某工程儲罐基礎(chǔ)沉降問題處理方法

徐 建

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

某工程酸庫子項，由于總圖布置原因，其場地地面要比自然地面高出2 m， 采用了土夾石分層壓實處理（分層厚度≤300 mm），壓實系數(shù)≥0.95。 處理后，經(jīng)過平板和標(biāo)貫荷載試驗，得到修正后地基承載力特征值≥220 kPa。 本工程罐體自重19 kt，罐體基礎(chǔ)自重4 678 t，基礎(chǔ)地面壓力213.36 kPa，承載力剛好滿足要求。但由于酸罐內(nèi)儲存為高濃度硫酸，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，對基礎(chǔ)的沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜均有較高的要求。 按照常規(guī)設(shè)計，本工程需采用樁基設(shè)計來控制基礎(chǔ)的沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。酸庫共有12 個酸罐，樁基總費用約為4 000 余萬元，工期3 個月左右。本文擬結(jié)合該項目，探討在不進行常規(guī)樁基設(shè)計的情況下，如何實現(xiàn)控制基礎(chǔ)的沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜的目的，并且保證工程質(zhì)量和后期生產(chǎn)使用提供了安全。

1 工程概況

1.1 氣象條件

本工程屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬春微寒，夏季炎熱多雨，秋季涼爽。 年平均氣溫21.3 ℃，極端最高氣溫39.8 ℃,最低氣溫-2.2 ℃，年平均蒸發(fā)量1 644 mm，最大蒸發(fā)量1 911 mm，最大年降雨量1 971 mm，最少年降雨量638.8 mm，平均年降雨量1 326 mm。 降雨在時空上分布不均，每年5～9 月降雨量占全年65%。

1.2 地質(zhì)情況

根據(jù)鉆探揭露，沿線地層自上而下為第四系人工成因的素填土（Q4ml）、殘積成因的紅黏土（Q3el），下伏基巖為石炭系的石灰?guī)r（C）。 各巖土層特征自上而下分述如下：

1）素填土①（Q4ml）為雜色、稍濕、松散狀，主要由黏性土組成，局部含植物根系，為人工堆填而成，堆填時間小于1 年。 其在該層場地內(nèi)大部分地段有分布，厚度為0.20～0.60 m，平均層厚0.36 m；屬高壓縮性土。

2）紅黏土②（Q3el）為原生紅黏土，呈褐黃色，稍濕，結(jié)構(gòu)呈巨塊狀、硬塑狀，干強度高，韌性中等，局部含少許鐵錳氧化物，刀切面稍光滑，無搖震反應(yīng)。其在該層場地內(nèi)均有分布，揭示厚度為6.70～19.70 m，平均層厚12.52 m；層面標(biāo)高87.87～99.56 m，層底標(biāo)高75.76～84.36 m；屬中等壓縮性土。

3）紅黏土②1（Q3el）為原生紅黏土，呈褐黃色，稍濕，結(jié)構(gòu)呈巨塊狀，軟塑狀，干強度低，韌性中等，刀切面稍光滑，無搖震反應(yīng)。其在該層場地內(nèi)僅部分地段有分布，揭示厚度為0.20～7.60 m，平均層厚2.04 m；層面標(biāo)高75.76～84.36 m，層底標(biāo)高71.28～83.06 m；屬中等壓縮性土。

4）石灰?guī)r③1（C）為灰白色、中風(fēng)化、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。 其巖質(zhì)硬，巖體破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙內(nèi)充填泥質(zhì)，膠結(jié)程度較差。金剛石送水鉆進稍慢，跳動，巖芯多呈塊狀，可見輕微溶蝕現(xiàn)象，采取率低。 該層場地內(nèi)局部鉆孔有揭露，揭露厚度為0.70～1.20 m，平均層厚0.95 m。堅硬程度為較硬巖，巖體完整程度分類為較完整，巖石基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

5）石灰?guī)r③（C）為灰白色、中風(fēng)化、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。其巖質(zhì)硬，巖體稍完整，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，裂隙內(nèi)充填方解石脈，巖芯呈中短柱狀，采取率高。該層場地內(nèi)局部鉆孔有揭露，未揭穿，最大揭露厚度9.70 m。 堅硬程度為較硬巖，巖體完整程度分類為較完整，巖石基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

6）溶洞。 洞內(nèi)充填黃色粘性土，局部為空洞。

主要巖層物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)建議值見表1。

表1 主要巖層物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)建議值

1.3 勘察結(jié)論與建議

根據(jù)地質(zhì)勘查得出以下結(jié)論和建議：1）擬建場地?zé)o全新活動性斷裂經(jīng)過，無暗埋沖溝、塌陷等不良地質(zhì)作用，屬穩(wěn)定場地，適宜新建建筑物。 2）擬建場地抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計基本地震加速度值0.05 g，場地類型為中硬土場地，場地類別屬Ⅱ類，設(shè)計特征周期為0.35 s， 擬建場地可劃分為抗震一般地段。3）本場地紅黏土②復(fù)浸水特性屬于Ⅱ類，紅黏土②的膨脹土的脹縮性等級為無。4）本場地地表水、地下水及各巖土層對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性；對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，應(yīng)按相關(guān)規(guī)范進行防護。5）擬建酸庫由于上部荷載較大，不建議采用天然地基，可考慮采用CFG 樁（水泥粉煤灰碎石樁）法進行地基處理加固，其處理深度可進入紅黏土②、紅黏土②1 層一定深度，或以石灰?guī)r③層作為樁端持力層，并以處理后經(jīng)檢測達到設(shè)計要求的復(fù)合地基作為地基基礎(chǔ)持力層。 基礎(chǔ)型式可采用獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)。 樁基礎(chǔ)以沖（鉆）孔灌注樁以石灰?guī)r層為樁端持力層，建議樁端進入該層深度不宜小于樁身直徑的1 倍。6）基礎(chǔ)施工應(yīng)按規(guī)范進行釬探。7）雨水收集池建議場地抗浮水位按87.00 m 考慮。 8）場地屬巖溶地區(qū)，地基情況較為復(fù)雜，如采取樁基礎(chǔ)，應(yīng)按規(guī)范進行施工勘察，宜每樁設(shè)置勘探點。9）場地屬巖溶地區(qū)，地基情況較為復(fù)雜，如采取樁基礎(chǔ)，應(yīng)按規(guī)范進行施工勘察，宜每樁設(shè)置勘探點。

