂抬升，罐體底部錐度達到使用和設計要求；3）在鋼制罐底部劃分3道圓形環(huán)線作為靜壓注漿的成孔軸線，對罐底土層擠密注漿加固，使罐體地基土體抬升。隨著灌漿量的增加鋼制罐底板下沉凹陷部位逐步修復。
3.2 灌漿目的
目的是增大砼環(huán)形墻基礎碎石層的剛度，滿足基礎底部壓力向外擴散作用，消除側(cè)向邊界因為擠壓外移形成碎石墊層的松散；加固鋼制罐基礎深部軟弱區(qū)域，改善淤泥質(zhì)粘土層的整體強度，降低沉管碎石樁柔性樁的特性，有助于環(huán)形墻體基礎不均勻沉降的穩(wěn)定，同時還可以降低砼環(huán)形基礎的兩端沉降絕對值。
3.3 加固方法
注漿采取袖管法。此方法有降低鋼制罐體底板鉆孔小的優(yōu)點，并能按段、反復灌入的特點；此工藝方法與設備構(gòu)造在施工中無需在鋼制罐體鋼板壁上另開切口，同時也不需提高罐的浮頂盤。此工藝方法不需要改變鋼制罐體的構(gòu)造；也無需增加投產(chǎn)期間的運行成本費用，降低了投資的重復性。
3.4 灌漿加固原理
原理是以水泥作為主要灌注固結(jié)材料，將一定量的注漿壓力按層、分段注進需要加固的軟弱地層中，注漿液體先壓入土體充填、擠壓密實。逐步將注漿量和注漿壓力提高，灌漿土層順較弱應力界面首先劈裂，灌漿液體繼而在土體中擴展?jié)B透。將呈板體狀、條根狀不規(guī)則漿液凝結(jié)體；使地基土割劃成骨架，擠壓密實地基土，提高地基土體的壓縮模量，起到加固地基降低下沉變形、提高地基承載的能力。在注漿過程中，注漿量和注漿壓力是地基土抬升關(guān)鍵因素。根據(jù)抬升量的多少來控制注漿量和注漿壓力。
3.5 施工工藝
1）鉆孔機械是根據(jù)作業(yè)空間和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊定制的專用設備，鉆機外輪廓最大尺寸35cm；2）攪拌機采用體積小的圓桶攪拌式，造漿速度快；場地清潔，材料浪費少，搬動靈活；3）液壓撐頂設備是對罐浮頂少許抬起和降落時的專用設備，它有3個支撐點進行液壓升降，施工中操作方便，符合該罐體作業(yè)空間。起到事半功倍的效果；4）灌漿管30cm設一個出漿閥。能反復數(shù)次灌注，注漿管外徑尺寸Ф53mm。注漿內(nèi)管可以對灌漿出漿管段隨意滑動并且注漿管上下兩端有膠圈加強密封，直達地基土層中的加固部位；5）注漿壓力由表顯示壓力，施工過程中可以隨時控制注漿泵工作狀態(tài)。灌漿一般采用50L/min～80L/min兩缸往復式泵。
3.6 施工流程
鋼制罐體變形量監(jiān)測→罐底鋼板按錐度等高畫線→量測砼環(huán)墻開始下沉量→鋼制罐底板鉆孔→鉆機成孔→下注漿管→墊層以下封口→攪拌灌漿液→頂托浮頂→按序分層灌漿→參數(shù)監(jiān)控注漿→水準儀測底板錐度→灌漿完畢→焊封底板→防腐清理→罐體充水試壓→最終驗收。
3.7 孔位布置
1）灌漿布孔軸線分別在罐底中心φ17m、φ34m、φ57 m和罐環(huán)墻外，孔距按孔數(shù)在灌漿軸線均分，呈梅花型；2）用經(jīng)緯儀在罐底板上找出同心圓分割線上的點，連接畫出等高線。等高線的密度距離為1.0m。為測量罐底板抬升做準備。
3.8 環(huán)梁沉降測量
1）開工前將鋼制罐砼環(huán)墻頂部按照規(guī)范要求，對圓周設制沉降觀測點，間距為8.0m。先測出施工前的初始數(shù)據(jù)。抬升過程中，用高精度儀對砼罐體基礎標高跟蹤監(jiān)測并計算沉降與抬升量；2）地基抬升測量，在罐壁四周布設高度標尺20個。對罐底劃分等高控制線，灌漿過程中，采用水準管動態(tài)觀測罐底的抬升情況。使罐底錐度控制在10‰～25‰之間。
3.9 封孔與防腐處理
灌漿加固結(jié)束后對罐底的開孔處表面，清除帶有氧化層。并進行防腐、焊接封孔處理。先用原鋼板切坡焊接，然后采用新鋼板覆蓋焊接，尺寸是鉆孔孔徑的
1.5倍。要求焊縫無焊渣和氣孔。
4 加固抬升后的效果
油罐地基經(jīng)過加固，提高了地基的承載能力。同時地基下沉凹陷處得到了抬升，罐底錐度由原來的不足8‰抬升至23‰。完全達到了大型油罐罐底錐度的使用要求。
5 結(jié)論
大型油罐地基出現(xiàn)不均勻沉降，罐底板變形超標，不能正常運行。通過分析成因，研究制定了加固對策。經(jīng)過工藝方法的實施，罐體消除了隱患，并通過了多年的運行考驗。該工藝方法可在類似工程中借鑒應用。
參考文獻
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