油罐基礎(chǔ)糾偏加固方案設(shè)計(jì)與分析

劉桐海

摘? ? 要：軟土地基大型油罐，會(huì)出現(xiàn)不同程度的不均勻沉降。本文以華潤電力（常熟）有限公司1號(hào)油罐基礎(chǔ)糾偏為例，對大型罐體結(jié)構(gòu)不均勻沉降原因進(jìn)行了分析探討，提出了幾種常用糾偏方法，為類似罐體糾偏提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：油罐基礎(chǔ);傾斜;糾偏;加固

1? 引言

華潤電力（常熟）有限公司1號(hào)油罐直徑13.1m，高14.587m，重46.823t。油罐基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土整板基礎(chǔ)，外側(cè)2.5m鋼筋砼環(huán)墻，基礎(chǔ)下砂夾石1.5m，地基處理采用水泥攪拌樁。油罐自2005年建成投入使用，使用后不久罐體即出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，直至糾偏時(shí)罐體傾斜度超過1%（規(guī)范要求的傾斜度為6‰），對油罐正常使用造成一定影響，并產(chǎn)生較大安全隱患。

2? 油罐不均勻沉降的原因分析

油罐不均勻沉降并產(chǎn)生傾斜的原因很多，對現(xiàn)場情況及相關(guān)建設(shè)資料、地質(zhì)勘測報(bào)告查閱，分析、總結(jié)傾斜原因：（1）油罐地基土質(zhì)與地質(zhì)的優(yōu)劣及施工過程的質(zhì)量控制問題，是引起油罐基礎(chǔ)傾斜的主要原因。（2）油罐罐內(nèi)進(jìn)油或進(jìn)水速度過快，會(huì)使地基局部軟弱，引起不均勻沉降問題，并造成油罐局部邊緣剪切破壞。（3）在大型油罐群中，如相鄰油罐間凈距離較小，油罐相互之間荷載逐漸疊加，會(huì)影響油罐的基礎(chǔ)和底板，造成油罐局部不均勻沉降。（4）在地震作用下，飽和的粉土或砂土也會(huì)使基礎(chǔ)地基發(fā)生大規(guī)模的沉降現(xiàn)象。結(jié)合該公司1號(hào)油罐傾斜情況、使用情況及周圍地質(zhì)情況，得出以上（1）、（2）為該油罐產(chǎn)生不均勻沉降的主要原因。

3? 油罐基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生的影響

油罐基礎(chǔ)沉降對生產(chǎn)的影響主要是：（1）整體不均勻沉降。當(dāng)整體不均勻沉降嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致配管間的連接部位產(chǎn)生開裂、扭曲、變形等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響連接油罐的正常使用。（2）整體傾斜沉降。沉降會(huì)使罐壁部位產(chǎn)生不均勻沉降，當(dāng)這種沉降嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞油罐的真圓度，從而給浮頂上下移動(dòng)帶來障礙，并影響密封性能，儲(chǔ)油量減少。（3）底板周圍的局部沉降。在環(huán)板或底板上，有可能產(chǎn)生局部性的異常應(yīng)力。（4）底板整體凹形沉降圓筒形荷載地基不均勻應(yīng)力，導(dǎo)致底板中部比周邊變形大，此時(shí)會(huì)使底板承受過大的拉應(yīng)力，從而通過罐頂支承柱使罐頂產(chǎn)生變形。（5）底板的局部沉降。地基不均勻沉降會(huì)使底板產(chǎn)生局部性的波狀變形，導(dǎo)致底板產(chǎn)生異常應(yīng)力。

4? 油罐糾偏方案確定

常用油罐基礎(chǔ)糾偏方法有：頂升調(diào)正糾偏法，掏土迫降糾偏法，對公司1號(hào)油罐基礎(chǔ)糾偏方案設(shè)計(jì)時(shí)，對以上兩種糾偏方法進(jìn)行了對比分析。

4.1? 頂升調(diào)正糾偏法

頂升調(diào)正糾偏法即用數(shù)臺(tái)千斤頂將油罐整體逐步頂起，頂起高度根據(jù)基礎(chǔ)偏沉情況而定，然后在油罐基礎(chǔ)底面進(jìn)行注漿。當(dāng)偏沉較大時(shí)，也可分多次頂升調(diào)正，直至墊平油罐底板，調(diào)正好基礎(chǔ)的不均勻沉降為止。

（1）千斤頂數(shù)量及位置確定。千斤頂選用額定荷載100kN螺旋式千斤頂，抬升時(shí)設(shè)計(jì)使用最大荷載760kN，抬升點(diǎn)數(shù)量可按下式估算：

式中：

n——抬升點(diǎn)數(shù)量（個(gè)）;

F——建（構(gòu)）筑物需抬升的豎向荷載（kN）;

[Na]——抬升支承點(diǎn)的抬升荷載值（kN），一般取千斤頂額定工作荷載的80%（放在施工中）;

k——安全系數(shù)，一般可取1.5～2.0。

考慮到各墻體荷載情況和對稱布置要求，通過計(jì)算得出總計(jì)需布置14臺(tái)千斤頂。根據(jù)罐體數(shù)據(jù)及油罐計(jì)算模型，計(jì)算出抬升點(diǎn)設(shè)計(jì)抬升荷載、基礎(chǔ)底板最大彎矩、最大剪力、底板拉應(yīng)力滿足抬升時(shí)承載要求即可。施工步驟：先在油罐西側(cè)沿油罐基礎(chǔ)外邊開挖施工工作槽，工作槽開挖至基礎(chǔ)底部。在基礎(chǔ)底板距離基礎(chǔ)外邊向內(nèi)1.0m位置，對稱布置7個(gè)抬升點(diǎn)，抬升點(diǎn)設(shè)置在基礎(chǔ)底面以下，每個(gè)抬升點(diǎn)布置2臺(tái)100噸機(jī)械式千斤頂，對油罐基礎(chǔ)進(jìn)行整體抬升，根據(jù)油罐的傾斜情況，通過調(diào)節(jié)各點(diǎn)的抬升量以達(dá)到糾偏，最后進(jìn)行基底壓密注漿加固完成糾偏。

