基礎沉降對油罐穩(wěn)定性的影響及對策

基礎沉降對油罐穩(wěn)定性的影響及對策

0基處理不當,導致罐體分離近年來，許多油田發(fā)生了油罐傾斜事故。油罐的基礎是直接繼承油罐的結構，這對確保油罐的安全運行非常重要。深層土壤過于柔軟，土壤均勻性差，嚴重不均勻，油罐嚴重不均勻，大的地面沉降給管道的安裝和油罐的使用帶來了許多困難。由于油罐底部局部不規(guī)則沉降，罐體上口橢圓度發(fā)生變化，大傾角可能會卡在浮升的上方，導致嚴重事故。因此，有必要對油罐事故進行分析和處理。從經(jīng)濟效率的角度來看，在某一地點傾斜油罐的事故原因中，提出了全圓開挖槽法和孔深開挖砂漿法的糾正對策。12年4月至2002年4月投料情況該1#,2#油罐位于某油田集輸首站內,為鋼質浮頂油罐,油罐原油貯量為20000m3,軟土地基條件,CFG樁與砂樁復合樁基處理方案,基礎采用鋼筋混凝土環(huán)墻,油罐采用單盤式浮頂結構,管式充液密封裝置.該油罐于2000年12月開工,2002年4月試運進油.投料試車后兩臺罐當浮頂自升至2.47m液位時密封不嚴,局部原油逐漸溢露,起升愈高露油愈嚴重,升至極限高度13.61m,裸露油面寬達0.213m,弧長達31.6m.同時進行沉降觀測,發(fā)現(xiàn)沉降較快,且不均勻沉降逐步加大,其中1#罐最大沉降量為487mm,不均勻沉降已達129mm,如圖1所示.2#罐情況與1#罐類似.顯然,1#,2#兩罐的地基不均勻沉降已超過安全限制,必須進行校正處理.不難看出,此時1#儲罐基礎環(huán)墻上表面位于西北與東北兩方向處偏高,其余方向偏低(如圖2),而2#儲罐則在西南與東南兩方向處偏高,其余方向偏低,沉降不具有對稱性,因此將導致儲罐的非平面傾斜.基礎的此種狀態(tài)導致罐體的幾何尺寸發(fā)生下述變化:1.1罐壁板沉降值對比圓外數(shù)值為罐壁板垂直度偏差值,負值表示罐壁板上口內傾,正值表示罐壁板上口外傾(以下同).從圖中可以得到:(1)基礎預壓沉降后的罐壁板垂直度偏差比充水預壓前大得多,而且嚴重超差.(2)罐壁板垂直度偏差值的分布對應于圖1中沉降量的分布值,即沉降量大(基礎環(huán)墻上表面偏低)方向之處罐壁板上口外傾.沉降量小方向之處罐壁板上口內傾.1.2罐體幾何尺寸的影響圖5顯示出:儲罐在負荷狀態(tài)下發(fā)生了非平面傾斜,底層壁板圓度變異小,頂部壁板圓度變異大,自下而上漸成橢圓狀,1#,2#儲罐最長直徑與理論直徑相差分別為363mm和285mm.基礎不均勻沉降而引起的罐體幾何尺寸的變形和超差,不僅會惡化罐底板與罐壁板之間的角焊縫以及罐底板邊緣部位的受力狀態(tài),而且嚴重阻礙罐內浮頂?shù)纳颠\動,從而無法確保儲罐投入使用后安全運行.同時隨同罐壁變形,罐前閥組水平管段在固定墩支力下已傾斜,必須及時撤銷負荷,以免發(fā)生罐壁焊道開裂事故,因此提出了對該罐進行糾偏的問題.2罐基礎土體被壓縮性影響較根據(jù)現(xiàn)場勘察并查閱有關資料,我們認為造成1#,2#儲罐地基不均勻沉降過大的主要原因有以下幾個方面.(1)1#,2#兩罐建造以前,在現(xiàn)場原有6臺5000m3舊油罐,拆除后在其上新建了1#,2#兩個油罐,如圖6所示.罐體拆除后,對其基礎僅進行了表層清理,原舊罐基礎土體未予清除.這樣舊罐基礎部分的土層因長期受壓固結而較密實,而其外圍土層幾乎未被壓縮,仍具有較大的壓縮性.新油罐建成后,雖然原罐基礎中只有4臺罐基礎局部被壓在2臺新建儲罐之下,但由于舊基礎部分已經(jīng)板結固化,其作用相當于力學中長細比較大的懸臂梁或硬固支點.此外由于舊基礎經(jīng)多年滿負荷沉降已基本穩(wěn)定,地基土可壓縮性小,沉降亦小,而非舊基礎點的土層未固結,壓縮性較大,基礎的沉降自然較大.這就是造成1#,2#油罐嚴重不均勻沉降和過大傾斜的主要原因.