Probe into 1，000，000 tons / year Ethylene Project Foundation Treatment Program of a Project Refining Plant

蔡書東CAI Shudong

摘 要:本文分析了擬建某100萬噸/年乙烯工程場地的地質條件，根據該工程多年的工程實踐，提出了乙烯工程場地幾種切實可行的地基處理方案，并進行了比較。

關鍵詞:乙烯工程; 樁基方案; 軟基處理方案

中圖分類號:TU753.3

文獻標識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)02-0130-03

1場地工程地質條件

1.1地形地貌情況

擬建某100萬噸/年乙烯工程場地位于寧波盆地東北部、杭州灣喇叭口南岸新近圍墾而成的海涂地上，地勢較低，地形平坦開闊，地貌類型單一，屬第四系濱海淤積平原區(qū)。

乙烯工程西區(qū)位于威海路以北、運焦路以西、緯零路建南側，填海圍成的4號和8號灘內，自然地面標高一般為2.6~3.5m，微向海方向傾斜，其中4號灘是七十年代圍海造陸而形成的濱海淤積平原，圍墾后曾一度成為蔬菜、桔子基地。8號灘為八十年代后期圍海造陸而形成，圍墾初期還與海水相通，閉氣時間相對較短，后成為蔬菜基地。

1.2區(qū)域地質及區(qū)域穩(wěn)定性

擬建乙烯工程場地位于寧波斷陷盆地東北緣，區(qū)域構造單元屬華南加里東褶皺系浙東南褶皺帶，地質構造形跡以斷裂為主，褶皺次之，不同展布方向和不同切割深度的斷裂相互交織，形成了本區(qū)特有的網格狀構造格局，并控制了區(qū)內的地質作用和地震活動。從現有地質資料分析，尚未發(fā)現有較大的區(qū)域性斷裂從廠址區(qū)通過，因此，擬建乙烯工程場地本身不具備發(fā)生中、強破壞性地震的構造條件，屬于較穩(wěn)定地塊。

據活動性斷裂與歷史地震資料分析，鎮(zhèn)海-溫州活動性斷裂和昌化-杭州灣活動性斷裂是導致區(qū)內地震活動的主要斷裂構造。歷史上，北侖鎮(zhèn)海附近在1523年發(fā)生過4.75級地震， 1523年～2001年期間，發(fā)生過1.0～2.9級地震共9次，4.75級地震1次。擬建乙烯工程場地區(qū)域地震活動總的特征是:震級小，強度弱，頻率低，且有一個比較穩(wěn)定的趨勢，近代地震均以弱震、微震為主，屬于相對穩(wěn)定區(qū)。

根據國家質量技術監(jiān)督局于2001年2月2日發(fā)布的1/400萬《中國地震動參數區(qū)劃圖》(GB18306-2001)，確定擬建乙烯工程場地地震動峰值加速度為0.10g，相當于地震基本烈度VII度。

1.3 地基土的構成及工程地質特征

擬建乙烯工程場地第四紀地層除早更新世地層缺失外，從中更新世至全新世地層發(fā)育齊全，厚度大，且分布比較穩(wěn)定，基底較為平坦，第四紀地層厚度一般為110~120m，從老到新是由一套陸相堆積-海陸交替堆積-海相堆積地層組成，自上而下共分8層31個分層。其中物理力學性質好，壓縮性中等或偏低，比較適合于樁基作持力層的土層結構有:

(1)③1層:粉砂

本層分布較為廣泛，僅局部地段缺失，厚度一般為1.5~8.0m，物理力學性質總體較好，但厚度和性質變化均很大，中等偏低壓縮性。

(2)③2層:含粘性土粉砂

本層分布較廣，厚度1.0~3.5m，物理力學性質較好，中等壓縮性。

(3)③3層:含粘性土粉砂

本層分布較廣，厚度1.50~5.50m，物理力學性質稍好，中等壓縮性。

(4)⑤1層:粉質粘土

本層分布較廣，場地建南部缺失，厚度1.0~5.5m，物理力學性質較好，中等壓縮性。

(5)⑤2a層:粉質粘土

本層分布較廣，厚度1.5~5.8m，物理力學性質較好，中等壓縮性。

(6)⑤2b層:粉質粘土夾粉砂

本層分布較廣，厚度3.5~7.5m，物理力學性質較好，中等壓縮性。

(7)⑥1層:粉質粘土

本層僅局部分布于場地內，厚度2.5~7.5m，物理力學性質好，中等壓縮性。

(8)⑥2層:含粘性土粉砂

本層零星分布，厚度1.0~3.0m，物理力學性質好，中等壓縮性。

(9)⑥4b層:粘質粉土

本層在場地內分布零星，厚度2.0~5.0m，物理力學性質較好，中等壓縮性。

1.4不良地質作用

擬建乙烯工程場地內及附近地區(qū)不存在對工程安全有影響的巖溶、滑坡、崩塌、泥石流及地下洞穴等不良地質作用。本工程主要的不良地質現象是軟土地基的強度低、穩(wěn)定性差和不均勻沉降變形大等問題，其行之有效的方法是采用樁基礎，將基礎置于深部良好的土層上。

1.5建筑場地類別

場地20m以淺地基土以淤泥質土為主，其等效剪切波速Vse小于140m/s，場地覆蓋層厚度大于80m，一般為110~125m，參照《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)，場地土的類型劃分為軟弱場地土，建筑場地類別為IV類。

場地20m以淺有粉砂分布，根據飽和砂土的粘粒含量、標準貫入錘擊數及波速測試成果，參照《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)，綜合判定粉砂在7度地震條件下一般不會發(fā)生液化。加之本工程大多采用預制樁基礎，打樁擠土對粉砂具有擠密作用，因此本工程可不考慮砂土地震液化的影響。

1.6地基土的固結狀態(tài)

土的變形是巖土工程中最具普通意義的問題之一，作為支承工程結構的地基，它們的變形都必須控制在一定的限度之內，否則就會導致工程結構的破壞或土體本身的失穩(wěn)，為確保巖土工程的安全，必須掌握土的變形特征，并據此控制巖土工程的設計與施工。根據浙江省勘察院勘察時所取得的高壓固結試驗成果及多年來在該地區(qū)所結累的勘察經驗分析，本區(qū)淺部軟土在目前自然狀態(tài)下已完成固結，屬于正常固結土，陸相沉積的粘性土屬于輕度超固結土，砂土均屬于超固結土，海相沉積的一般粘性土層為正常固結土。

2地基處理方案設想

擬建乙烯工程場地毗鄰東海，軟土層深厚，淺部無良好的天然地基淺基礎持力層。土工試驗及原位測試資料反映了本區(qū)軟土具有天然含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、滲透性弱、承載力小、沉降變形大等特點。因此，在這種工程性質很差的淤泥質軟土地基上興建大型石化裝置，必須進行地基加固處理。而工程建設速度的快慢及質量與安全關鍵在于地基處理問題，如果地基處理不當不僅浪費資金、延誤工期，并將嚴重影響工程建成后的正常運轉。

目前鎮(zhèn)海地區(qū)較為成熟的地基加固方法主要有樁基和軟基處理兩大類。

2.1樁基方案

由于樁基礎具有豎向承載力大、抗水平能力強、沉降變形小、結構穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在鎮(zhèn)海煉化廠區(qū)被廣泛應用。經過多年來的工程實踐，常用的樁型主要有鋼筋混凝土預制方樁、預應力混凝土管樁、鉆孔灌注樁，目前還有一種較新穎的樁型——預應力混凝土空心方樁?，F將幾種樁型的優(yōu)劣比較如下:

2.1.1鋼筋混凝土預制方樁

鋼筋混凝土預制方樁具有樁身混凝土強度高、抗錘擊性能好、穿透土層能力強、適用于不同的荷載和不同埋深的持力層等優(yōu)點，質量比較穩(wěn)定，施工技術可靠，經濟比較合理。對于乙烯工程的設備和設施荷載大小、沉降變形要求和場地的地層情況，無論是短樁還是長樁基礎，均具有很強的適應性。短樁一般采用③層粉砂作為樁端持力層，而長樁一般采用⑤層粉質粘土作為樁端持力層。特別是廠區(qū)普遍使用的短樁方案，樁長20m左右，單節(jié)樁，減少了接樁的時間和費用，可以大大縮短打樁周期，加快工程建設進度，確保工程質量。不足之處是需在現場找一塊較大的場預制，需避開布置有地下管線的區(qū)域，并且在自然環(huán)境下養(yǎng)護時間需28天，制樁養(yǎng)護周期較長。

