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【摘 要】建构筑物倾斜和地基不均匀沉降是一个普遍存在而难以解决的工程实际问题，本文对一座3000立方米圆形拱顶钢制柴油储罐罐体倾斜问题进行了原因分析，并针对具体情况提出了切实可行的纠偏加固方案，以期对以后类似工程有一定的指导和借鉴作用。
【关键词】湿陷性黄土；高回填区；储罐倾斜；纠偏加固
一、储罐倾斜概况
豫西某私营油库所在场地地形南高北低，其中一座3000立方米圆形拱顶钢制柴油储罐（以下简称“储罐”）位居高差不等的回填土之上，回填区最大回填高差3.62米，最大回填深度10米。储罐西南两侧临近其它3000立方圆形拱顶钢制柴油储罐；东北两侧向外6.5米是防火堤、6.5-8米是绿化带、8-12米是消防道路、12-14米是绿化带、14米处是高8.5米顶宽1.75米底宽4.3米的毛石挡土墙（设置有泄水口），毛石挡土墙上是2.5米高砖体围墙。
油库于2009年07月投产，2011年10月现场调查发现，储罐周边多处地面破损、开裂；防火堤裂缝、倾斜；雨水排放不畅，积水等状况较严重，储罐南北沿直径方向沉降差32mm；2013年两次测量数据均显示储罐南北沿直径方向沉降差120mm。储罐向北倾斜，沿直径方向差明显，基础发生不均匀沉降。
二、工程地质概况
根据原始地形图、场地填挖方示意图及原《岩土工程勘察报告》，该场地为II级（中等）自重湿陷性黄土场地，本场地湿陷性黄土层最大深度24.5米，基底以下湿陷性黄土层最大厚度20.5米。该场地地层信息如下：
（一）层杂填土（Q4ml）：主要為黄褐色粉土、粉质粘土，偶见砖渣、碎石子、灰渣，层顶为混凝土路面和碎石垫层。
（二）层素填土(Q4ml):黄褐色粉土、粉质粘土，稍湿，密实，中等压缩性，无光泽反应，干强度低，韧性低，偶见蜗牛碎壳、砖渣、碎石渣、煤屑。局部缺失。根据标准贯入试验结果，变异系数为0.41，均匀性差，实测和修正后的标准贯入击数标准值较低，且低于天然原状土，该层具有一定湿陷性。该层堆填方式为分层夯实，时间约4～5年。fak=115KPa，Es=7.3 Mpa。
（三）层黄土状粉土(Q3al)：褐黄色，稍湿，密实。无光泽反应，干强度低，韧性低。含钙质条纹和蜗牛壳，孔隙发育，全场分布。夹粉质粘土。 fak=120KPa，Es=7.7Mpa。
（四）层黄土状粉土(Q3al)：褐黄色，棕黄色，稍湿，密实。无光泽反应，干强度中等，韧性低。含钙质条纹和蜗牛壳，孔隙发育，全场分布。夹粉质粘土. fak=130KPa，Es=9.4 Mpa。
（五）层粉土：承载力一般，无湿陷性。
勘探深度内未见地下水。
储罐周边地坪标高380.5米，高于原天然地表，储罐北侧回填土深度较大。依据2013年地质调查报告填土厚度可达8-10米。储罐原地基处理方案为分层碾压素填土+12.5米挤密灰土桩、桩间距0.9米、桩孔0.4米、成桩0.45米+桩顶设置0.5米3:7灰土垫层，挤密灰土桩及垫层半径大于储罐6m。
三、储罐倾斜演变过程
2009年3月充水预压完成后基础沉降观测记录显示，储罐基础的沉降观测点最大沉降量为13mm，沿直径方向的最大沉降差2mm、沿罐周边不均匀沉降差3mm，罐基础沉降量和不均匀沉降趋于平稳，满足设计和规范要求。
