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基础沉降对油罐稳定性的影响及对策

0基处理不当,导致罐体分离近年来,许多油田发生了油罐倾斜事故。油罐的基础是直接继承油罐的结构,这对确保油罐的安全运行非常重要。深层土壤过于柔软,土壤均匀性差,严重不均匀,油罐严重不均匀,大的地面沉降给管道的安装和油罐的使用带来了许多困难。由于油罐底部局部不规则沉降,罐体上口椭圆度发生变化,大倾角可能会卡在浮升的上方,导致严重事故。因此,有必要对油罐事故进行分析和处理。从经济效率的角度来看,在某一地点倾斜油罐的事故原因中,提出了全圆开挖槽法和孔深开挖砂浆法的纠正对策。12年4月至2002年4月投料情况该1#,2#油罐位于某油田集输首站内,为钢质浮顶油罐,油罐原油贮量为20000m3,软土地基条件,CFG桩与砂桩复合桩基处理方案,基础采用钢筋混凝土环墙,油罐采用单盘式浮顶结构,管式充液密封装置.该油罐于2000年12月开工,2002年4月试运进油.投料试车后两台罐当浮顶自升至2.47m液位时密封不严,局部原油逐渐溢露,起升愈高露油愈严重,升至极限高度13.61m,裸露油面宽达0.213m,弧长达31.6m.同时进行沉降观测,发现沉降较快,且不均匀沉降逐步加大,其中1#罐最大沉降量为487mm,不均匀沉降已达129mm,如图1所示.2#罐情况与1#罐类似.显然,1#,2#两罐的地基不均匀沉降已超过安全限制,必须进行校正处理.不难看出,此时1#储罐基础环墙上表面位于西北与东北两方向处偏高,其余方向偏低(如图2),而2#储罐则在西南与东南两方向处偏高,其余方向偏低,沉降不具有对称性,因此将导致储罐的非平面倾斜.基础的此种状态导致罐体的几何尺寸发生下述变化:1.1罐壁板沉降值对比圆外数值为罐壁板垂直度偏差值,负值表示罐壁板上口内倾,正值表示罐壁板上口外倾(以下同).从图中可以得到:(1)基础预压沉降后的罐壁板垂直度偏差比充水预压前大得多,而且严重超差.(2)罐壁板垂直度偏差值的分布对应于图1中沉降量的分布值,即沉降量大(基础环墙上表面偏低)方向之处罐壁板上口外倾.沉降量小方向之处罐壁板上口内倾.1.2罐体几何尺寸的影响图5显示出:储罐在负荷状态下发生了非平面倾斜,底层壁板圆度变异小,顶部壁板圆度变异大,自下而上渐成椭圆状,1#,2#储罐最长直径与理论直径相差分别为363mm和285mm.基础不均匀沉降而引起的罐体几何尺寸的变形和超差,不仅会恶化罐底板与罐壁板之间的角焊缝以及罐底板边缘部位的受力状态,而且严重阻碍罐内浮顶的升降运动,从而无法确保储罐投入使用后安全运行.同时随同罐壁变形,罐前阀组水平管段在固定墩支力下已倾斜,必须及时撤销负荷,以免发生罐壁焊道开裂事故,因此提出了对该罐进行纠偏的问题.2罐基础土体被压缩性影响较根据现场勘察并查阅有关资料,我们认为造成1#,2#储罐地基不均匀沉降过大的主要原因有以下几个方面.(1)1#,2#两罐建造以前,在现场原有6台5000m3旧油罐,拆除后在其上新建了1#,2#两个油罐,如图6所示.罐体拆除后,对其基础仅进行了表层清理,原旧罐基础土体未予清除.这样旧罐基础部分的土层因长期受压固结而较密实,而其外围土层几乎未被压缩,仍具有较大的压缩性.新油罐建成后,虽然原罐基础中只有4台罐基础局部被压在2台新建储罐之下,但由于旧基础部分已经板结固化,其作用相当于力学中长细比较大的悬臂梁或硬固支点.此外由于旧基础经多年满负荷沉降已基本稳定,地基土可压缩性小,沉降亦小,而非旧基础点的土层未固结,压缩性较大,基础的沉降自然较大.这就是造成1#,2#油罐严重不均匀沉降和过大倾斜的主要原因.