油罐基础纠偏加固方案设计与分析

刘桐海

摘    要：软土地基大型油罐，会出现不同程度的不均匀沉降。本文以华润电力（常熟）有限公司1号油罐基础纠偏为例，对大型罐体结构不均匀沉降原因进行了分析探讨，提出了几种常用纠偏方法，为类似罐体纠偏提供参考与借鉴。

关键词：油罐基础;倾斜;纠偏;加固

1  引言

华润电力（常熟）有限公司1号油罐直径13.1m，高14.587m，重46.823t。油罐基础形式为钢筋混凝土整板基础，外侧2.5m钢筋砼环墙，基础下砂夹石1.5m，地基处理采用水泥搅拌桩。油罐自2005年建成投入使用，使用后不久罐体即出现倾斜现象，直至纠偏时罐体倾斜度超过1%（规范要求的倾斜度为6‰），对油罐正常使用造成一定影响，并产生较大安全隐患。

2  油罐不均匀沉降的原因分析

油罐不均匀沉降并产生倾斜的原因很多，对现场情况及相关建设资料、地质勘测报告查阅，分析、总结倾斜原因：（1）油罐地基土质与地质的优劣及施工过程的质量控制问题，是引起油罐基础倾斜的主要原因。（2）油罐罐内进油或进水速度过快，会使地基局部软弱，引起不均匀沉降问题，并造成油罐局部边缘剪切破坏。（3）在大型油罐群中，如相邻油罐间净距离较小，油罐相互之间荷载逐渐叠加，会影响油罐的基础和底板，造成油罐局部不均匀沉降。（4）在地震作用下，饱和的粉土或砂土也会使基础地基发生大规模的沉降现象。结合该公司1号油罐倾斜情况、使用情况及周围地质情况，得出以上（1）、（2）为该油罐产生不均匀沉降的主要原因。

3  油罐基础沉降产生的影响

油罐基础沉降对生产的影响主要是：（1）整体不均匀沉降。当整体不均匀沉降严重时，导致配管间的连接部位产生开裂、扭曲、变形等现象，严重影响连接油罐的正常使用。（2）整体倾斜沉降。沉降会使罐壁部位产生不均匀沉降，当这种沉降严重时会破坏油罐的真圆度，从而给浮顶上下移动带来障碍，并影响密封性能，储油量减少。（3）底板周围的局部沉降。在环板或底板上，有可能产生局部性的异常应力。（4）底板整体凹形沉降圆筒形荷载地基不均匀应力，导致底板中部比周边变形大，此时会使底板承受过大的拉应力，从而通过罐顶支承柱使罐顶产生变形。（5）底板的局部沉降。地基不均匀沉降会使底板产生局部性的波状变形，导致底板产生异常应力。

4  油罐纠偏方案确定

常用油罐基础纠偏方法有：顶升调正纠偏法，掏土迫降纠偏法，对公司1号油罐基础纠偏方案设计时，对以上两种纠偏方法进行了对比分析。

4.1  顶升调正纠偏法

顶升调正纠偏法即用数台千斤顶将油罐整体逐步顶起，顶起高度根据基础偏沉情况而定，然后在油罐基础底面进行注浆。当偏沉较大时，也可分多次顶升调正，直至垫平油罐底板，调正好基础的不均匀沉降为止。

（1）千斤顶数量及位置确定。千斤顶选用额定荷载100kN螺旋式千斤顶，抬升时设计使用最大荷载760kN，抬升点数量可按下式估算：

式中：

n——抬升点数量（个）;

F——建（构）筑物需抬升的竖向荷载（kN）;

[Na]——抬升支承点的抬升荷载值（kN），一般取千斤顶额定工作荷载的80%（放在施工中）;

k——安全系数，一般可取1.5～2.0。

考虑到各墙体荷载情况和对称布置要求，通过计算得出总计需布置14台千斤顶。根据罐体数据及油罐计算模型，计算出抬升点设计抬升荷载、基础底板最大弯矩、最大剪力、底板拉应力满足抬升时承载要求即可。施工步骤：先在油罐西侧沿油罐基础外边开挖施工工作槽，工作槽开挖至基础底部。在基础底板距离基础外边向内1.0m位置，对称布置7个抬升点，抬升点设置在基础底面以下，每个抬升点布置2台100吨机械式千斤顶，对油罐基础进行整体抬升，根据油罐的倾斜情况，通过调节各点的抬升量以达到纠偏，最后进行基底压密注浆加固完成纠偏。