(2)不均勻沉降導致油罐充水預壓后重心向傾斜一側轉移,這樣又加重了地基的不均勻沉降和油罐的傾斜.3側向鉆孔挖砂糾偏鑒于上述原因,要使油罐滿足安全性和使用功能,必須進行糾偏.目前,國內外有關油罐糾偏一般采用頂升局部調整法、半圓周挖溝法和鉆孔挖砂糾偏法等幾種方法.但是在實際工程中,糾偏方法的選擇應根據(jù)油罐型式與容量大小、土質情況、施工方法及產(chǎn)生傾斜的原因等條件而定.具體情況具體分析,主要是考慮安全可行、經(jīng)濟合理,并力求不留隱患.本工程中,由于罐體直徑很大,所以頂升法難以將罐全部頂起,且鋼板撓度大,施工難度大,費用較高,此法不太適用.結合1#,2#油罐的容量,實際地基剛度和地質情況,并且考慮糾偏費用,建議糾偏方案采用半圓周挖溝加鉆孔取土綜合糾偏法,理由如下.(1)半圓周挖溝糾偏,利用油罐環(huán)基剛性較好的條件,不需另外加強油罐及基礎的剛度,節(jié)約費用.這種方法主要是根據(jù)土力學的原理,解除沉降少一側地基土的側向約束力,使該側地基土發(fā)生側向變形,產(chǎn)生有效應力差,從而減少差異沉降,達到糾偏的目的.(2)鉆孔挖砂糾偏,根據(jù)土力學原理,在油罐基底側向鉆孔后,孔壁將產(chǎn)生應力集中.當鉆孔量達到一定程度后,孔壁將無法支承上部荷重,因而造成部分土體側向擠出.整個地基土產(chǎn)生應力重分布,使部分基礎下沉,從而達到糾偏目的.根據(jù)本工程實際情況,沉降小的一側因舊罐作用而使土質壓縮很密實,很難側向擠出.為此,本文建議1#、2#罐糾偏時一方面要合理確定挖溝位置、長度及深度,另一方面可輔之鉆孔取土,加速土的側向擠出.綜合利用半圓周挖溝與鉆孔挖砂法校正1#,2#罐的具體措施如下.1)挖溝位置在沉降較少的一側,以最小沉降點為中點各向兩側延伸至1/4周長,形成半圓周挖溝.2)挖溝深度是糾偏的主要困素.挖得太深,將使油罐地基產(chǎn)生剪切破壞乃至滑動,造成油罐傾覆,挖得太淺則起不到糾偏的作用.根據(jù)本工程實際情況,參照文獻,挖溝深度取為l.0m較合適.3)溝邊至罐壁的距離適宜,為了安全有效地糾偏,取30～50m.4)側向鉆孔取土工具采用洛陽鏟,即直徑89的鋼管,前端為馬蹄口,尾端開平口.具體校正挖溝參數(shù)如圖7所示,單位:mm.5)取砂方法:在不均勻沉降點環(huán)梁外側布置取砂坑1.0m×1.5m,間隔1.0m,深度挖至儲罐基礎砂墊層底部,在砂坑外側間設集水坑作降水措施.取砂共分三輪,第一輪為深孔(管長)1600mm,儲罐無介質沉降;第二輪為次深孔(管長)1100mm,儲罐半負荷充水沉降;第三輪為淺孔(管長)600mm,儲罐全負荷充水沉降.每輪取砂時,應在罐徑方向相向同時進行.每罐平面各有兩個取砂段,鉆孔間隙150mm,應從段中向兩側順次且間隔施鉆.嚴格控制沉降速率,各點沉降量每天不得超過10mm.上一輪取砂每天沉降量低于5mm時,方可進行下一輪取砂工作.各鉆孔點取砂量偏差為設計值±5%.取砂全過程應嚴密觀察環(huán)梁和罐壁角焊縫外觀,如出現(xiàn)裂紋,應立即停工處理.測點鉆孔布置如圖8所示.6)環(huán)梁下沉到預期的糾偏高度后,如罐壁的復圓不符合要求,則采取措施強力調整變形.罐壁矯正后,應能滿足密封要求,否則需更換密封裝置甚至調整浮頂邊緣板外徑尺寸.采用半圓周挖溝與鉆孔取土法綜合進行油罐糾偏效果顯著,其最終沉降量及各測點糾偏量如表1所示.經(jīng)觀測,儲罐滿負荷充水每天沉降量小于1mm,放水后環(huán)墻每天反彈量小于1mm,環(huán)梁及罐壁不均勻沉降達設計要求,密封不良露油現(xiàn)象全部消除,非平面傾斜問題獲得圓滿解決.兩臺20000m3儲罐已分別于2002年12月和2003年1月進油投產(chǎn),經(jīng)兩次年度回訪,糾偏效果比較滿意.4罐基糾偏流量的確定半圓周挖溝加鉆孔挖砂綜合糾偏法是在實際工程中根據(jù)具體情況提出的,實踐