谷 峰 田耀文

(中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司巖土工程分公司,北京 100085)

CFG樁復(fù)合地基在蘭州某油庫(kù)地基處理工程中的應(yīng)用

谷 峰 田耀文

(中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司巖土工程分公司,北京 100085)

結(jié)合蘭州某油庫(kù)地基處理工程,主要介紹 CFG樁復(fù)合地基在該工程上的應(yīng)用及其應(yīng)用效果,對(duì)類似工程具有一定的借鑒。

CFG樁;復(fù)合地基;承載力

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁 (Cement Flyash Gravel pile)的簡(jiǎn)稱,它由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁,樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成 CFG樁復(fù)合地基,通過(guò)褥墊層共同承擔(dān)上部荷載。CFG樁適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基。

1 工程概況

蘭州某油庫(kù),設(shè)計(jì)庫(kù)容為 18720m3,包括 18座 1040m3外浮頂原油罐,油罐直徑為 80m,整體式基礎(chǔ),總重 103300kN,估算基底壓力約 250kPa。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

油庫(kù)所處地貌單元為黃河Ⅱ級(jí)階地前沿,地勢(shì)比較平坦,地形稍有傾斜,最大高差約 1.60m,地面標(biāo)高在 1536.0m～1537.58m之間。

2.2 工程地質(zhì)概況

該場(chǎng)地地層較為簡(jiǎn)單,勘探范圍內(nèi)的地基土從上到下劃分為:

①雜填土:雜色,以粉土為主,土質(zhì)極不均勻,厚度 0.30m～1.50m;

②黃土狀粉土:黃褐色 -褐黃色,稍密,散粒結(jié)構(gòu),土質(zhì)比較均勻,局部含少量粘性成份,近粉質(zhì)粘土,欠固結(jié),孔隙發(fā)育,具蟲孔;地下水位以上具非自重濕陷性,稍濕 -濕,地下水位以下不具濕陷性,濕-很濕,干強(qiáng)度低,韌性低,無(wú)光澤反應(yīng),厚度為 2.00m～5.30m;

③細(xì)砂:褐黃色,松散,飽和,散粒結(jié)構(gòu),厚度 0.10m～2.30m;

④卵石:雜色,中密 -密實(shí),飽和,級(jí)配較好,骨架顆粒為亞圓狀,粒徑 20mm～90mm,最大粒徑達(dá)150mm左右,含量約占總重的 65%～90%,填充物以細(xì)砂為主,次為圓礫和礫砂,厚度 3.80m～7.00m。

2.3 水文地質(zhì)概況

場(chǎng)地地下水主要賦存于卵礫石和細(xì)砂層內(nèi),含水層平均厚度約 5m,穩(wěn)定地下水位埋深一般在 2.00m～4.50m之間,屬松散層孔隙潛水。

3 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件,采用 CFG樁復(fù)合地基方案,以卵石層為 CFG樁樁端持力層,樁端進(jìn)入卵石層深度不小于 1.0m,基坑開挖深度為自然地平面下 3.0m。進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)參數(shù)可按表 1考慮。3.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

表1 復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

(1)CFG樁樁直徑為 420 mm;樁距:S=1.136m～1.281m;

(2)樁長(zhǎng):樁長(zhǎng)應(yīng)進(jìn)入④層卵石不小于 1.0 m;

(3)CFG樁面積置換率:罐區(qū)復(fù)合地基面積置換率為 0.096,總樁數(shù)為 3997根,罐內(nèi)樁為正方形布置,共 2957根樁,間距 1.20m,從油罐半徑 37.60m處呈環(huán)形布置 1040根樁,共 5排,每排 208根,排距1.20m,樁間距 1.136m～1.281m;

(4)樁體強(qiáng)度等級(jí)相當(dāng) C 20;

(5)樁間土地基承載力特征值為 70 kPa; (6)油罐的處理面積為 5644.97m2;

(7)復(fù)合地基承載力特征值不小于 250kPa;

(8)褥墊層采用級(jí)配碎石,厚度 300mm,粒徑≤30mm,夯填度≤0.9。

3.2 復(fù)合地基承載力及變形計(jì)算

3.2.1 承載力計(jì)算:

式中:fspk——復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 (kPa);

fk——為天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 (kPa);

m——為面積置換率;

Ap——單樁截面面積 (m2);

β——樁間土折減系數(shù),宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值,如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取 0.75～0.95,天然地基承載力較高時(shí)取大值;

up——樁的周長(zhǎng) (m);

qsi——樁周土側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值 (kPa);

qp——樁端承載力力標(biāo)準(zhǔn)值 (kPa); li——第 i層土的厚度 (m);

K——安全系數(shù),取 2.0。

根據(jù)計(jì)算,樁徑為 D =420 mm,樁端進(jìn)入④層卵石層 1.0m,樁間距為 1.20m,復(fù)合地基承載力 fspk=314kPa>250kPa,滿足油罐地基承載力的要求。

3.2.2 復(fù)合地基變形計(jì)算:

根據(jù)《石油化工鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)施工及驗(yàn)收規(guī)范》表 22的規(guī)定,罐基礎(chǔ)沉降差允許值:0.003D(D為罐內(nèi)徑)。

復(fù)合地基壓縮模量 (Esp)計(jì)算式為:

式中:Ep——樁體壓縮模量 (MPa);

m——面積置換率;

Es——樁間土壓縮模量 (MPa)。

采用分層總和法計(jì)算復(fù)合地基的壓縮量 S1,計(jì)算式為:

式中:ΔPi——第 i層復(fù)合土上附加應(yīng)力增量;

Hi——第 i層復(fù)合土層厚度。

基礎(chǔ)底面設(shè)計(jì)壓力按 250 kPa計(jì)算,計(jì)算復(fù)合體的總沉降量為 52mm,而 0.003D=240mm>52mm,符合規(guī)范要求。

4 CFG施工工藝

4.1 工藝流程

根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件,采用長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁的施工方法。

施工流程:測(cè)量放線→鉆機(jī)就位→鉆孔→至設(shè)計(jì)深度→泵送混合料成樁→養(yǎng)護(hù)→截樁頭→鋪設(shè)褥墊層。

4.2 施工難點(diǎn)

(1)由于該場(chǎng)地地層的特點(diǎn),卵石層上有飽和細(xì)砂和濕陷性黃土,拔管后樁孔中容易產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象,增加了施工難度,當(dāng)縮頸嚴(yán)重時(shí),可采取復(fù)打辦法解決。

4.3 質(zhì)量控制

(1)預(yù)防竄樁。施工中局部地區(qū)容易竄樁,為了減少和避免竄樁,可采取隔樁、隔排跳打的方法,減少在竄孔區(qū)域的打樁推進(jìn)排數(shù),并合理控制鉆進(jìn)速率。

(2)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿的時(shí)間。鉆孔進(jìn)入預(yù)定標(biāo)高后,開始泵送混合料,管內(nèi)空氣從排氣閥排出,待鉆桿內(nèi)管及輸送軟、硬管內(nèi)混合料連續(xù)時(shí)提鉆。若提鉆時(shí)間較晚,容易造成管路堵塞。應(yīng)杜絕在泵送混合料前提拔鉆桿,以免造成樁端處存在虛土或樁端混合料離析、端阻力減小。

(3)嚴(yán)格控制拔管速率。拔管速率應(yīng)與泵的壓力相適應(yīng),太快可能導(dǎo)致樁徑偏小或縮頸斷樁,而過(guò)慢又會(huì)造成水泥漿分布不勻、樁頂浮漿過(guò)多、樁身強(qiáng)度不足和形成混和料離析現(xiàn)象,導(dǎo)致樁身強(qiáng)度不足。故施工時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制拔管速率。

(4)加強(qiáng)對(duì)施工的監(jiān)測(cè)。施工時(shí)對(duì)樁頂上升量較大或懷疑發(fā)生質(zhì)量問題的樁應(yīng)開挖查看,并做必要處理。

5 地基檢測(cè)

CFG樁承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn),檢驗(yàn)應(yīng)在樁身強(qiáng)度滿足試驗(yàn)荷載條件時(shí),并宜在施工結(jié)束 28天后進(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量宜為總樁數(shù)的 0.5%～1%,且每個(gè)單體工程的試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于 3點(diǎn),并應(yīng)抽取不少于總樁數(shù)的 10%的樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn),檢測(cè)樁身完整性。

5.1 低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)

(1)檢測(cè)設(shè)備

低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)儀器為美國(guó) PD I公司研制的 PIT-V動(dòng)測(cè)儀。

(2)檢測(cè)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)共進(jìn)行了 400根樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè),其中Ⅰ類樁 376根,占檢測(cè)總數(shù)的 94%;II類樁 16根,占檢測(cè)總數(shù)的 4.0%;III類樁 8根,占檢測(cè)總數(shù)的 2.0%。III類樁經(jīng)過(guò)處理可以滿足工程使用條件。

5.2 單樁載荷試驗(yàn)檢測(cè)和單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)

(1)檢測(cè)設(shè)備

檢測(cè)設(shè)備包括:JYC樁基靜載荷分析儀、油壓千斤頂、位移傳感器、壓力傳感器等。

(2)檢測(cè)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)共進(jìn)行了 3根 CFG單樁載荷試驗(yàn)檢測(cè),3根單樁承載力和變形均滿足設(shè)計(jì)要求。復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)共進(jìn)行了 40個(gè),承載力和變形均滿足設(shè)計(jì)要求。圖 1和圖 2分別為單樁載荷試驗(yàn)和單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)的荷載 -沉降曲線。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)CFG樁復(fù)合地基是一種低強(qiáng)度混凝土樁,介于剛性樁與柔性樁之間,能通過(guò)墊層的調(diào)節(jié)作用,充分利用樁間土的承載力,與土共同作用,并可傳遞荷載到深層地基中去,具有較好的技術(shù)性能。

(2)采用 CFG樁法對(duì)油庫(kù)地基進(jìn)行處理是適宜的,該方法可應(yīng)用于各種形式罐基處,安全可靠,費(fèi)用較低,是一種值得推廣應(yīng)用的地基處理形式。

[1]SH3068-1995石油化工企業(yè)鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2]JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]

[3]JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]

[4]GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

TU473.1

A

1009-5462(2011)01-0051-04

2011-03-01

谷峰,男,河北辛集人,中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司巖土工程分公司工程師。

[責(zé)任編校:張彩紅 ]