某工程储罐基础沉降问题处理方法

徐 建

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

某工程酸库子项，由于总图布置原因，其场地地面要比自然地面高出2 m， 采用了土夹石分层压实处理（分层厚度≤300 mm），压实系数≥0.95。 处理后，经过平板和标贯荷载试验，得到修正后地基承载力特征值≥220 kPa。 本工程罐体自重19 kt，罐体基础自重4 678 t，基础地面压力213.36 kPa，承载力刚好满足要求。但由于酸罐内储存为高浓度硫酸，地基基础设计等级为乙级，对基础的沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜均有较高的要求。 按照常规设计，本工程需采用桩基设计来控制基础的沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。酸库共有12 个酸罐，桩基总费用约为4 000 余万元，工期3 个月左右。本文拟结合该项目，探讨在不进行常规桩基设计的情况下，如何实现控制基础的沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜的目的，并且保证工程质量和后期生产使用提供了安全。

1 工程概况

1.1 气象条件

本工程属亚热带季风气候区，冬春微寒，夏季炎热多雨，秋季凉爽。 年平均气温21.3 ℃，极端最高气温39.8 ℃,最低气温-2.2 ℃，年平均蒸发量1 644 mm，最大蒸发量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。 降雨在时空上分布不均，每年5～9 月降雨量占全年65%。

1.2 地质情况

根据钻探揭露，沿线地层自上而下为第四系人工成因的素填土（Q4ml）、残积成因的红黏土（Q3el），下伏基岩为石炭系的石灰岩（C）。 各岩土层特征自上而下分述如下：

1）素填土①（Q4ml）为杂色、稍湿、松散状，主要由黏性土组成，局部含植物根系，为人工堆填而成，堆填时间小于1 年。 其在该层场地内大部分地段有分布，厚度为0.20～0.60 m，平均层厚0.36 m；属高压缩性土。

2）红黏土②（Q3el）为原生红黏土，呈褐黄色，稍湿，结构呈巨块状、硬塑状，干强度高，韧性中等，局部含少许铁锰氧化物，刀切面稍光滑，无摇震反应。其在该层场地内均有分布，揭示厚度为6.70～19.70 m，平均层厚12.52 m；层面标高87.87～99.56 m，层底标高75.76～84.36 m；属中等压缩性土。

3）红黏土②1（Q3el）为原生红黏土，呈褐黄色，稍湿，结构呈巨块状，软塑状，干强度低，韧性中等，刀切面稍光滑，无摇震反应。其在该层场地内仅部分地段有分布，揭示厚度为0.20～7.60 m，平均层厚2.04 m；层面标高75.76～84.36 m，层底标高71.28～83.06 m；属中等压缩性土。

4）石灰岩③1（C）为灰白色、中风化、隐晶质结构，块状构造。 其岩质硬，岩体破碎，节理裂隙较发育，裂隙内充填泥质，胶结程度较差。金刚石送水钻进稍慢，跳动，岩芯多呈块状，可见轻微溶蚀现象，采取率低。 该层场地内局部钻孔有揭露，揭露厚度为0.70～1.20 m，平均层厚0.95 m。坚硬程度为较硬岩，岩体完整程度分类为较完整，岩石基本质量等级为Ⅲ级。

5）石灰岩③（C）为灰白色、中风化、隐晶质结构，块状构造。其岩质硬，岩体稍完整，节理裂隙稍发育，裂隙内充填方解石脉，岩芯呈中短柱状，采取率高。该层场地内局部钻孔有揭露，未揭穿，最大揭露厚度9.70 m。 坚硬程度为较硬岩，岩体完整程度分类为较完整，岩石基本质量等级为Ⅲ级。

