静压注浆处理油罐基础不均匀沉降

夏景和

(中国石化集团洛阳石化工程公司，河南洛阳 471003)

1 工程概况

某炼油厂原料油罐区，共建有V=500 m3～1000 m3油罐10台。此工程地处京杭大运河南岸，该地区气候湿润多雨，年降雨量达1400 mm～1500 mm以上，地下水位较高。场地土质情况为:耕土层;淤泥质粘土;粉质粘土;粘土等。场地特点是土体含水量高;孔隙比大;压缩性强;承载能力低(f=100 kPa左右)。原设计为:水泥粉喷桩复合地基(水泥粉喷桩直径φ=0.4 m，桩长H=7 m～8 m)。油罐基础做法:钢筋混凝土环墙(H=1.8 m～2.0 m)，中间部分:从上到下分别为:沥青砂绝缘层(最薄处80厚，以i=2%从中间向四周找坡);砂垫层500厚;素土夯填(H=1.3 m～1.5 m)。当油罐施工完毕进行充水试压后，发现油罐中间部分发生局部沉陷。致使油罐底板呈不规则形状，原有予抬高找坡已基本平缓。环梁沉降小，中间沉降大，过早形成明显的“锅底”。以某φ=10.0 m;V=1000 m3油罐为例，中间最大沉降达170 mm(由于沉降值是用靠尺测量，实际数值可能比此更大)，环梁边缘最大沉降37 mm，油罐底板与基础环梁之间大部分已脱开。显然已超出了《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》规定的罐基础锥面坡度不小于0.008的要求。如不进行加固处理，则不能正常使用。

2 油罐基础沉降原因的分析

针对以上沉降特点，分析认为在总沉降中，地基的沉降占15%～20%左右，这是由于粉喷桩桩长H=7 m～8 m，正好处于油罐有效影响深度之内，经过充水试压，地基的沉降已经大部分完成。沉降的70%～80%是环墙内回填土造成。回填土不密实是造成环墙内沉降大，环墙处沉降小的主要原因。油罐内基础回填土“素土夯填”施工缺陷有三个方面:

1)填料不符合要求，用本地基坑挖出的淤泥质粘土回填，其中还夹杂部分截除的粉喷桩桩头和石块。

2)回填层厚大，压实不够(只人工夯实)。

3)施工单位质量意识淡薄，甲方和监理的监管不到位等。

由于该地区淤泥质粘土在干燥情况下，固结成块体状，且非常坚硬;但是如遇水浸泡，则很快丧失强度，压缩性极强。基础环墙内回填土在充水试压后，随着上面荷载的增加，使得回填的土体被压缩，加之当时正值雨季，地下水位上升，导致回填的淤泥质粘土遇水浸泡，引起基础不均匀下沉，顶部沥青砂绝缘层破坏，出现局部凹陷。因此，加固的重点如下:

1)对基础内回填土层局部空洞的填充;

2)对地基土层的渗透加固。

3 加固方案的选择

一般来说，油罐基础的修复应遵循加固设计安全可靠，方便施工，节约投资的原则进行。目前对油罐基础的修复，常用以下四种方法:

1)将罐体整体或局部顶起(吊起)，罐底板下喷射或灌注施工法。2)整体移位修复法。3)气垫船法。4)基础半圆周挖沟纠偏法。

根据现场具体情况:方法1将罐体整体顶起或吊起，然后垫上道木或其他物质，在罐底板下喷射或灌注施工，这将需要大型起重设备起吊或很多千斤顶。另外，由于罐底板钢板一般都很薄，仅4 mm～6 mm，将产生较大的变形，把罐底板全部顶起，施工难度较大。需要处理的10台油罐基础工作量巨大;工期长;投资较多而且安全性差。方法2整体移位修复，施工质量高;安全性好;罐基础沉降处理彻底。但也需要大型起重设备起吊，而且装置现场罐体周围管线;阀门;机泵等附属设施都已安装就位，没有空地。方法3也属于位移法的一种，其做法是将气垫船像围裙一样套箍在油罐外壁的下部，在围裙内送进压缩空气，将油罐浮升起来，但此种方法一般常用于处理大型油罐的不均匀沉降或倾斜。方法4是在罐基础周围半圆周挖沟，此方法只能处理基础倾斜纠偏，不能对罐底凹陷进行修复。

综合考虑现场实际情况，场地，工期，投资等诸多因素，上述四种方法都难以实施，其关键点在于钢罐底板如何脱离基础。经过多方案对比，最后决定采用在油罐内设立三角支架提拉油罐底板，使其基本复原，然后利用静压注浆对基础进行填充和渗透，使其不均匀沉陷得到处理。

4 静压注浆

静压注浆就是利用压浆泵，在一定的压力下，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙或孔隙，促使浆液的可灌性和扩散距离增大。由于脉状浆液固化后在地层中起承受应力的骨架作用，注浆压力对地层的挤密及对原有孔洞的填塞作用，因而使地基土强度得到提高，防渗性能得到改善。浆液使原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个强度大，防水防渗性能高的“结石体”。在注浆的过程中，浆液的流动总是朝地基土较软弱，力学强度较地低的地方，这些地方土层首先承受不住浆液的压力而产生劈裂，在这一过程中，地基土的薄弱位置首先得到加强，从而起到调整地基土不均匀性的目的。