2.1.2預應力混凝土管樁

預應力混凝土管樁與混凝土預制方樁相比，價格上略為便宜。但針對鎮(zhèn)海煉化乙烯工程的地層特點來說，存在以下幾個問題:

(1)對于短樁方案，樁端持力層為粉砂層，靜壓沉樁施工困難，樁端難以進入持力層，影響單樁承載力的發(fā)揮;而采用錘擊法沉樁工藝，因樁端阻力大，錘擊數高，樁身質量容易受損，尤其是焊接部位有時出現脫焊現象。

(2)對于長樁方案，樁身要穿透性質較好、厚度較大的粉砂層，難度將很大，容易造成斷樁、樁頂碎裂等質量事故。

(3)目前管樁單節(jié)長度最大為12m，必然存在接樁問題，增加了施工周期。

(4)本工程場地位于地震烈度VII度區(qū)，構筑物所承受的水平荷載較大，而管樁水平承載力及抗拔力相對較低，容易造成樁身剪切破壞。

2.1.3鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁對于采用基巖作為樁端持力層的巖石地基，單樁承載力大，具有較高的經濟性。但對于本工程場地的第四紀松散地層，由于存在孔壁泥漿和孔底沉渣等問題，單樁承載力較低，因而造價相對較高，而且還存在施工進度較慢、鉆孔排出泥漿污染現場、樁孔底清孔質量和水下混凝土澆灌質量較難控制、超灌量較難控制等缺點。所以該類樁型在鎮(zhèn)海煉化很少使用，只是在老廠區(qū)局部改造工程中，由于受施工場地條件的限制，預制樁打樁設備無法進入，才采用鉆孔灌注樁方案。

2.1.4預應力混凝土空心方樁

預應力混凝土空心方樁是建設部新近正在推廣的一種樁型，建設部已于2006年12月19日發(fā)布了建筑工業(yè)行業(yè)標準《預應力混凝土空心方樁》(JG 197——2006)。預應力混凝土空心方樁已在上海的市政工程和房地產領域大量應用，并在舟山和邦化學有限公司等工地得到應用，反映較好。

與預應力混凝土管樁相比，預應力混凝土空心方樁有如下優(yōu)點:

(1)同等承載力的情況下方樁比管樁體積小，擠土的影響小;

(2)空心方樁的四個休止角在土中產生的摩阻力大，抗震性能比管樁高;

(3)樁的外徑小，可以節(jié)省基礎承臺的尺寸，達到節(jié)省基礎砼的目的;

(4)方樁的連接端板采用Q235鋼板，物理化學性質能保證，而管樁為了節(jié)省成本采用鑄鋼或舊船板等可焊性差的鋼板作為端板，化學成本不能保證，焊接性能無法保證。

預應力混凝土空心方樁與鋼筋混凝土實心方樁比較有如下優(yōu)點:

(1)空心方樁比實心方樁節(jié)省材料，采用預應力鋼筋能充分利用鋼材強度高的性能，砼為C60~C80，比實心方樁的C40高許多，能提高樁身的抗壓強度;

(2)中間空心既節(jié)省了材料又減輕了樁身的自重，間接地提高了單樁的允許承載能力;

(3)空心方樁在工廠大規(guī)模機械化生產，用蒸汽養(yǎng)護，大大縮短樁身的生產時間，一周就能出廠。既無需現場占地，避免了與其他工序的沖突，又可及時供應成品樁，無需設計院提前出制樁圖。

預應力混凝土空心方樁與鋼筋混凝土預制方樁相比較，缺點是打樁過程中需接樁，增加了打樁時間和費用。

2.2軟基處理方案

樁基礎質量固然可靠，但與淺基礎相比造價仍然偏高，所以對于一些荷載不大、沉降變形要求不高的構筑物(如堆場、倉庫室內地坪、水池等)來說，在技術、經濟上顯得不甚合理。因此采取一種技術上可行、經濟又合理的有效措施僅對淺部軟土進行加固處理，具有重要的現實意義。

