靜壓注漿處理油罐基礎不均勻沉降

夏景和

(中國石化集團洛陽石化工程公司，河南洛陽 471003)

1 工程概況

某煉油廠原料油罐區，共建有V=500 m3～1000 m3油罐10臺。此工程地處京杭大運河南岸，該地區氣候濕潤多雨，年降雨量達1400 mm～1500 mm以上，地下水位較高。場地土質情況為:耕土層;淤泥質粘土;粉質粘土;粘土等。場地特點是土體含水量高;孔隙比大;壓縮性強;承載能力低(f=100 kPa左右)。原設計為:水泥粉噴樁復合地基(水泥粉噴樁直徑φ=0.4 m，樁長H=7 m～8 m)。油罐基礎做法:鋼筋混凝土環墻(H=1.8 m～2.0 m)，中間部分:從上到下分別為:瀝青砂絕緣層(最薄處80厚，以i=2%從中間向四周找坡);砂墊層500厚;素土夯填(H=1.3 m～1.5 m)。當油罐施工完畢進行充水試壓后，發現油罐中間部分發生局部沉陷。致使油罐底板呈不規則形狀，原有予抬高找坡已基本平緩。環梁沉降小，中間沉降大，過早形成明顯的“鍋底”。以某φ=10.0 m;V=1000 m3油罐為例，中間最大沉降達170 mm(由于沉降值是用靠尺測量，實際數值可能比此更大)，環梁邊緣最大沉降37 mm，油罐底板與基礎環梁之間大部分已脫開。顯然已超出了《石油化工企業鋼儲罐地基與基礎設計規范》規定的罐基礎錐面坡度不小于0.008的要求。如不進行加固處理，則不能正常使用。

2 油罐基礎沉降原因的分析

針對以上沉降特點，分析認為在總沉降中，地基的沉降占15%～20%左右，這是由于粉噴樁樁長H=7 m～8 m，正好處于油罐有效影響深度之內，經過充水試壓，地基的沉降已經大部分完成。沉降的70%～80%是環墻內回填土造成。回填土不密實是造成環墻內沉降大，環墻處沉降小的主要原因。油罐內基礎回填土“素土夯填”施工缺陷有三個方面:

1)填料不符合要求，用本地基坑挖出的淤泥質粘土回填，其中還夾雜部分截除的粉噴樁樁頭和石塊。

2)回填層厚大，壓實不夠(只人工夯實)。

3)施工單位質量意識淡薄，甲方和監理的監管不到位等。

由于該地區淤泥質粘土在干燥情況下，固結成塊體狀，且非常堅硬;但是如遇水浸泡，則很快喪失強度，壓縮性極強。基礎環墻內回填土在充水試壓后，隨著上面荷載的增加，使得回填的土體被壓縮，加之當時正值雨季，地下水位上升，導致回填的淤泥質粘土遇水浸泡，引起基礎不均勻下沉，頂部瀝青砂絕緣層破壞，出現局部凹陷。因此，加固的重點如下:

1)對基礎內回填土層局部空洞的填充;

2)對地基土層的滲透加固。

3 加固方案的選擇

一般來說，油罐基礎的修復應遵循加固設計安全可靠，方便施工，節約投資的原則進行。目前對油罐基礎的修復，常用以下四種方法:

1)將罐體整體或局部頂起(吊起)，罐底板下噴射或灌注施工法。2)整體移位修復法。3)氣墊船法。4)基礎半圓周挖溝糾偏法。

根據現場具體情況:方法1將罐體整體頂起或吊起，然后墊上道木或其他物質，在罐底板下噴射或灌注施工，這將需要大型起重設備起吊或很多千斤頂。另外，由于罐底板鋼板一般都很薄，僅4 mm～6 mm，將產生較大的變形，把罐底板全部頂起，施工難度較大。需要處理的10臺油罐基礎工作量巨大;工期長;投資較多而且安全性差。方法2整體移位修復，施工質量高;安全性好;罐基礎沉降處理徹底。但也需要大型起重設備起吊，而且裝置現場罐體周圍管線;閥門;機泵等附屬設施都已安裝就位，沒有空地。方法3也屬于位移法的一種，其做法是將氣墊船像圍裙一樣套箍在油罐外壁的下部，在圍裙內送進壓縮空氣，將油罐浮升起來，但此種方法一般常用于處理大型油罐的不均勻沉降或傾斜。方法4是在罐基礎周圍半圓周挖溝，此方法只能處理基礎傾斜糾偏，不能對罐底凹陷進行修復。

綜合考慮現場實際情況，場地，工期，投資等諸多因素，上述四種方法都難以實施，其關鍵點在于鋼罐底板如何脫離基礎。經過多方案對比，最后決定采用在油罐內設立三角支架提拉油罐底板，使其基本復原，然后利用靜壓注漿對基礎進行填充和滲透，使其不均勻沉陷得到處理。

4 靜壓注漿

靜壓注漿就是利用壓漿泵，在一定的壓力下，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液克服地層的初始應力和抗拉強度，使地層中原有的裂隙或孔隙張開，形成新的裂隙或孔隙，促使漿液的可灌性和擴散距離增大。由于脈狀漿液固化后在地層中起承受應力的骨架作用，注漿壓力對地層的擠密及對原有孔洞的填塞作用，因而使地基土強度得到提高，防滲性能得到改善。漿液使原來松散的土粒或裂隙膠結成一個整體，形成一個強度大，防水防滲性能高的“結石體”。在注漿的過程中，漿液的流動總是朝地基土較軟弱，力學強度較地低的地方，這些地方土層首先承受不住漿液的壓力而產生劈裂，在這一過程中，地基土的薄弱位置首先得到加強，從而起到調整地基土不均勻性的目的。

靜壓注漿材料一般以水泥砂漿為主，在地下水無侵蝕性條件下，采用普通硅酸鹽水泥即可，它取材容易，配方簡單，價格便宜，又不污染環境，故成為國內外常用的注漿材料。

水泥漿的水灰比一般變化范圍為0.6～2.0，常用的水灰比是1∶1。為了調節水泥漿的性能，有時可加入速凝劑或緩凝劑等附加劑。

5 基礎處理方案

基礎處理程序:充水試壓→罐底板復原→罐底板開孔→加注水泥漿→收尾工作。

各項具體施工方法如下:

1)充水試壓。由于個別油罐前期充水時間較短(發現基礎異常后就停止了充水)，考慮到基礎內填土可能未達到最后穩定，故要對個別油罐繼續進行充水試壓，充水加載時間根據基礎沉降情況決定。在充水加載過程中，要進行沉降觀測，并記錄在案。要求每臺油罐做出沉降曲線，充水方法要嚴格按規范要求進行。

2)罐底板復原。基礎處理前，罐底板為凹形，為使底板盡量恢復到原來位置，采用以下方法對底板進行復原:先立鋼管支架，三根φ159×6鋼管間隔120°均勻布置(避開排污口)，生根于外環梁之上(見圖1)。鋼管支架頂端連接處，作成活動連接，以利于下個油罐使用。在排污口的外側用千斤頂頂住罐底板，施加支撐力，幫助其復位。在油罐內利用吊環和若干只手拉葫蘆(不均勻分布;視底板凹陷情況定)及鋼索進行手工提拉，使其底板起拱復原。此時操作要注意各吊點用力均勻，底板提拉程度不能超過原底板起拱度(即i=2%坡度)。另外，提拉時視提拉情況，在底板中間開幾個φ150 mm的孔洞，以釋放應力。

圖1 罐底板復原簡圖

3)罐底板開孔。在罐底板吊拉后，在上面用氣割割出若干個孔洞，然后焊接注漿鋼管(長10 mm～15 mm)，管徑根據注漿機軟管內徑決定;開孔間距根據油罐內基礎沉降具體情況確定，一般相隔1.5 m～2.0 m左右開孔。