（2）抬升量计算。施工前确定纠倾测量控制点后，现场侧量各点沉降量、倾斜率，根据最大倾斜值或沉降量计算各点抬升量，按下式计算（各字母后加i下标）：

式中：

[Δh]——抬升量（mm）;

l——转动点至计算抬升点水平距离（m）;

L——转动点至沉降最大点的水平距离（m）;

Sv——纠倾需要调整的最大抬升量（mm）。

（3）地基压密注浆加固。油罐纠偏至规范允许值后，在油罐基础的抬升侧底部水平方向插入注浆管，向基础底部压力灌注砂浆，将基础底板空隙填充密实。

4.2  掏土迫降纠偏法

掏土迫降纠偏是指在倾斜油罐基础沉降小的部位采取掏土迫降措施，形成基底下土体部分临空，使这部分基础的接触面积减少，接触应力增加，产生一定侧向挤出变形，迫使基础下沉，使不均匀沉降得到调整达到纠偏目的，最后进行基底压密注浆加固完成纠偏。施工步骤：首先建立沉降观测系统，控制迫降量;在油罐東侧（沉降量小的一侧）沿油罐基础外边开挖施工工作槽，工作槽开挖至基础底部，进行槽底硬化，设置集水井;确定冲孔位置、方向、设置导向管并进行冲孔排土，利用油罐自重或负载施压完成迫降纠偏。

（1）人工掏土。人工掏土应均匀分阶段、分批次间隔进行，每次取土深度根据监测数据分析结果确定，宜为300mm～500mm，若地下水位高时，应辅以孔内降水。每批孔每次掏土完成后，至少观测一天，待纠偏沉降速率低于设计的最大纠偏速率后再进行掏土施工。（2）确定掏孔直径、间距、深度、位置。掏孔直径d的确定应结合现场实际施工情况，根据计算的掏土量、掏土范围、深度及操作条件等综合确定;本此纠偏施工掏土孔采用等截面孔，孔径150mm，角度0[°]～10[°]。按照塑性方法确定的塑性影响范围，取Rp=3RI。当掏孔直径d=150时，其最大塑性区半径约为Rp=150mm，最小孔间距D约为300mm。为保证油罐均匀沉降，使油罐保持相对稳定，需保持一定的孔距。为保证油罐纠偏不致加大倾斜一侧的下沉量，掏挖区应控制在倾斜反侧的油罐重心线以外范围，重心线以内的地基土不掏挖，通过油罐自重与基础的下沉予以调整。掏孔位置距基底的距离应控制在一定范围内，一般100mm～500mm;距离过远，易造成开挖深度增大;距离过近，基底下地基土变薄，基底反力变化过大，基础受力不均匀，导致基础对地基土的沉降调整能力下降。（3）地基压密注浆加固。方法同顶升调正纠偏法

4.3  方案比较确定

以上两种油罐基础纠偏方法的原理和施工方法不同，经过对比分析两种方案：（1）顶升调正纠偏法适用于各种基础型式，对油罐整体校正、局部校正和更换罐底板，施工设备简单，工期短费用省;对于一般罐体基础发生倾斜或地基变形超过规范允许值时，可选用顶升调正纠偏法进行校正与修复。（2）掏土迫降纠偏法的钻孔取土是利用基底软土侧向挤出的原理用以调整变形和倾斜，施工复杂、周期长、造价高，安全性高。根据公司油罐倾斜情况及现场条件，确定采用掏土迫降纠偏法对油罐进行纠偏调正。

5  结语

华润电力（常熟）有限公司1号油罐基础纠偏于2018年实施，油罐纠偏后倾斜度完全满足规范要求，消除了重大安全隐患。罐体基础倾斜受很多因素影响，纠偏难度比较大，每一种纠偏方法都有其适用性和局限性，需对罐体基础纠偏时根据具体地质情况及周围环境采用一种或几种方法解决罐体倾斜问题。油罐基础纠偏施工有一个时间过程，切忌盲目加快纠偏速度，矫枉过正，使油罐产生不可控制的倾覆。

参考文献：

[1] 李荣.油罐地基产生不均匀沉降原因分析与纠偏方法[J].商品与质量，2014.

[2] JGJ 270—2012.建筑物倾斜纠偏技术规程[S].

[3] JGJ 123—2012.既有建筑地基基础加固技术规范[S].