2011年10月对储罐进行沉降复测，鉴于现场原始水准点和部分沉降观测点遭破坏，对储罐基础环墙的水平度和储罐沉降观测点进行了测量，储罐沿直径方向的最大沉降差31mm、沿罐周边不均匀沉降差32mm，可初步判定罐基础已趋于稳定，属SH/T3528-2005第7.4条允许范围。
2013年3月检测中心出具的《储罐安全检验报告》结论为：储罐圆心坐标计算结果，油罐顶部中心点位偏移88mm，油罐上部罐体焊接处最大高差129 mm。此次测量方式和依据规范，相比以往测量方式和依据规范有所不同，但理论上可判定罐基的不均匀沉降和罐体的倾斜明显加大。
2013年5月对储罐基础环墙进行了复测，测量数据统计显示，基础环墙沿直径方向高差120mm，沿罐周边不均匀沉降差123mm。
以上数据分析储罐倾斜、沿直径方向沉降差明显增加、偏移沉降速度明显加快、北侧沉降观测点明显下沉，不排除基础发生不均匀沉降、且沉降仍未稳定的可能性。
四、油罐倾斜的原因分析
根据上述测量数据和地质调查报告，结合现场实地踏勘成果，着重对储罐倾斜和地基不均匀沉降的原因进行了研究分析，认为以下因素的综合作用导致了储罐倾斜的产生：
（一）填方地基质量差：
储罐位居高差不等的回填土之上，原始数据显示回填区最大回填高差3.62米，根据2013年所做《地质调查报告》，填土区最大填土厚度达10m（从现地表起算）。回填土压实系数在0.79-0.98之间，平均值为0.89，说明填土压实质量差且不均匀，填土整体上处于松散状态。
（二）填方地基多次遭水浸：
资料显示，2009年5月持续7天强降雨将直接将储罐东侧消防道路和绿化带冲垮。2009年8月持续3天强降雨，大量雨水汇集储罐北侧，储罐东侧正在施工变更雨水系统，水量太多且持续时间长，部分雨水向下不明方向渗漏。
从目前现场情况看，油罐区道路普遍不均匀下沉、开裂，排水设施中可见明水，不排除使用期间地面水继续下渗。将2008年8月建设前地勘报告和2013年7月地质调查报告中相应土层的含水量列于下表：
油罐区地层含水量表
从表中数据可以看出，整个地层土含水量明显增大，上部土层含水量提高幅度最大。现在土层饱和度均在70%以上，接近80%。
（三）地基处理深度不够：
根据原勘察报告，本场地湿陷土层深度达20m，挤密桩地基处理长度12.5m，除去填土厚度，桩端深入原湿陷土层的3-4米。地基处理深度明显不够。
（四）填方厚度不均：
由于该场地是在原有场地上回填而成，原地貌南高北低，填土厚度不均，最大高差6m。造成储罐基础或一半在填土区，一半在原土上，或一个油罐下填土厚度相差4～6m。
（五）不均匀沉降机理分析：
原勘察报告显示，填土前本场地属II级自重湿陷性黄土场地，即如果浸水，仅在上覆土的饱和自重压力下即会产生湿陷，最大自重湿陷量为106.7mm，最大湿陷量为515.5mm，湿陷深度约24m。在填了最大厚度10m的土层后，相当于增加了约180kPa的大面积荷载，根据有关研究成果，大压力下湿陷性更趋严重，湿陷量更大，如果在现状下根据实际压力重新评价场地湿陷性，湿陷等级有可能变为III级，甚至更高。
回填土不密实，密实度平均值仅有0.89，且厚度不均匀；根据经验，在0.89的压实系数下，回填土仍具有湿陷性，且具高压缩性。
