淺談濕陷性黃土回填區儲罐糾偏加固方案比選

【摘 要】建構筑物傾斜和地基不均勻沉降是一個普遍存在而難以解決的工程實際問題，本文對一座3000立方米圓形拱頂鋼制柴油儲罐罐體傾斜問題進行了原因分析，并針對具體情況提出了切實可行的糾偏加固方案，以期對以后類似工程有一定的指導和借鑒作用。

【關鍵詞】濕陷性黃土；高回填區；儲罐傾斜；糾偏加固

一、儲罐傾斜概況

豫西某私營油庫所在場地地形南高北低，其中一座3000立方米圓形拱頂鋼制柴油儲罐（以下簡稱“儲罐”）位居高差不等的回填土之上，回填區最大回填高差3.62米，最大回填深度10米。儲罐西南兩側臨近其它3000立方圓形拱頂鋼制柴油儲罐；東北兩側向外6.5米是防火堤、6.5-8米是綠化帶、8-12米是消防道路、12-14米是綠化帶、14米處是高8.5米頂寬1.75米底寬4.3米的毛石擋土墻（設置有泄水口），毛石擋土墻上是2.5米高磚體圍墻。

油庫于2009年07月投產，2011年10月現場調查發現，儲罐周邊多處地面破損、開裂；防火堤裂縫、傾斜；雨水排放不暢，積水等狀況較嚴重，儲罐南北沿直徑方向沉降差32mm；2013年兩次測量數據均顯示儲罐南北沿直徑方向沉降差120mm。儲罐向北傾斜，沿直徑方向差明顯，基礎發生不均勻沉降。

二、工程地質概況

根據原始地形圖、場地填挖方示意圖及原《巖土工程勘察報告》，該場地為II級（中等）自重濕陷性黃土場地，本場地濕陷性黃土層最大深度24.5米，基底以下濕陷性黃土層最大厚度20.5米。該場地地層信息如下：

（一）層雜填土（Q4ml）：主要為黃褐色粉土、粉質粘土，偶見磚渣、碎石子、灰渣，層頂為混凝土路面和碎石墊層。

（二）層素填土(Q4ml):黃褐色粉土、粉質粘土，稍濕，密實，中等壓縮性，無光澤反應，干強度低，韌性低，偶見蝸牛碎殼、磚渣、碎石渣、煤屑。局部缺失。根據標準貫入試驗結果，變異系數為0.41，均勻性差，實測和修正后的標準貫入擊數標準值較低，且低于天然原狀土，該層具有一定濕陷性。該層堆填方式為分層夯實，時間約4～5年。fak=115KPa，Es=7.3 Mpa。

（三）層黃土狀粉土(Q3al)：褐黃色，稍濕，密實。無光澤反應，干強度低，韌性低。含鈣質條紋和蝸牛殼，孔隙發育，全場分布。夾粉質粘土。 fak=120KPa，Es=7.7Mpa。

（四）層黃土狀粉土(Q3al)：褐黃色，棕黃色，稍濕，密實。無光澤反應，干強度中等，韌性低。含鈣質條紋和蝸牛殼，孔隙發育，全場分布。夾粉質粘土. fak=130KPa，Es=9.4 Mpa。

（五）層粉土：承載力一般，無濕陷性。

勘探深度內未見地下水。

儲罐周邊地坪標高380.5米，高于原天然地表，儲罐北側回填土深度較大。依據2013年地質調查報告填土厚度可達8-10米。儲罐原地基處理方案為分層碾壓素填土+12.5米擠密灰土樁、樁間距0.9米、樁孔0.4米、成樁0.45米+樁頂設置0.5米3:7灰土墊層，擠密灰土樁及墊層半徑大于儲罐6m。

三、儲罐傾斜演變過程

2009年3月充水預壓完成后基礎沉降觀測記錄顯示，儲罐基礎的沉降觀測點最大沉降量為13mm，沿直徑方向的最大沉降差2mm、沿罐周邊不均勻沉降差3mm，罐基礎沉降量和不均勻沉降趨于平穩，滿足設計和規范要求。

