华润电力（常熟）有限公司 江苏 常熟 215536
摘要：在软土地基上建造大型油罐，由于各种原因会出现不同程度的不均匀沉降。本文以华润电力（常熟）有限公司油罐基础纠偏为例，对类似大型罐体结构不均匀沉降的原因进行分析，并对不均匀沉降导致的罐体倾斜所造成的影响进行探讨，提出了几种常用纠偏方法，以期为今后类似改造工程提供参考与借鉴。
关键词：油管基础；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13100mm，高度14587mm，总重 46823kg。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，地基处理采用换填地基，基础下砂夹石1.5m，垫层底部间距1000mm布置水泥搅拌桩，桩长度10m。油罐自2005年建成投入使用，罐体内部储存供发电机组起机时锅炉点火所用石油，自投入使用后不久罐体即出现倾斜现象，直至纠偏时罐体倾斜度已超过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
影响油罐不均匀沉降并产生倾斜的原因有很多，针对现场实际情况并查阅相关建设资料及地质勘查报告，经过研究分析，总结以下几种情况：
(1)建造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)在大型的油罐群中，如果相邻油罐间的净距离较小，油罐相互之间荷载逐渐叠加，便会影响油罐的基础和底板，造成油罐局部不均匀沉降。在地震的作用下，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 油罐基础不均匀沉降产生的影响
在软土地基上建造油罐，无论采用哪一种地基处理方案 ,都有可能出现油罐基础不均匀沉降，使油罐产生不同程度的倾斜。油罐基础沉降状况对储罐的生产影响表现在以下几个方面：
(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，严重影响连接油管的正常使用。
(2)整体倾斜沉降。该种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。
(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。由于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 油罐纠偏方案选择
目前常用的油罐基础纠偏方法有：顶升调正纠偏法，掏土迫降纠偏法。在对该公司1号油罐基础纠偏进行方案设计时，进行了大量的研究分析，对以上两种纠偏方法进行了对比选择，最终确定最佳施工方案。
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，一般多沉多顶，少沉少顶，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。
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 1.0米位置，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，对千斤顶进行施压，对油罐基础进行整体抬升，根据油罐的倾斜情况，通过调节各抬升点的抬升量以达到纠偏的目的，最后进行基底压密注浆加固完成纠偏。
（1）千斤顶数量及位置确定
千斤顶选用额定荷载 100 KN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，布置如图1所示。根据罐体资料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。
图2 工作槽及导向管布置图
（2）抬升量计算
施工前确定纠倾测量控制点后，现场测量各点沉降量、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 ⊿h—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
油罐纠倾至设计纠倾值后，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。
注浆采用一次加密法，即先注 1、3、5，后注2、4、6间隔，发现冒浆，用水玻璃封堵，待应力消失后，继续注浆。孔口冒浆，立即封堵，防止浆液流失。注浆顺序原则上先注四周，后注中间， 插管到底，由深至浅注浆，每拔管 0.4m 注一次浆。水泥注浆地基工艺流程如下：
钻孔→下注浆管、套管→注浆→拔套管→封口→边注浆边拔注浆管→封孔
4.2掏土迫降纠偏法
掏土迫降纠偏是指在倾斜建筑物基础沉降小的部位采取掏土的迫降措施，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和达到纠偏目的，最后同样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，便于控制迫降量。然后在油罐西侧（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，并进行槽底硬化，设置集水井。最后确定冲孔位置、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。纠偏工作槽及设置导向管布置如图2所示。
（1）人工陶土
人工掏土应均匀分阶段、分批次间隔进行，每次取土深度应根据监测数据分析结果确定，宜为 300～500mm。若地下水位高时，应辅以孔内降水。每批孔每次掏土完成后，至少应观测一天，待纠倾沉降速率低于设计的最大纠倾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。本工程掏土孔采用等截面孔，孔径 150mm，角度 0～10 度。
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。为保证建筑物均匀沉降，使建筑物保持相对稳定，需要保持一定的孔距。
假定建筑物为一刚体绕沉降大的一侧建筑物底端转动，沉降小的一侧建筑物下沉，沉降大的一侧只是转动点而不得产生新的沉降。这样，掏土量从（沉降小的一侧）递减为零（沉降大的一侧），为三角形分布。工程实践中，沉降大的一侧已然是敏感位置，除非采取切实可行的加固措施（如微型桩托换基础），若要掏土至该部位势必造成新的沉降，其结果是加重了建筑物的倾斜。为了保证油罐纠倾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的范围，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 100～500mm。距离过远，势必造成开挖深度增大。另外，基底下土体在上部荷重作用下可能向外坍塌，尤其在遭水浸泡后基底下土体向外塌落， 可能引起不可控制的沉降。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，不再赘述。
4.3方案比较选择
由于以上两种油罐基础纠偏方法的原理和施工方法不同，经过对比分析及实践经验，得出两种方案适用性优缺点如下：
(1)顶升调正纠偏法适用于各种基础型式，可对油罐进行整体校正、局部校正和更换罐底板。施工的设备简单，主要是千斤顶。由于其施工方便、工期短费用省，对于一般储罐基础，当发生倾斜或地基变形超过规范允许值时，应根据不同情况，用顶升调平纠偏法进行校正与修复。
(2)掏土纠偏技术中的钻孔取土纠偏法是利用基底软土侧向挤出的原理用以调整变形和倾斜，其施工复杂、周期长、造价高。半圆周挖沟法产生有效应力差，从而减少差异沉降。它相比于钻孔取土和顶升调正纠偏更简单易行、速度快、造价低，对中小型储罐和基础的不均匀沉降不大的情况有明显效果。
根据上述对比，结合该公司油罐倾斜状况及现场条件，最终决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号油罐基础纠偏工程于2018年开始实施，历时2个月顺利完工，工程整个过程开展顺利，安全、质量均得到有效控制，油罐纠偏后倾斜度完全满足规范要求，为公司消除一项安全隐患。
对于油罐基础纠偏工程，由于油罐基础倾斜受很多因素影响，纠偏的难度比较大，而每一种纠偏方法都有其适用性和局限性，在对油罐基础纠偏的时候应根据具体工程的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。同时，纠偏工作有一个时间过程，切忌盲目追求加快纠偏速度，矫枉过正，使油罐产生不可控制的倾覆。
参考文献
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[2]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·学术观察》，2011，11.
[3] JGJ270-2012.建筑物倾斜纠偏技术规程[S].
[4]JGJ123-2012.既有建筑地基基础加固技术规范[S].
论文作者:刘天奇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/29
标签：油罐论文; 基础论文; 底板论文; 地基论文; 不均匀论文; 荷载论文; 基底论文; 《防护工程》2018年第28期论文;