储罐地基沉降的预防及处理

〔军事科学院国防工程研究院〕

目前，我国石油储备大多以地面储罐形式储存，地基沉降是造成储罐应力和变形过大的主要原因。例如，储罐局部应力过大和罐壁呈椭圆化等，进而导致灾难性事故的发生[1]。随着钢制储罐向大型化、密集化的发展，一旦发生事故，损失将不可估量。因此，如何保证钢制储罐的安全稳定运行显得尤为重要。

1 储罐基础沉降问题

储罐的特种结构，使其具有直径大，地基附加应力大的特点。分析以往国内外钢制储罐工程事故的原因可分为以下两种：其一，钢储罐不均匀沉降造成破坏。罐壁下端、边缘的不均匀沉降及罐体的局部凹陷等情况的发生，都会使罐底板产生较大的不规则变形，进而导致罐壁变形，严重时使储罐整体破裂漏油；其二，钢制储罐整体沉降与倾斜造成破坏。罐体发生整体倾斜下沉会影响浮盘正常运行，甚至卡盘、翻盘，严重时会引起储罐的整体弯曲变形[2]。钢制储罐沉降示意见图1。

图1 钢制储罐沉降示意图

2 预防地基沉降的对策

2.1 储罐场地的选择

选址是保证储罐工程质量的首要条件。放置储罐应尽量选择地质、水文条件较好的场地，尽可能避开不良地质条件。对于固定顶罐，体积一般较小，地基承载力要求不高，一般情况下都能满要求；而对于浮顶罐，特别是大直径大容量罐，对地基不均匀沉降较为敏感。因此要注意土层的非均质性，尽量选择平缓无陡坡的地区；水平起伏坡度应在3%以内，垂直起伏坡度不应大于2%；当不能满足要求时，纵坡应在2%以内，罐区应避开Ⅱ级以上自重湿陷性黄土区和9级以上地震区[3]。

2.2 储罐基础应设计合理

为了能够更有效地预防和控制储罐基础的沉降，在进行储罐基础设计时应更加重视储罐基础的功能，尽可能优化设计方案。考虑到储罐罐体的安全性与持久性，进行储罐基础设计时应着重从以下几点功能考虑：①考虑储罐罐体的整体均匀性以及抗弯刚度等特点，合理设计罐壁的垂直度和圆度，尽可能避免储罐由于柔性过大而产生变形。②由于储罐底部并非是平整光滑的表面，一旦储罐承载较大负荷，局部凹凸位置可能会负重变形。为防止变形，需要设计带有柔性的基床底板。③在设计时应选择抗腐蚀性的材料，对底板进行防护，如在储罐底部敷设沥青砂、绝缘防腐层等，以避免储罐罐底在长期使用过程中发生腐蚀。④储罐基础顶面与所处地下水位之间的安全距离应设置合理，确保二者之间的距离大于毛细管水所能达到的高度。

2.3 施工期间的预防措施

为了预防储罐不均匀沉降，应在工程施工期间提高工程质量，做好预防工作，避免以后在使用中出现沉降问题。具体应做好以下几点：①在施工中应严格遵照设计方案，特别是对储罐基础的中心部位进行加固和填埋工作。②为了加强油罐周围的整体刚度，需要在加固油罐基础的中心后，对稳定油罐的底部和周围结构进行加固，即搭建混凝土围墙，从底部土层开始加强处理。③罐底应在内部和外部进行回填和加固。材料方面，可选用砾石代替三七灰土等传统回填材料，提高罐底地基承载力。④施工人员要注重施工细节，严控施工质量，建设和监理单位应加强监督管理，保证储罐建设的可靠性。