根据2013年《地质调查报告》数据，在挤密桩处理区域，土的干密度为18.56-19.2kN/m3，压实系数达到1.04-1.08，挤密效果非常好，在挤密桩处理区域内，复合土层（灰土或素土桩及桩间填土）的湿陷性肯定已经消除，但由于原填土层不均匀，而挤密桩参数相同，复合土层也存在不均匀现象。
这样的场地在遭遇多次水侵后，含水量接近饱和。挤密桩范围外的填土层以及填土下的原湿陷土层发生了湿陷变形，产生了较大沉降，从道路因不均匀沉降产生的大量裂缝可以直观观察到湿陷变形。而挤密桩范围内复合土层（12.5米厚）不具湿陷性，沉降比周围小很多，因此周围填土层下沉对挤密桩区域产生了下拉荷载，使挤密桩区域临近填土一侧沉降变大，造成了罐体沉降的不均匀。从沉降观测数据可以看出，几乎所有油罐沉降大的一侧均临近外围道路（填土区域），可为佐证。
以上是罐体产生不均匀沉降的根本原因，但浸水范围、程度的不同、施工中积水损毁部分罐基、填土地基及挤密桩复合地基的不均匀等因素也对不均匀沉降的程度产生了影响。
五、加固纠偏方案比选
地基加固与纠偏方案选择基于以下现状：挤密桩范围以外填土质量差，填土有湿陷性；挤密地基处理深度不够，以下土层仍有湿陷性；罐区挤密桩范围土的干密度为18.56-19.2 kN/m3，压实系数达到1.04-1.08，罐区挤密桩范围土的密实度高；地基土含水量较高，接近饱和，平均饱和度75-79%。以下对可能的加固纠偏方案进行选择比较：
（一）注浆方案不可行：
已有挤密桩部分密实度过高，土接近饱和，注浆效果不理想；另注浆可控性差，难以达到设计效果。3000立方米罐地基为灰土挤密桩，注浆成孔难度大，其中心部位也是注浆所不及的地方。加固与纠偏需要分开进行，成本较高，工期较长。因此注浆方案不可行。
（二）旋喷桩方案不可行：
因挤密桩部分密实度高，桩间土和灰土挤密桩强度均较高，旋喷桩形不成稳定有效的桩体，可控性差。罐体中心部位无法施工，也存在加固与纠偏需要分开进行的问题。
（三）外围加固方案不可行：
周边填土下沉，外围土体加固可以起到一定作用。存在的问题是，外围土体含水量较高，而且有较高的挡土墙，挤密法不可行。可选择的方法仅有旋喷，注浆或者深层搅拌，但存在加固量大、工程造价高，效果有限、见效慢的问题。纠偏需专门进行。
（四）排土纠偏法和HGP桩加固法方案可行：
排土纠偏法和HGP桩加固法，即罐体本身倾斜值也已接近允许值或超出了允许值，处于不稳定状态，估需進行纠偏，纠偏后再对罐体地基进行加固，纠偏方案为排土纠偏法，地基土加固为HGP桩加固法。
（五）顶升调正纠偏法和锚杆静压桩方案可行
顶升调正纠偏法和锚杆静压桩，即先采用锚杆静压桩进行地基加固处理，为避免对原有环梁基础的破坏，在地基加固后，采用罐壁焊接钢牛腿的顶升调正纠偏法。
（六）桩式托换方案可行：
桩式托换，即在罐体周围施工灌注桩，利用桩将荷载传入地基深处非湿陷性土层，桩承载力除考虑罐体和油的自重外，还考虑填土层和湿陷性土层的负摩阻力影响，可以彻底解决不均匀沉降。
六、结论
综上所述，本案储罐倾斜主要由黄土的湿陷性、地基处理深度不够、填方深度不均、填方施工质量差、雨排不完善场区积水严重和地坪破损雨水长期侵蚀等因素综合作用所致，推荐最佳方案为采用“桩式托换”进行纠偏加固，“桩式托换”方案具有将加固和纠偏一并解决、施工安全风险小、工程质量易保证、工期相对短、预算造价低、效果可靠等优点。另外，影响建构筑物倾斜的因素很多，并由多种因素综合作用所致。为此，项目建设过程中，我们要认真研究地质勘察资料，制定合理的地基处理方案，严格施工过程中的质量控制，发现问题时全面进行原因分析，采取最佳方案予以彻底整改，以确保建构筑物的工程质量和使用寿命。