2011年10月對儲罐進行沉降復測，鑒于現場原始水準點和部分沉降觀測點遭破壞，對儲罐基礎環墻的水平度和儲罐沉降觀測點進行了測量，儲罐沿直徑方向的最大沉降差31mm、沿罐周邊不均勻沉降差32mm，可初步判定罐基礎已趨于穩定，屬SH/T3528-2005第7.4條允許范圍。

2013年3月檢測中心出具的《儲罐安全檢驗報告》結論為：儲罐圓心坐標計算結果，油罐頂部中心點位偏移88mm，油罐上部罐體焊接處最大高差129 mm。此次測量方式和依據規范，相比以往測量方式和依據規范有所不同，但理論上可判定罐基的不均勻沉降和罐體的傾斜明顯加大。

2013年5月對儲罐基礎環墻進行了復測，測量數據統計顯示，基礎環墻沿直徑方向高差120mm，沿罐周邊不均勻沉降差123mm。

以上數據分析儲罐傾斜、沿直徑方向沉降差明顯增加、偏移沉降速度明顯加快、北側沉降觀測點明顯下沉，不排除基礎發生不均勻沉降、且沉降仍未穩定的可能性。

四、油罐傾斜的原因分析

根據上述測量數據和地質調查報告，結合現場實地踏勘成果，著重對儲罐傾斜和地基不均勻沉降的原因進行了研究分析，認為以下因素的綜合作用導致了儲罐傾斜的產生：

（一）填方地基質量差：

儲罐位居高差不等的回填土之上，原始數據顯示回填區最大回填高差3.62米，根據2013年所做《地質調查報告》，填土區最大填土厚度達10m（從現地表起算）。回填土壓實系數在0.79-0.98之間，平均值為0.89，說明填土壓實質量差且不均勻，填土整體上處于松散狀態。

（二）填方地基多次遭水浸：

資料顯示，2009年5月持續7天強降雨將直接將儲罐東側消防道路和綠化帶沖垮。2009年8月持續3天強降雨，大量雨水匯集儲罐北側，儲罐東側正在施工變更雨水系統，水量太多且持續時間長，部分雨水向下不明方向滲漏。

從目前現場情況看，油罐區道路普遍不均勻下沉、開裂，排水設施中可見明水，不排除使用期間地面水繼續下滲。將2008年8月建設前地勘報告和2013年7月地質調查報告中相應土層的含水量列于下表：

油罐區地層含水量表

從表中數據可以看出，整個地層土含水量明顯增大，上部土層含水量提高幅度最大。現在土層飽和度均在70%以上，接近80%。

（三）地基處理深度不夠：

根據原勘察報告，本場地濕陷土層深度達20m，擠密樁地基處理長度12.5m，除去填土厚度，樁端深入原濕陷土層的3-4米。地基處理深度明顯不夠。

（四）填方厚度不均：

由于該場地是在原有場地上回填而成，原地貌南高北低，填土厚度不均，最大高差6m。造成儲罐基礎或一半在填土區，一半在原土上，或一個油罐下填土厚度相差4～6m。

（五）不均勻沉降機理分析：

原勘察報告顯示，填土前本場地屬II級自重濕陷性黃土場地，即如果浸水，僅在上覆土的飽和自重壓力下即會產生濕陷，最大自重濕陷量為106.7mm，最大濕陷量為515.5mm，濕陷深度約24m。在填了最大厚度10m的土層后，相當于增加了約180kPa的大面積荷載，根據有關研究成果，大壓力下濕陷性更趨嚴重，濕陷量更大，如果在現狀下根據實際壓力重新評價場地濕陷性，濕陷等級有可能變為III級，甚至更高。

回填土不密實，密實度平均值僅有0.89，且厚度不均勻；根據經驗，在0.89的壓實系數下，回填土仍具有濕陷性，且具高壓縮性。

根據2013年《地質調查報告》數據，在擠密樁處理區域，土的干密度為18.56-19.2kN/m3，壓實系數達到1.04-1.08，擠密效果非常好，在擠密樁處理區域內，復合土層（灰土或素土樁及樁間填土）的濕陷性肯定已經消除，但由于原填土層不均勻，而擠密樁參數相同，復合土層也存在不均勻現象。