(2)不均匀沉降导致油罐充水预压后重心向倾斜一侧转移,这样又加重了地基的不均匀沉降和油罐的倾斜.3侧向钻孔挖砂纠偏鉴于上述原因,要使油罐满足安全性和使用功能,必须进行纠偏.目前,国内外有关油罐纠偏一般采用顶升局部调整法、半圆周挖沟法和钻孔挖砂纠偏法等几种方法.但是在实际工程中,纠偏方法的选择应根据油罐型式与容量大小、土质情况、施工方法及产生倾斜的原因等条件而定.具体情况具体分析,主要是考虑安全可行、经济合理,并力求不留隐患.本工程中,由于罐体直径很大,所以顶升法难以将罐全部顶起,且钢板挠度大,施工难度大,费用较高,此法不太适用.结合1#,2#油罐的容量,实际地基刚度和地质情况,并且考虑纠偏费用,建议纠偏方案采用半圆周挖沟加钻孔取土综合纠偏法,理由如下.(1)半圆周挖沟纠偏,利用油罐环基刚性较好的条件,不需另外加强油罐及基础的刚度,节约费用.这种方法主要是根据土力学的原理,解除沉降少一侧地基土的侧向约束力,使该侧地基土发生侧向变形,产生有效应力差,从而减少差异沉降,达到纠偏的目的.(2)钻孔挖砂纠偏,根据土力学原理,在油罐基底侧向钻孔后,孔壁将产生应力集中.当钻孔量达到一定程度后,孔壁将无法支承上部荷重,因而造成部分土体侧向挤出.整个地基土产生应力重分布,使部分基础下沉,从而达到纠偏目的.根据本工程实际情况,沉降小的一侧因旧罐作用而使土质压缩很密实,很难侧向挤出.为此,本文建议1#、2#罐纠偏时一方面要合理确定挖沟位置、长度及深度,另一方面可辅之钻孔取土,加速土的侧向挤出.综合利用半圆周挖沟与钻孔挖砂法校正1#,2#罐的具体措施如下.1)挖沟位置在沉降较少的一侧,以最小沉降点为中点各向两侧延伸至1/4周长,形成半圆周挖沟.2)挖沟深度是纠偏的主要困素.挖得太深,将使油罐地基产生剪切破坏乃至滑动,造成油罐倾覆,挖得太浅则起不到纠偏的作用.根据本工程实际情况,参照文献,挖沟深度取为l.0m较合适.3)沟边至罐壁的距离适宜,为了安全有效地纠偏,取30~50m.4)侧向钻孔取土工具采用洛阳铲,即直径89的钢管,前端为马蹄口,尾端开平口.具体校正挖沟参数如图7所示,单位:mm.5)取砂方法:在不均匀沉降点环梁外侧布置取砂坑1.0m×1.5m,间隔1.0m,深度挖至储罐基础砂垫层底部,在砂坑外侧间设集水坑作降水措施.取砂共分三轮,第一轮为深孔(管长)1600mm,储罐无介质沉降;第二轮为次深孔(管长)1100mm,储罐半负荷充水沉降;第三轮为浅孔(管长)600mm,储罐全负荷充水沉降.每轮取砂时,应在罐径方向相向同时进行.每罐平面各有两个取砂段,钻孔间隙150mm,应从段中向两侧顺次且间隔施钻.严格控制沉降速率,各点沉降量每天不得超过10mm.上一轮取砂每天沉降量低于5mm时,方可进行下一轮取砂工作.各钻孔点取砂量偏差为设计值±5%.取砂全过程应严密观察环梁和罐壁角焊缝外观,如出现裂纹,应立即停工处理.测点钻孔布置如图8所示.6)环梁下沉到预期的纠偏高度后,如罐壁的复圆不符合要求,则采取措施强力调整变形.罐壁矫正后,应能满足密封要求,否则需更换密封装置甚至调整浮顶边缘板外径尺寸.采用半圆周挖沟与钻孔取土法综合进行油罐纠偏效果显著,其最终沉降量及各测点纠偏量如表1所示.经观测,储罐满负荷充水每天沉降量小于1mm,放水后环墙每天反弹量小于1mm,环梁及罐壁不均匀沉降达设计要求,密封不良露油现象全部消除,非平面倾斜问题获得圆满解决.两台20000m3储罐已分别于2002年12月和2003年1月进油投产,经两次年度回访,纠偏效果比较满意.4罐基纠偏流量的确定半圆周挖沟加钻孔挖砂综合纠偏法是在实际工程中根据具体情况提出的,实践

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