【关键词】湿陷性黄土；高回填区；储罐倾斜；纠偏加固
一、储罐倾斜概况
豫西某私营油库所在场地地形南高北低，其中一座3000立方米圆形拱顶钢制柴油储罐（以下简称“储罐”）位居高差不等的回填土之上，回填区最大回填高差3.62米，最大回填深度10米。储罐西南两侧临近其它3000立方圆形拱顶钢制柴油储罐；东北两侧向外6.5米是防火堤、6.5-8米是绿化带、8-12米是消防道路、12-14米是绿化带、14米处是高8.5米顶宽1.75米底宽4.3米的毛石挡土墙（设置有泄水口），毛石挡土墙上是2.5米高砖体围墙。
油库于2009年07月投产，2011年10月现场调查发现，储罐周边多处地面破损、开裂；防火堤裂缝、倾斜；雨水排放不畅，积水等状况较严重，储罐南北沿直径方向沉降差32mm；2013年两次测量数据均显示储罐南北沿直径方向沉降差120mm。储罐向北倾斜，沿直径方向差明显，基础发生不均匀沉降。
二、工程地质概况
根据原始地形图、场地填挖方示意图及原《岩土工程勘察报告》，该场地为II级（中等）自重湿陷性黄土场地，本场地湿陷性黄土层最大深度24.5米，基底以下湿陷性黄土层最大厚度20.5米。该场地地层信息如下：
（一）层杂填土（Q4ml）：主要為黄褐色粉土、粉质粘土，偶见砖渣、碎石子、灰渣，层顶为混凝土路面和碎石垫层。
（二）层素填土(Q4ml):黄褐色粉土、粉质粘土，稍湿，密实，中等压缩性，无光泽反应，干强度低，韧性低，偶见蜗牛碎壳、砖渣、碎石渣、煤屑。局部缺失。根据标准贯入试验结果，变异系数为0.41，均匀性差，实测和修正后的标准贯入击数标准值较低，且低于天然原状土，该层具有一定湿陷性。该层堆填方式为分层夯实，时间约4～5年。fak=115KPa，Es=7.3 Mpa。
（三）层黄土状粉土(Q3al)：褐黄色，稍湿，密实。无光泽反应，干强度低，韧性低。含钙质条纹和蜗牛壳，孔隙发育，全场分布。夹粉质粘土。 fak=120KPa，Es=7.7Mpa。
（四）层黄土状粉土(Q3al)：褐黄色，棕黄色，稍湿，密实。无光泽反应，干强度中等，韧性低。含钙质条纹和蜗牛壳，孔隙发育，全场分布。夹粉质粘土. fak=130KPa，Es=9.4 Mpa。
（五）层粉土：承载力一般，无湿陷性。
勘探深度内未见地下水。
储罐周边地坪标高380.5米，高于原天然地表，储罐北侧回填土深度较大。依据2013年地质调查报告填土厚度可达8-10米。储罐原地基处理方案为分层碾压素填土+12.5米挤密灰土桩、桩间距0.9米、桩孔0.4米、成桩0.45米+桩顶设置0.5米3:7灰土垫层，挤密灰土桩及垫层半径大于储罐6m。
三、储罐倾斜演变过程
2009年3月充水预压完成后基础沉降观测记录显示，储罐基础的沉降观测点最大沉降量为13mm，沿直径方向的最大沉降差2mm、沿罐周边不均匀沉降差3mm，罐基础沉降量和不均匀沉降趋于平稳，满足设计和规范要求。
2011年10月对储罐进行沉降复测，鉴于现场原始水准点和部分沉降观测点遭破坏，对储罐基础环墙的水平度和储罐沉降观测点进行了测量，储罐沿直径方向的最大沉降差31mm、沿罐周边不均匀沉降差32mm，可初步判定罐基础已趋于稳定，属SH/T3528-2005第7.4条允许范围。
