灰土地基儲油罐不均勻沉降特征與影響因素探討★

惠 冰 張 立 王 倩

(1.山東正元建設工程有限責任公司，山東 濟南 250101； 2.山東城市建設職業學院，山東 濟南 250014)

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灰土地基儲油罐不均勻沉降特征與影響因素探討★

惠 冰1張 立2王 倩1

(1.山東正元建設工程有限責任公司，山東 濟南 250101； 2.山東城市建設職業學院，山東 濟南 250014)

依托某一儲油罐的工程實例，研究了油罐沉降、不均勻沉降變形規律及影響因素，根據場地工程地質條件與現場沉降監測數據可知：油罐基礎相鄰沉降觀測點之間存在耦合形態，且相鄰點的沉降差逐漸增大；對于充水預壓試驗期間，油罐荷載大小與沉降量呈現雙曲線增長趨勢，并最終穩定；其中地層的不均勻性、濕陷性黃土地層分布、充水預壓速率是引起油罐產生傾斜的主要因素。

灰土地基，不均勻沉降，充水預壓，耦合形態

隨著我國石油需求的不斷增加，大批儲油罐的建設在日益增多。然而在儲油罐建設初期充水預壓階段，油罐會發生沉降、不均勻沉降，嚴重影響油罐的安全和正常投產。近年來國內外大多學者針對儲油罐的地基基礎不均勻沉降進行相關研究[1-4]；油罐傾斜主要有平面傾斜、非平面傾斜、罐底錐面坡度破壞三種[5,]6〗，劉紅軍等研究了高能級強夯在大型儲罐碎石地基處理中的應用，陳龍珠等用彈塑性有限元方法分析了變剛度復合地基處理方案對基礎最大沉降、差異沉降等主要工程特性的影響；劉濤等使用ANSYS軟件對大型儲油罐主要部位用分析設計標準進行了應力評定并確定了關鍵部位；劉小文等[10]分析油罐地基產生不均勻沉降與傾斜的影響因素，并對油罐糾偏進行了探討。

本文依托某一儲油罐的具體工程實例，在投產初期充水預壓階段出現平面傾斜問題。該儲油罐灰土地基具有厚度大、分布不均勻等特點，針對油罐產生的沉降、不均勻沉降特點，研究油罐發生不均勻沉降特征與影響因素。

1 工程概況

某一儲油罐G839，G840為圓柱形，單盤式浮頂結構采用環墻式基礎。罐體直徑27.628m，高度約21.0m，容積9 500m3，油罐體采用鋼板焊接而成，罐體坐于100mm厚瀝青砂絕緣層上(見圖1)。

2 儲油罐充水預壓階段變形特征

2.1 儲油罐充水預壓階段變形規律分析

分析儲油罐充水預壓階段各點沉降變化可知，在充水預壓初期，灰土地基處于壓密狀態，土體中的應力發生重新分布；隨著油罐充水的繼續，罐體自重和水體作為荷載施加于地基土體中，灰土地基將發生沉降和側向變形。當油罐充水達到一定程度時，罐底地基發生差異沉降。并由于荷載的繼續增加，最終將引起油罐的不均勻沉降，且沿油罐周邊各點的沉降差在不斷增加(見圖2)。

由于油罐G839，G840相距較近，垂直距離為12m，油罐基礎相鄰沉降觀測點之間存在耦合形態。油罐G839，G840在充水預壓過程中各點沉降曲線見圖3，圖4。

2.2 儲油罐充水預壓階段傾斜分析

分別對油罐G839，G840進行充水預壓試驗，其中油罐G839充水至1/2(約8m)、油罐G840充水至滿罐(約16m)后，均有不同程度的傾斜。據經現場測得的沉降數據，油罐G839沉降差為268mm(傾斜9.7‰)，主傾方向南西8°；油罐G840沉降差為247mm(傾斜8.94‰)，主傾方向北東30°；均超出規范要求(均大于規范允許值6‰)。經分析可知，兩油罐基礎沉降均具有對稱性，滿足任意直徑方向的平面傾斜變形特征，為平面傾斜。