静压注浆材料一般以水泥砂浆为主，在地下水无侵蚀性条件下，采用普通硅酸盐水泥即可，它取材容易，配方简单，价格便宜，又不污染环境，故成为国内外常用的注浆材料。

水泥浆的水灰比一般变化范围为0.6～2.0，常用的水灰比是1∶1。为了调节水泥浆的性能，有时可加入速凝剂或缓凝剂等附加剂。

5 基础处理方案

基础处理程序:充水试压→罐底板复原→罐底板开孔→加注水泥浆→收尾工作。

各项具体施工方法如下:

1)充水试压。由于个别油罐前期充水时间较短(发现基础异常后就停止了充水)，考虑到基础内填土可能未达到最后稳定，故要对个别油罐继续进行充水试压，充水加载时间根据基础沉降情况决定。在充水加载过程中，要进行沉降观测，并记录在案。要求每台油罐做出沉降曲线，充水方法要严格按规范要求进行。

2)罐底板复原。基础处理前，罐底板为凹形，为使底板尽量恢复到原来位置，采用以下方法对底板进行复原:先立钢管支架，三根φ159×6钢管间隔120°均匀布置(避开排污口)，生根于外环梁之上(见图1)。钢管支架顶端连接处，作成活动连接，以利于下个油罐使用。在排污口的外侧用千斤顶顶住罐底板，施加支撑力，帮助其复位。在油罐内利用吊环和若干只手拉葫芦(不均匀分布;视底板凹陷情况定)及钢索进行手工提拉，使其底板起拱复原。此时操作要注意各吊点用力均匀，底板提拉程度不能超过原底板起拱度(即i=2%坡度)。另外，提拉时视提拉情况，在底板中间开几个φ150 mm的孔洞，以释放应力。

图1 罐底板复原简图

3)罐底板开孔。在罐底板吊拉后，在上面用气割割出若干个孔洞，然后焊接注浆钢管(长10 mm～15 mm)，管径根据注浆机软管内径决定;开孔间距根据油罐内基础沉降具体情况确定，一般相隔1.5 m～2.0 m左右开孔。

4)加注水泥砂浆。完成以上各项工作之后，在注浆前，需要对罐四周环梁与罐底板间的缝隙用水泥砂浆封堵(可留若干个排气孔)。水泥砂浆采用425号普通硅酸盐水泥和生活饮用水调释。其水灰比采用1∶(0.7～1)，其和易性、流动性都比较好;坍落度控制在11 cm～17 cm左右。为了防止注浆机塞管，所用砂子要用细度模数小于2的中砂。处理施工前，经现场试验，没有加缓凝剂或速凝剂。所用施工机械:挤压式泥浆泵:SBJ-2型;工作压力:1.5 MPa;最大工作压力:2.0 MPa;最大水平输送距离:80 m;最大垂直输送距离:20 m;输送管内径:50 mm。水泥砂浆配制后，倒入注浆机，对罐底板的每个开孔处，逐个进行加压注浆，注浆顺序为从外侧向中间进行，直到排气孔排出浆液。在注浆过程中，要对底板随时观察，敲击底板和四周的环梁边缘处，看是否有空鼓声，以此来判断充盈程度，以确定注浆是否饱和。确认底板下的每个部位完全填满，并停止渗透后方可停止注浆。

5)收尾工作。以上各项工作完成后，即可拆除提拉葫芦，钢索吊环和钢管支架。开孔处割掉管子并堵孔并对钢罐底板进行二次防腐处理。静压注浆后自然养护5 d即可加载使用。

6)施工质量监督。整个处理过程要由工作责任心强，质量意识高的技术人员进行现场质量监督。首先要保证水灰比的一致性。如水灰比过小，则施工困难，容易堵孔;水灰比太大时，容易施工但影响加固效果。另外加固作业要持续进行，中间不能停顿，还必须要保持一定的灌浆速度，即单位时间内注入的浆液量，注浆速度宜控制在20 L/mim～40 L/mim之间，否则影响加固效果。

6 经济效果与存在问题

每台油罐实际注浆时间1 d，安装，拆除支架等准备工作2 d，共需3 d时间即可完成。投入人工:每班9人;投入设备:运送浆液铲车和注浆机各一台。需要处理的10台罐基础，经30多天即处理完毕。每台油罐基础实际灌入水泥砂浆6 m3～7 m3，总用量约77 m3。整个加固工程共需投资3.0万元左右。由此看出，静压注浆处理油罐基础沉陷与整体移位等方法比较起来，省工，省时，节约投资，不用投入大型机械设备，而且施工安全简单，但也存在以下缺点:

1)由于基础下沉，沥青砂绝缘层被破坏，原有空洞处填充的水泥浆与罐底板接触，对底板防腐有一定影响。

2)根据下沉量计算，每台油罐填充体积约3 m3～4 m3，但实际上每台注入约6 m3～7 m3，说明有一部分水泥浆已渗透到地基中了，但由于注浆管没有直接伸到地基中，致使对地基土的加固效果不明显。

7 结语

本工程自1999年8月加固完成后，装置于1999年12月正式投产，投入使用至今已连续安全运行了十多年，经厂方定期沉降观测，没有发现大的不均匀沉降，沉降差很小，完全满足规范及生产要求。说明用静压注浆加固油罐基础不均匀沉降，方法是可行的，技术上是可靠的，经济上是合理的。特别是利用三角支架在油罐内提拉罐底板，免除了用众多千斤顶将油罐顶起，或用起重机械把油罐移位的工作，这对于处理中小油罐环墙内回填土不均匀沉降具有一定的参照意义，也是本次加固处理地基的一个尝试。

［1］贾庆山.油罐基础工程事故分析与处理［J］.特种结构，1991(2)：36-37.

［2］JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］.