2013年3月检测中心出具的《储罐安全检验报告》结论为：储罐圆心坐标计算结果，油罐顶部中心点位偏移88mm，油罐上部罐体焊接处最大高差129 mm。此次测量方式和依据规范，相比以往测量方式和依据规范有所不同，但理论上可判定罐基的不均匀沉降和罐体的倾斜明显加大。
2013年5月对储罐基础环墙进行了复测，测量数据统计显示，基础环墙沿直径方向高差120mm，沿罐周边不均匀沉降差123mm。
以上数据分析储罐倾斜、沿直径方向沉降差明显增加、偏移沉降速度明显加快、北侧沉降观测点明显下沉，不排除基础发生不均匀沉降、且沉降仍未稳定的可能性。
四、油罐倾斜的原因分析
根据上述测量数据和地质调查报告，结合现场实地踏勘成果，着重对储罐倾斜和地基不均匀沉降的原因进行了研究分析，认为以下因素的综合作用导致了储罐倾斜的产生：
（一）填方地基质量差：
储罐位居高差不等的回填土之上，原始数据显示回填区最大回填高差3.62米，根据2013年所做《地质调查报告》，填土区最大填土厚度达10m（从现地表起算）。回填土压实系数在0.79-0.98之间，平均值为0.89，说明填土压实质量差且不均匀，填土整体上处于松散状态。
（二）填方地基多次遭水浸：
资料显示，2009年5月持续7天强降雨将直接将储罐东侧消防道路和绿化带冲垮。2009年8月持续3天强降雨，大量雨水汇集储罐北侧，储罐东侧正在施工变更雨水系统，水量太多且持续时间长，部分雨水向下不明方向渗漏。
从目前现场情况看，油罐区道路普遍不均匀下沉、开裂，排水设施中可见明水，不排除使用期间地面水继续下渗。将2008年8月建设前地勘报告和2013年7月地质调查报告中相应土层的含水量列于下表：
油罐区地层含水量表
从表中数据可以看出，整个地层土含水量明显增大，上部土层含水量提高幅度最大。现在土层饱和度均在70%以上，接近80%。
（三）地基处理深度不够：
根据原勘察报告，本场地湿陷土层深度达20m，挤密桩地基处理长度12.5m，除去填土厚度，桩端深入原湿陷土层的3-4米。地基处理深度明显不够。
（四）填方厚度不均：
由于该场地是在原有场地上回填而成，原地貌南高北低，填土厚度不均，最大高差6m。造成储罐基础或一半在填土区，一半在原土上，或一个油罐下填土厚度相差4～6m。
（五）不均匀沉降机理分析：
原勘察报告显示，填土前本场地属II级自重湿陷性黄土场地，即如果浸水，仅在上覆土的饱和自重压力下即会产生湿陷，最大自重湿陷量为106.7mm，最大湿陷量为515.5mm，湿陷深度约24m。在填了最大厚度10m的土层后，相当于增加了约180kPa的大面积荷载，根据有关研究成果，大压力下湿陷性更趋严重，湿陷量更大，如果在现状下根据实际压力重新评价场地湿陷性，湿陷等级有可能变为III级，甚至更高。
回填土不密实，密实度平均值仅有0.89，且厚度不均匀；根据经验，在0.89的压实系数下，回填土仍具有湿陷性，且具高压缩性。
根据2013年《地质调查报告》数据，在挤密桩处理区域，土的干密度为18.56-19.2kN/m3，压实系数达到1.04-1.08，挤密效果非常好，在挤密桩处理区域内，复合土层（灰土或素土桩及桩间填土）的湿陷性肯定已经消除，但由于原填土层不均匀，而挤密桩参数相同，复合土层也存在不均匀现象。