（2）抬升量計(jì)算。施工前確定糾傾測量控制點(diǎn)后，現(xiàn)場側(cè)量各點(diǎn)沉降量、傾斜率，根據(jù)最大傾斜值或沉降量計(jì)算各點(diǎn)抬升量，按下式計(jì)算（各字母后加i下標(biāo)）：

式中：

[Δh]——抬升量（mm）;

l——轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)至計(jì)算抬升點(diǎn)水平距離（m）;

L——轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)至沉降最大點(diǎn)的水平距離（m）;

Sv——糾傾需要調(diào)整的最大抬升量（mm）。

（3）地基壓密注漿加固。油罐糾偏至規(guī)范允許值后，在油罐基礎(chǔ)的抬升側(cè)底部水平方向插入注漿管，向基礎(chǔ)底部壓力灌注砂漿，將基礎(chǔ)底板空隙填充密實(shí)。

4.2? 掏土迫降糾偏法

掏土迫降糾偏是指在傾斜油罐基礎(chǔ)沉降小的部位采取掏土迫降措施，形成基底下土體部分臨空，使這部分基礎(chǔ)的接觸面積減少，接觸應(yīng)力增加，產(chǎn)生一定側(cè)向擠出變形，迫使基礎(chǔ)下沉，使不均勻沉降得到調(diào)整達(dá)到糾偏目的，最后進(jìn)行基底壓密注漿加固完成糾偏。施工步驟：首先建立沉降觀測系統(tǒng)，控制迫降量;在油罐東側(cè)（沉降量小的一側(cè)）沿油罐基礎(chǔ)外邊開挖施工工作槽，工作槽開挖至基礎(chǔ)底部，進(jìn)行槽底硬化，設(shè)置集水井;確定沖孔位置、方向、設(shè)置導(dǎo)向管并進(jìn)行沖孔排土，利用油罐自重或負(fù)載施壓完成迫降糾偏。

（1）人工掏土。人工掏土應(yīng)均勻分階段、分批次間隔進(jìn)行，每次取土深度根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果確定，宜為300mm～500mm，若地下水位高時(shí)，應(yīng)輔以孔內(nèi)降水。每批孔每次掏土完成后，至少觀測一天，待糾偏沉降速率低于設(shè)計(jì)的最大糾偏速率后再進(jìn)行掏土施工。（2）確定掏孔直徑、間距、深度、位置。掏孔直徑d的確定應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工情況，根據(jù)計(jì)算的掏土量、掏土范圍、深度及操作條件等綜合確定;本此糾偏施工掏土孔采用等截面孔，孔徑150mm，角度0[°]～10[°]。按照塑性方法確定的塑性影響范圍，取Rp=3RI。當(dāng)掏孔直徑d=150時(shí)，其最大塑性區(qū)半徑約為Rp=150mm，最小孔間距D約為300mm。為保證油罐均勻沉降，使油罐保持相對穩(wěn)定，需保持一定的孔距。為保證油罐糾偏不致加大傾斜一側(cè)的下沉量，掏挖區(qū)應(yīng)控制在傾斜反側(cè)的油罐重心線以外范圍，重心線以內(nèi)的地基土不掏挖，通過油罐自重與基礎(chǔ)的下沉予以調(diào)整。掏孔位置距基底的距離應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，一般100mm～500mm;距離過遠(yuǎn)，易造成開挖深度增大;距離過近，基底下地基土變薄，基底反力變化過大，基礎(chǔ)受力不均勻，導(dǎo)致基礎(chǔ)對地基土的沉降調(diào)整能力下降。（3）地基壓密注漿加固。方法同頂升調(diào)正糾偏法

4.3? 方案比較確定

以上兩種油罐基礎(chǔ)糾偏方法的原理和施工方法不同，經(jīng)過對比分析兩種方案：（1）頂升調(diào)正糾偏法適用于各種基礎(chǔ)型式，對油罐整體校正、局部校正和更換罐底板，施工設(shè)備簡單，工期短費(fèi)用省;對于一般罐體基礎(chǔ)發(fā)生傾斜或地基變形超過規(guī)范允許值時(shí)，可選用頂升調(diào)正糾偏法進(jìn)行校正與修復(fù)。（2）掏土迫降糾偏法的鉆孔取土是利用基底軟土側(cè)向擠出的原理用以調(diào)整變形和傾斜，施工復(fù)雜、周期長、造價(jià)高，安全性高。根據(jù)公司油罐傾斜情況及現(xiàn)場條件，確定采用掏土迫降糾偏法對油罐進(jìn)行糾偏調(diào)正。

5? 結(jié)語

華潤電力（常熟）有限公司1號(hào)油罐基礎(chǔ)糾偏于2018年實(shí)施，油罐糾偏后傾斜度完全滿足規(guī)范要求，消除了重大安全隱患。罐體基礎(chǔ)傾斜受很多因素影響，糾偏難度比較大，每一種糾偏方法都有其適用性和局限性，需對罐體基礎(chǔ)糾偏時(shí)根據(jù)具體地質(zhì)情況及周圍環(huán)境采用一種或幾種方法解決罐體傾斜問題。油罐基礎(chǔ)糾偏施工有一個(gè)時(shí)間過程，切忌盲目加快糾偏速度，矯枉過正，使油罐產(chǎn)生不可控制的傾覆。

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