4)加注水泥砂漿。完成以上各項工作之后，在注漿前，需要對罐四周環梁與罐底板間的縫隙用水泥砂漿封堵(可留若干個排氣孔)。水泥砂漿采用425號普通硅酸鹽水泥和生活飲用水調釋。其水灰比采用1∶(0.7～1)，其和易性、流動性都比較好;坍落度控制在11 cm～17 cm左右。為了防止注漿機塞管，所用砂子要用細度模數小于2的中砂。處理施工前，經現場試驗，沒有加緩凝劑或速凝劑。所用施工機械:擠壓式泥漿泵:SBJ-2型;工作壓力:1.5 MPa;最大工作壓力:2.0 MPa;最大水平輸送距離:80 m;最大垂直輸送距離:20 m;輸送管內徑:50 mm。水泥砂漿配制后，倒入注漿機，對罐底板的每個開孔處，逐個進行加壓注漿，注漿順序為從外側向中間進行，直到排氣孔排出漿液。在注漿過程中，要對底板隨時觀察，敲擊底板和四周的環梁邊緣處，看是否有空鼓聲，以此來判斷充盈程度，以確定注漿是否飽和。確認底板下的每個部位完全填滿，并停止滲透后方可停止注漿。

5)收尾工作。以上各項工作完成后，即可拆除提拉葫蘆，鋼索吊環和鋼管支架。開孔處割掉管子并堵孔并對鋼罐底板進行二次防腐處理。靜壓注漿后自然養護5 d即可加載使用。

6)施工質量監督。整個處理過程要由工作責任心強，質量意識高的技術人員進行現場質量監督。首先要保證水灰比的一致性。如水灰比過小，則施工困難，容易堵孔;水灰比太大時，容易施工但影響加固效果。另外加固作業要持續進行，中間不能停頓，還必須要保持一定的灌漿速度，即單位時間內注入的漿液量，注漿速度宜控制在20 L/mim～40 L/mim之間，否則影響加固效果。

6 經濟效果與存在問題

每臺油罐實際注漿時間1 d，安裝，拆除支架等準備工作2 d，共需3 d時間即可完成。投入人工:每班9人;投入設備:運送漿液鏟車和注漿機各一臺。需要處理的10臺罐基礎，經30多天即處理完畢。每臺油罐基礎實際灌入水泥砂漿6 m3～7 m3，總用量約77 m3。整個加固工程共需投資3.0萬元左右。由此看出，靜壓注漿處理油罐基礎沉陷與整體移位等方法比較起來，省工，省時，節約投資，不用投入大型機械設備，而且施工安全簡單，但也存在以下缺點:

1)由于基礎下沉，瀝青砂絕緣層被破壞，原有空洞處填充的水泥漿與罐底板接觸，對底板防腐有一定影響。

2)根據下沉量計算，每臺油罐填充體積約3 m3～4 m3，但實際上每臺注入約6 m3～7 m3，說明有一部分水泥漿已滲透到地基中了，但由于注漿管沒有直接伸到地基中，致使對地基土的加固效果不明顯。

7 結語

本工程自1999年8月加固完成后，裝置于1999年12月正式投產，投入使用至今已連續安全運行了十多年，經廠方定期沉降觀測，沒有發現大的不均勻沉降，沉降差很小，完全滿足規范及生產要求。說明用靜壓注漿加固油罐基礎不均勻沉降，方法是可行的，技術上是可靠的，經濟上是合理的。特別是利用三角支架在油罐內提拉罐底板，免除了用眾多千斤頂將油罐頂起，或用起重機械把油罐移位的工作，這對于處理中小油罐環墻內回填土不均勻沉降具有一定的參照意義，也是本次加固處理地基的一個嘗試。

［1］賈慶山.油罐基礎工程事故分析與處理［J］.特種結構，1991(2)：36-37.

［2］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范［S］.