这样的场地在遭遇多次水侵后，含水量接近饱和。挤密桩范围外的填土层以及填土下的原湿陷土层发生了湿陷变形，产生了较大沉降，从道路因不均匀沉降产生的大量裂缝可以直观观察到湿陷变形。而挤密桩范围内复合土层（12.5米厚）不具湿陷性，沉降比周围小很多，因此周围填土层下沉对挤密桩区域产生了下拉荷载，使挤密桩区域临近填土一侧沉降变大，造成了罐体沉降的不均匀。从沉降观测数据可以看出，几乎所有油罐沉降大的一侧均临近外围道路（填土区域），可为佐证。
以上是罐体产生不均匀沉降的根本原因，但浸水范围、程度的不同、施工中积水损毁部分罐基、填土地基及挤密桩复合地基的不均匀等因素也对不均匀沉降的程度产生了影响。
五、加固纠偏方案比选
地基加固与纠偏方案选择基于以下现状：挤密桩范围以外填土质量差，填土有湿陷性；挤密地基处理深度不够，以下土层仍有湿陷性；罐区挤密桩范围土的干密度为18.56-19.2 kN/m3，压实系数达到1.04-1.08，罐区挤密桩范围土的密实度高；地基土含水量较高，接近饱和，平均饱和度75-79%。以下对可能的加固纠偏方案进行选择比较：
（一）注浆方案不可行：
已有挤密桩部分密实度过高，土接近饱和，注浆效果不理想；另注浆可控性差，难以达到设计效果。3000立方米罐地基为灰土挤密桩，注浆成孔难度大，其中心部位也是注浆所不及的地方。加固与纠偏需要分开进行，成本较高，工期较长。因此注浆方案不可行。
（二）旋喷桩方案不可行：
因挤密桩部分密实度高，桩间土和灰土挤密桩强度均较高，旋喷桩形不成稳定有效的桩体，可控性差。罐体中心部位无法施工，也存在加固与纠偏需要分开进行的问题。
（三）外围加固方案不可行：
周边填土下沉，外围土体加固可以起到一定作用。存在的问题是，外围土体含水量较高，而且有较高的挡土墙，挤密法不可行。可选择的方法仅有旋喷，注浆或者深层搅拌，但存在加固量大、工程造价高，效果有限、见效慢的问题。纠偏需专门进行。
（四）排土纠偏法和HGP桩加固法方案可行：
排土纠偏法和HGP桩加固法，即罐体本身倾斜值也已接近允许值或超出了允许值，处于不稳定状态，估需進行纠偏，纠偏后再对罐体地基进行加固，纠偏方案为排土纠偏法，地基土加固为HGP桩加固法。
（五）顶升调正纠偏法和锚杆静压桩方案可行
顶升调正纠偏法和锚杆静压桩，即先采用锚杆静压桩进行地基加固处理，为避免对原有环梁基础的破坏，在地基加固后，采用罐壁焊接钢牛腿的顶升调正纠偏法。
（六）桩式托换方案可行：
桩式托换，即在罐体周围施工灌注桩，利用桩将荷载传入地基深处非湿陷性土层，桩承载力除考虑罐体和油的自重外，还考虑填土层和湿陷性土层的负摩阻力影响，可以彻底解决不均匀沉降。
六、结论
综上所述，本案储罐倾斜主要由黄土的湿陷性、地基处理深度不够、填方深度不均、填方施工质量差、雨排不完善场区积水严重和地坪破损雨水长期侵蚀等因素综合作用所致，推荐最佳方案为采用“桩式托换”进行纠偏加固，“桩式托换”方案具有将加固和纠偏一并解决、施工安全风险小、工程质量易保证、工期相对短、预算造价低、效果可靠等优点。另外，影响建构筑物倾斜的因素很多，并由多种因素综合作用所致。为此，项目建设过程中，我们要认真研究地质勘察资料，制定合理的地基处理方案，严格施工过程中的质量控制，发现问题时全面进行原因分析，采取最佳方案予以彻底整改，以确保建构筑物的工程质量和使用寿命。