勘察資料表明，本工程場地內的地基土為典型的高壓縮性軟土，軟土層厚15~20m，一般為18m左右，物理力學性質差，承載力小。而堆場、倉庫室內地坪、水池等荷載分布面積大，附加應力影響深度較深，軟土地基在附加應力作用下沉降變形大，若直接采用天然地基淺基礎，其變形難以滿足設計和使用要求，可采取適當措施對上部軟土地基進行加固處理。

本地區(qū)技術較為成熟且比較適合本工程的軟基處理方法主要有預壓法和水泥攪拌樁法。

2.2.1預壓法

預壓法通常選用堆載預壓法，即利用排水固結法的原理，通過在地表上施加壓力，使地基土中的水份排出，從而達到提高地基土強度、減少工后沉降之目的。由于本區(qū)軟土厚度大、含水量高、滲透性差，為了增加排水效果，縮短工期，應在軟土中設置豎向排水通道，目前常用的是塑料排水帶。堆載預壓排水固結法比較經濟，但工期長，沉降變形大，堆載預壓需要有大量的堆載材料，并且考慮土體的強度增長和穩(wěn)定要求，需分級加載，時間較長。

根據鎮(zhèn)海煉化廠區(qū)以往的地基處理經驗，采用塑料排水板超載預壓法處理倉庫地坪效果比較理想。同時由于荷載分布面積較大，附加應力影響深度較深，為了加快地基的固結速率，縮短堆載預壓時間，減少工后沉降，因此排水板處理深度不能太小，應盡量打穿軟土層進入粉砂層，使之形成雙向排水;埋設時宜將塑料排水板露出地面50cm，同時在場地上預鋪一層50cm左右厚的砂墊層。排水板的具體直徑、排列方式及間距和長度等應根據場地工程地質條件及工期和荷載大小等設計要求而定。

2.2.2水泥攪拌樁法

水泥攪拌樁法是利用水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和水泥強制拌和，利用水泥和軟土之間所產生的一系列物理-化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質復合地基。采用水泥攪拌樁法處理后的復合地基，其沉降變形與其它軟基處理方案相比大大減少，因此，該法可用于倉庫、廠房的室內地坪及輕型附屬設施建筑物基礎的地基加固。水泥攪拌樁法具有無振動、無噪音、無側向擠土、無環(huán)境污染、技術先進、經濟合理、工期短、見效快等特點，但因處理深度有限，當軟土層厚度大時，工后期仍有一定的沉降量。

3結束語

綜上分析比較，鎮(zhèn)海煉化100萬噸/年乙烯工程各類化工生產裝置的反應器、塔、容器、壓縮機、加熱爐等關鍵設備和部位以采用質量可靠的混凝土預制方樁較為合理，管廊、變配電室、罐區(qū)等部位可采用預應力混凝土空心方樁或預應力混凝土管樁。

而對于一些荷載不大、沉降變形要求不高的構筑物(如堆場、倉庫室內地坪、水池等)，如工期不緊的，可采用堆載預壓法處理地基，但對于北區(qū)的聚烯烴成品倉庫地坪，考慮到堆載預壓的擠土作用，為避免對原有20萬噸/年聚丙烯成品倉庫的不良影響，建議采用水泥攪拌樁法處理。

整個乙烯工程的樁基處理工程量比較大，總體設計中估算約有70000根樁，除了鋼筋混凝土預制方樁已通過招標確定了價格以外，其他成品樁也可通過類似框架協議的招標方式確定供貨商，使成本最低，并有很好的可追溯性。

參考文獻:

[1] 浙江省工程勘察院.鎮(zhèn)海煉化100萬噸/年乙烯工程巖土工程勘察報告，2005.

[2] 浙江省工程勘察院.鎮(zhèn)海煉化100萬噸/年乙烯工程樁基靜載荷試驗報告，2005.

[3] 中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標準.預應力混凝土空心方樁，2006.