2 工程情況綜合評價

根據(jù)前述工藝條件情況和地勘報告，檢測單位對酸庫區(qū)及周邊巖土狀況綜合評價如下：

1）該層壓實填土頂標(biāo)高為93 m，西側(cè)市政道路路面標(biāo)高在91.28～92 m 之間，相對高差1～2 m，而中間過渡區(qū)域有近100 m，并未因填土形成新的邊坡，穩(wěn)定性很好。

2）罐體基礎(chǔ)底標(biāo)高為94.0 m，硬塑紅黏土地基承載力fak=200 kPa， 硬塑紅黏土至酸罐基礎(chǔ)底標(biāo)高為土夾石分層換填（每300 mm 一層）的壓實填土。檢測單位對壓實填土做輕型重力觸探試驗標(biāo)準(zhǔn)值N10=30 擊，標(biāo)貫試驗標(biāo)準(zhǔn)值N=7 擊。 廣西恒旭工程質(zhì)量檢測有限公司做了平板淺層荷載試驗，結(jié)果是其承載力特征值達到240 kPa，在最大試驗壓力下累計沉降量最大為4.72 mm，保持穩(wěn)定。 檢測單位對每個分層的壓實系數(shù)進行了檢測，得到壓實系數(shù)≥0.97。同時，可在罐體區(qū)域四周增設(shè)了毛石砼擋土墻，有助于保持地基的穩(wěn)定。

3 技術(shù)方案的選擇與實施

考慮到本項目是當(dāng)?shù)卣惶栔攸c項目， 工期要求嚴(yán)格，且該區(qū)域處于關(guān)鍵線路節(jié)點上，如果采用地勘建議采用CFG 樁（水泥粉煤灰碎石樁）法進行地基處理加固或者沖（鉆）孔灌注樁，以本工程12 個酸罐為例，樁基總費用為4 000 余萬元，工期要增加3 個月左右。

綜合工勘報告、檢測報告及工程實際情況，本工程沒有采用沖（鉆）孔灌注樁及CFG 樁（水泥粉煤灰碎石樁）法進行地基處理加固處理，而是通過在儲罐基礎(chǔ)上設(shè)置沉降觀測點、預(yù)留孔洞，并在管道連接上增設(shè)膨脹節(jié)的方法來控制儲罐基礎(chǔ)的沉降量、 沉降差、傾斜和局部傾斜。 該方法相對于前面兩種方案，在成本和工期上都有明顯的優(yōu)勢，更重要的是為儲罐基礎(chǔ)的施工過程及后期安全使用提供了可靠保障。

具體技術(shù)方案如下：

1）通過在儲罐基礎(chǔ)上設(shè)置4 個均布的沉降觀測點（圖1），對后期儲罐的沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜的情況進行實時觀測。

圖1 儲罐基礎(chǔ)平面布置

2）通過在兩個儲罐之間連接管道上設(shè)置2 個DN400、PN10 的FL-FF 膨脹節(jié)（圖2、圖3），以調(diào)節(jié)兩個儲罐之間的沉降差。 兩個膨脹節(jié)的適應(yīng)變形能力為70～90 mm，可以滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中對建筑物的地基變形允許值的要求。

圖2 膨脹節(jié)設(shè)置布置

圖3 膨脹節(jié)現(xiàn)場照片

3）在儲罐基礎(chǔ)邊緣均布預(yù)埋18 個直徑為500 mm的PVC 管（見圖1），來調(diào)整后期儲罐基礎(chǔ)出現(xiàn)局部傾斜的情況。 如果后期出現(xiàn)了沉降差、傾斜、局部傾斜等情況，將在預(yù)留的18 個直徑為500 mm 的PVC管中，沉降量大的方位，增加高壓旋噴樁或預(yù)應(yīng)力管樁來控制基礎(chǔ)的沉降。

本方法不僅節(jié)約了工程費用，而且大大縮短了工程工期，為儲罐的安全使用提供了有力保障。

4 結(jié)論

本工程綜合工勘報告、檢測報告及工程實際情況，采用了一種解決大型儲罐地基沉降變形的方法，即設(shè)置沉降觀測點，檢測儲罐基礎(chǔ)的沉降情況；通過設(shè)置膨脹節(jié)來調(diào)整兩個罐體之間的沉降差； 利用預(yù)埋PVC 管的方式調(diào)節(jié)后期儲罐基礎(chǔ)的傾斜和局部傾斜。 這種方法不僅為儲罐的后期生產(chǎn)使用提供了安全保障， 在生產(chǎn)安全使用及工程投資方面也具有顯著優(yōu)勢。