6）溶洞。 洞内充填黄色粘性土，局部为空洞。

主要岩层物理力学指标参数建议值见表1。

表1 主要岩层物理力学指标参数建议值

1.3 勘察结论与建议

根据地质勘查得出以下结论和建议：1）拟建场地无全新活动性断裂经过，无暗埋冲沟、塌陷等不良地质作用，属稳定场地，适宜新建建筑物。 2）拟建场地抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度值0.05 g，场地类型为中硬土场地，场地类别属Ⅱ类，设计特征周期为0.35 s， 拟建场地可划分为抗震一般地段。3）本场地红黏土②复浸水特性属于Ⅱ类，红黏土②的膨胀土的胀缩性等级为无。4）本场地地表水、地下水及各岩土层对混凝土结构具有微腐蚀性；对混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，应按相关规范进行防护。5）拟建酸库由于上部荷载较大，不建议采用天然地基，可考虑采用CFG 桩（水泥粉煤灰碎石桩）法进行地基处理加固，其处理深度可进入红黏土②、红黏土②1 层一定深度，或以石灰岩③层作为桩端持力层，并以处理后经检测达到设计要求的复合地基作为地基基础持力层。 基础型式可采用独立基础或条形基础。 桩基础以冲（钻）孔灌注桩以石灰岩层为桩端持力层，建议桩端进入该层深度不宜小于桩身直径的1 倍。6）基础施工应按规范进行钎探。7）雨水收集池建议场地抗浮水位按87.00 m 考虑。 8）场地属岩溶地区，地基情况较为复杂，如采取桩基础，应按规范进行施工勘察，宜每桩设置勘探点。9）场地属岩溶地区，地基情况较为复杂，如采取桩基础，应按规范进行施工勘察，宜每桩设置勘探点。

2 工程情况综合评价

根据前述工艺条件情况和地勘报告，检测单位对酸库区及周边岩土状况综合评价如下：

1）该层压实填土顶标高为93 m，西侧市政道路路面标高在91.28～92 m 之间，相对高差1～2 m，而中间过渡区域有近100 m，并未因填土形成新的边坡，稳定性很好。

2）罐体基础底标高为94.0 m，硬塑红黏土地基承载力fak=200 kPa， 硬塑红黏土至酸罐基础底标高为土夹石分层换填（每300 mm 一层）的压实填土。检测单位对压实填土做轻型重力触探试验标准值N10=30 击，标贯试验标准值N=7 击。 广西恒旭工程质量检测有限公司做了平板浅层荷载试验，结果是其承载力特征值达到240 kPa，在最大试验压力下累计沉降量最大为4.72 mm，保持稳定。 检测单位对每个分层的压实系数进行了检测，得到压实系数≥0.97。同时，可在罐体区域四周增设了毛石砼挡土墙，有助于保持地基的稳定。

3 技术方案的选择与实施

考虑到本项目是当地政府一号重点项目， 工期要求严格，且该区域处于关键线路节点上，如果采用地勘建议采用CFG 桩（水泥粉煤灰碎石桩）法进行地基处理加固或者冲（钻）孔灌注桩，以本工程12 个酸罐为例，桩基总费用为4 000 余万元，工期要增加3 个月左右。

综合工勘报告、检测报告及工程实际情况，本工程没有采用冲（钻）孔灌注桩及CFG 桩（水泥粉煤灰碎石桩）法进行地基处理加固处理，而是通过在储罐基础上设置沉降观测点、预留孔洞，并在管道连接上增设膨胀节的方法来控制储罐基础的沉降量、 沉降差、倾斜和局部倾斜。 该方法相对于前面两种方案，在成本和工期上都有明显的优势，更重要的是为储罐基础的施工过程及后期安全使用提供了可靠保障。

具体技术方案如下：

1）通过在储罐基础上设置4 个均布的沉降观测点（图1），对后期储罐的沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜的情况进行实时观测。

图1 储罐基础平面布置

2）通过在两个储罐之间连接管道上设置2 个DN400、PN10 的FL-FF 膨胀节（图2、图3），以调节两个储罐之间的沉降差。 两个膨胀节的适应变形能力为70～90 mm，可以满足《建筑地基基础设计规范》中对建筑物的地基变形允许值的要求。

图2 膨胀节设置布置

图3 膨胀节现场照片

3）在储罐基础边缘均布预埋18 个直径为500 mm的PVC 管（见图1），来调整后期储罐基础出现局部倾斜的情况。 如果后期出现了沉降差、倾斜、局部倾斜等情况，将在预留的18 个直径为500 mm 的PVC管中，沉降量大的方位，增加高压旋喷桩或预应力管桩来控制基础的沉降。

本方法不仅节约了工程费用，而且大大缩短了工程工期，为储罐的安全使用提供了有力保障。

4 结论

本工程综合工勘报告、检测报告及工程实际情况，采用了一种解决大型储罐地基沉降变形的方法，即设置沉降观测点，检测储罐基础的沉降情况；通过设置膨胀节来调整两个罐体之间的沉降差； 利用预埋PVC 管的方式调节后期储罐基础的倾斜和局部倾斜。 这种方法不仅为储罐的后期生产使用提供了安全保障， 在生产安全使用及工程投资方面也具有显著优势。