這樣的場地在遭遇多次水侵后，含水量接近飽和。擠密樁范圍外的填土層以及填土下的原濕陷土層發生了濕陷變形，產生了較大沉降，從道路因不均勻沉降產生的大量裂縫可以直觀觀察到濕陷變形。而擠密樁范圍內復合土層（12.5米厚）不具濕陷性，沉降比周圍小很多，因此周圍填土層下沉對擠密樁區域產生了下拉荷載，使擠密樁區域臨近填土一側沉降變大，造成了罐體沉降的不均勻。從沉降觀測數據可以看出，幾乎所有油罐沉降大的一側均臨近外圍道路（填土區域），可為佐證。

以上是罐體產生不均勻沉降的根本原因，但浸水范圍、程度的不同、施工中積水損毀部分罐基、填土地基及擠密樁復合地基的不均勻等因素也對不均勻沉降的程度產生了影響。

五、加固糾偏方案比選

地基加固與糾偏方案選擇基于以下現狀：擠密樁范圍以外填土質量差，填土有濕陷性；擠密地基處理深度不夠，以下土層仍有濕陷性；罐區擠密樁范圍土的干密度為18.56-19.2 kN/m3，壓實系數達到1.04-1.08，罐區擠密樁范圍土的密實度高；地基土含水量較高，接近飽和，平均飽和度75-79%。以下對可能的加固糾偏方案進行選擇比較：

（一）注漿方案不可行：

已有擠密樁部分密實度過高，土接近飽和，注漿效果不理想；另注漿可控性差，難以達到設計效果。3000立方米罐地基為灰土擠密樁，注漿成孔難度大，其中心部位也是注漿所不及的地方。加固與糾偏需要分開進行，成本較高，工期較長。因此注漿方案不可行。

（二）旋噴樁方案不可行：

因擠密樁部分密實度高，樁間土和灰土擠密樁強度均較高，旋噴樁形不成穩定有效的樁體，可控性差。罐體中心部位無法施工，也存在加固與糾偏需要分開進行的問題。

（三）外圍加固方案不可行：

周邊填土下沉，外圍土體加固可以起到一定作用。存在的問題是，外圍土體含水量較高，而且有較高的擋土墻，擠密法不可行。可選擇的方法僅有旋噴，注漿或者深層攪拌，但存在加固量大、工程造價高，效果有限、見效慢的問題。糾偏需專門進行。

（四）排土糾偏法和HGP樁加固法方案可行：

排土糾偏法和HGP樁加固法，即罐體本身傾斜值也已接近允許值或超出了允許值，處于不穩定狀態，估需進行糾偏，糾偏后再對罐體地基進行加固，糾偏方案為排土糾偏法，地基土加固為HGP樁加固法。

（五）頂升調正糾偏法和錨桿靜壓樁方案可行

頂升調正糾偏法和錨桿靜壓樁，即先采用錨桿靜壓樁進行地基加固處理，為避免對原有環梁基礎的破壞，在地基加固后，采用罐壁焊接鋼牛腿的頂升調正糾偏法。

（六）樁式托換方案可行：

樁式托換，即在罐體周圍施工灌注樁，利用樁將荷載傳入地基深處非濕陷性土層，樁承載力除考慮罐體和油的自重外，還考慮填土層和濕陷性土層的負摩阻力影響，可以徹底解決不均勻沉降。

六、結論

綜上所述，本案儲罐傾斜主要由黃土的濕陷性、地基處理深度不夠、填方深度不均、填方施工質量差、雨排不完善場區積水嚴重和地坪破損雨水長期侵蝕等因素綜合作用所致，推薦最佳方案為采用“樁式托換”進行糾偏加固，“樁式托換”方案具有將加固和糾偏一并解決、施工安全風險小、工程質量易保證、工期相對短、預算造價低、效果可靠等優點。另外，影響建構筑物傾斜的因素很多，并由多種因素綜合作用所致。為此，項目建設過程中，我們要認真研究地質勘察資料，制定合理的地基處理方案，嚴格施工過程中的質量控制，發現問題時全面進行原因分析，采取最佳方案予以徹底整改，以確保建構筑物的工程質量和使用壽命。