3 储罐地基沉降发生后的纠偏措施

3.1 主要方法

常用的储罐基础沉降纠正方法是主动纠偏法。其主要有预压纠偏法、排水纠偏法、挖沟纠偏法及顶升调正纠偏法[4]。

3.1.1 预压纠偏法

预压纠偏法设备简单，具有一定的效果，但对较大的不均匀沉降的作用有一定局限性。

3.1.2 排水纠偏法

排水纠偏法是在基础沉降少的一侧开挖排水沟，定期用泵抽水，以加速基础部分下的压缩固结沉降，达到纠偏目的。

3.1.3 挖沟纠偏法

挖沟纠偏法是利用储罐基础的良好刚度，在基础沉降小的一侧，沿基础外侧圆周挖一定深度和宽度的半圆沟，使基础土体侧向挤压，沉降小的部分会增加沉降，达到纠偏目的。

3.1.4 顶升调正纠偏法

顶升纠偏法是采用多个千斤顶将罐体整体抬升，然后用压缩空气将砂吹入罐底。当储罐发生的偏沉较大时，可多次提升罐体吹砂以垫平罐底板，直至校正好基础的不均匀沉降。

3.2 储罐地基加固方法

控制储罐不均匀沉降的根本办法是对地基进行加固处理。目前一般采用注浆加固处理的方法，即在储罐周边外侧注浆顶升基础及加固基础。加固机理是通过空气压力或液压，填充、渗透和挤密压实来提高地层的强度，从而改善储罐基础周边土体的力学指标。提高储罐地基基础的承载力和加固强度，提高罐体的稳定性和安全性指标。

4 工程实例

某油库建有1000m3容积的储罐10个，长期使用后发现其中有2个罐发生了不均匀沉降，基础中间发生了塌陷。为了使罐体安全及可以正常使用，必须对基础进行加固处理。

4.1 方案比选

对塌陷的基础可以有两种加固方式：一种是保持罐体不动，采取压密注浆方法，对储罐地质薄弱带进行整体注浆加固，同时对基础凹陷部位进行补充填实。优点是施工速度快，施工方便，费用低。缺点是罐底地质情况不明。第二种是拆除罐底板，采用人工挖孔桩对筏板基础加固后修复。优点是处理时可明了地质情况，过程可控。缺点是施工周期长，投资大。综合考虑现场实际情况，结合施工周期和造价等诸多因素，采取了压密注浆方案。

4.2 施工要求

（1）压密注浆施工前，应清理场地内影响施工的障碍物（如抛填块石等），以保证压密注浆施工的连续性。

（2）压密注浆可采用普通硅酸盐水泥，浆液注入率可设置为15%～20%。施工过程中注浆量可依据现场的试验性注浆量来调整。

（3）压密注浆的钻孔孔距为1.0m，梅花形布置。采用水泥-水玻璃双液快凝浆液，初始注浆压力宜设置为1～3MPa，稳定注浆压力适宜采用0.5～0.8MPa。水玻璃掺加量应通过现场试验确定，一般经验数值为0.5%～3%；表面活性剂的掺加量一般为水泥总用量的0.3%～0.5%；粉煤灰掺加量不宜大于水泥总用量的20%。为保证加固效果，注浆的有效范围不应小于1m。

（4）压密注浆施工时，注浆管应设置在地面以下2m范围内以低压注浆形成封闭浆液，注浆压力可采用0.1～0.2MPa，可通过现场试孔确定具体压力。

（5）压密注浆的施工顺序为：先进行施工外排，再进行施工内排。必要时应跳孔施工以防止窜浆。施工单位应事先做好施工组织设计，安排好施工机具和采用技术。

（6）压密注浆的垂直偏差不应大于1%。当采用花管注浆时，为保证注浆均匀，注浆管每次上拔或下钻高度可设为为500mm。施工中注浆的流量可设为为7～10L/min。

（7）为保证施工质量，注浆作业一经开始即应连续进行。如中途发生地面冒浆等现象应立即停止作业，调查冒浆原因，改正后方可继续施工。

4.3 效果分析

每个罐的注浆时间为1d，施工准备工作2d，共需3d即可完成。两个罐共需6d。经计算处理所需水泥砂浆大约9～10m3，实际总用量约20m3，整个加固过程共投资为2.6万元左右。由此看来，此方法省时、省工、节约投资，施工工艺简单。但也存在一些问题：一是灌入的水泥浆远远超过现场测算，说明灌入的水泥浆有一部分进入了基础，可能注浆管伸入深度位置不够精确，致使效果不明显，造成浪费；二是由于基础下层原有防腐层破坏，注入的水泥浆与底板接触，对防腐有一定影响。

5 结束语

近年来，随着我国国力的提升，大型储罐建设数量日益增多，为了减少因储罐沉降问题引起的安全隐患，一定要重视储罐沉降问题，采取合理措施预防沉降，在储罐使用过程中，必要时对储罐进行加固，防止因储罐基础沉降而造成事故的发生。