充水預壓試驗期間，隨著兩油罐充水量的增大，基礎和地基承受荷載增大，環形基礎沉降量呈現雙曲線增長趨勢，并最終趨于穩定。

3 儲油罐傾斜影響因素研究

3.1 灰土地基的分布

油罐地基處理過程中，油罐G839地基處理深度一樣，均為3.3m，然而油罐G840地基處理深度不均一，分別為7.5m，4.5m。

3.2 充水預壓速率

當充水速率過快時，將導致土體的沉降與側向變形的速率過快，極易引起罐體的傾斜。當充水速率過慢時，灰土地基會產生緩慢的穩定，但由于比較耗時，影響罐體的實際投產，需要合理控制充水速率。根據現場沉降觀測資料可知，油罐G839充水分別到8m(1/2水位)、12m(3/4水位)、16m(滿罐)時，其中沿罐體周邊最大沉降速率分別為25mm/d，207mm/d，39mm/d；油罐G840充水分別到8m(1/2水位)、12m(3/4水位)、16m(滿罐)時，其中沿罐體周邊最大沉降速率分別為83mm/d，136mm/d，57mm/d。兩罐體在充水預壓階段速率過快，發生較大的沉降變形。

3.3 特殊性黃土濕陷性

依據巖土工程勘察報告可知，該場地第②層黃土狀粉質粘土在油罐底部的分布具有不均勻性、濕陷性等特點。并且土樣具有濕陷性，濕陷系數介于0.015～0.016之間(見圖5)。

選取現場4個鉆孔資料，進行各鉆孔黃土濕陷量計算，各鉆孔黃土濕陷量為21.4mm～50.6mm，均小于300mm。根據計算結果結合場地黃土狀粉質粘土的分布情況綜合判定，可知本場地屬Ⅰ級(輕微)非自重濕陷性場地。然而由于濕陷性黃土在油罐底部的地層分布情況，以及由于地下水的滲入將引起嚴重的濕陷，導致灰土地基的變形。

3.4 地下管線滲漏

由于擬建場地位于煉油廠罐區內，且該兩油罐屬于改造新建項目，場地內地下存在電纜、管線、管溝及原有建(構)筑物基礎等(見圖6)。

由現場開挖溝槽可知，油罐底部管線比較復雜，且使用時間較

長，有些已生銹破損，存在管線滲漏現象；且地下管線的分布將直接導致灰土地基處理的不均勻，進而可能導致油罐在充水階段發生沉降變形。

4 結語

1)依托某一儲油罐具體工程實例，分析了油罐沉降、不均勻沉降變形特征。儲油罐在充水預壓初期，灰土地基處于壓密狀態，土體中的應力發生重新分布；隨著油罐充水的繼續，罐體自重和水體作為荷載施加于地基土體中，灰土地基將發生沉降和側向變形。2)當油罐充水達到一定程度時，罐底地基發生差異沉降，并由于荷載的繼續增加，最終將引起油罐的不均勻沉降，且沿油罐周邊各點的沉降差在不斷增加。油罐相距較近時，油罐基礎相鄰沉降點之間存在耦合形態。3)根據油罐不均勻沉降特征，分析了儲油罐發生傾斜的影響因素主要包括灰土地基不均一、充水預壓速率、特殊性黃土濕陷性、地下管線滲漏，為下一步油罐糾傾加固工作提供理論指導。

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[6]SH/T3068—2007，石油化工企業鋼儲罐地基與基礎設計規范.

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[9]劉 濤,沈士明.大型原油儲罐的有限元分析.機械設計與制造,2010(3):41-43.

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Theresearchofunevensettlementcharacteristicsandinfluencingfactorsinlime-soilfoundationoiltank★

HuiBing1ZhangLi2WangQian1

(1.Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co., Ltd, Jinan 250101， China；2.Shandong Urban Construction Vocational College, Jinan 250014, China)

Relyingonexamplesofprojectsofastorageoilcan,settlement,unevensettlementdeformationandinfluencingfactorsofoilcanarestudied.Accordingtoengineeringgeologicalconditionsofthesiteandonsitesettlementmonitoringdata:couplingformexistencesbetweentheadjacentsettlementobservationpointofthebasisofoilcan,andthesettlementdifferencebetweenadjacentpointsincreasesgradually.Duringwater-filledpreloadingtest,thesizeofloadforoilcanandthesettlementpresenthyperbolicgrowthtrend,andeventuallystabilize.Nonuniformityofformation,loessstratigraphicdistribution,rateofwater-filledpreloadingarethemainfactorcausingtheoilcantilt.

lime-soilfoundation，unevensettlement，water-filledpreloading，couplingform

1009-6825(2015)21-0034-02

2015-05-15★：山東局青年科技基金資助項目

惠 冰(1986- )，男，碩士，助理工程師； 張 立(1986- )，女，碩士，助教； 王 倩(1988- )，男，碩士，助理工程師

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