劉影

中國石化華東管道設(shè)計(jì)研究院，江蘇徐州221008

儀征地區(qū)10萬m3儲油罐地基處理方案優(yōu)選及應(yīng)用

劉影

中國石化華東管道設(shè)計(jì)研究院，江蘇徐州221008

針對儀征地區(qū)大型儲罐地基處理工程，首先對罐區(qū)地質(zhì)情況、場地條件和儲罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對地基處理方法進(jìn)行了優(yōu)選，提出選用CFG樁復(fù)合地基的最佳方案。并從試樁驗(yàn)證、施工情況、上水檢測等方面闡述CFG樁復(fù)合地基在儀征地區(qū)大型儲罐地基處理工程中的使用情況，同時(shí)給出了施工中遇到的問題以及相應(yīng)的解決措施。實(shí)際案例表明CFG樁復(fù)合地基適應(yīng)性良好，為儲罐的地基處理積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

儲油罐；地基處理；CFG樁；復(fù)合地基

0 引言

隨著石油行業(yè)的不斷發(fā)展壯大，儲罐建設(shè)不可或缺，而儲罐基礎(chǔ)工程一直是建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位重點(diǎn)關(guān)注的課題。在儀征地區(qū)10萬m3儲罐建設(shè)前期，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)天然地基土的強(qiáng)度無法滿足儲罐基底承載力要求，因而根據(jù)本工程場地特征，借鑒同類地區(qū)已有工程實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)，在儀征地區(qū)開展了10萬m3儲油罐地基基礎(chǔ)工程的研究工作。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)情況

擬建油罐區(qū)域內(nèi)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級，抗震設(shè)防類別為乙類。工程地質(zhì)勘探深度41.10 m左右，從淺地基巖土體物理力學(xué)性質(zhì)、巖性、成因等方面劃分，將地基土分為5個(gè)工程地質(zhì)層（10個(gè)工程地質(zhì)亞層），部分地層內(nèi)土的指標(biāo)見表1、表2。由勘察報(bào)告看出，本場地分布的素填土為主要的不良工程地質(zhì)層，厚度一般不小于2.0 m，最厚可達(dá)6.70 m，尚未完成自重固結(jié)，若不處理，會產(chǎn)生較大的附加沉降和不均勻沉降。

表1 土的物理性質(zhì)指標(biāo)（平均值）

表2 土的壓縮性指標(biāo)（平均值）

1.2 場地條件

本場地東北角堆放鄰近地區(qū)工程施工遺留的碎石、泥漿以及大量建筑垃圾，使得場地原始地貌景觀不復(fù)存在，雜填土情況不明，需探明。場地內(nèi)還分布有水塘，水深1.0～1.2 m、底淤0.3～0.5 m，場地東北部泥漿厚度1.2～1.5 m，施工前需全部清除。

1.3 儲罐條件

擬建鋼制儲罐4個(gè)，直徑80 m，滿載時(shí)儲罐質(zhì)量103 536 t，基底壓力240～260 kPa，如此大的罐底板對地基土剛度的均勻性要求較高，大荷載對地基土的沉降影響較大，大型儲罐下方地基影響深度剖面見圖1。且場地罐基礎(chǔ)地基持力層范圍內(nèi)存在兩種強(qiáng)度差別很大的土層，對儲罐基礎(chǔ)極為不利，處理不當(dāng)易使得罐底板出現(xiàn)鍋底狀變形（見圖2）或?qū)е鹿藁A(chǔ)出現(xiàn)平面（非平面）傾斜。

圖1 大型儲罐下方地基影響深度剖面

圖2 大型儲罐基底變形

2 地基優(yōu)選

儲罐基礎(chǔ)埋深1.3 m，位于第2層以上土層，此深度的土層屬新近沉積土層，強(qiáng)度相對較低，工程地質(zhì)性質(zhì)相對較差，且分布不均。由計(jì)算結(jié)果可以看出，油罐中心沉降與油罐邊緣點(diǎn)沉降有較大的差異。儲罐基礎(chǔ)為鋼筋混凝土環(huán)墻式，一般可選用天然地基、樁基或復(fù)合地基。結(jié)合三種地基的特點(diǎn)具體分析如下：

（1）本項(xiàng)目天然地基承載力及變形無法滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，原始地基必須進(jìn)行加固處理。

（2）樁基安全可靠度高，但工程造價(jià)也較高，約4 000萬元，不提倡使用。

（3）復(fù)合地基造價(jià)低，能提高地基土承載力，且類似地區(qū)已有復(fù)合地基成功應(yīng)用實(shí)例。

綜上所述，首先決定選用復(fù)合地基。

考慮由于罐體滿載時(shí)荷重大、罐底板面積大、工程場地條件復(fù)雜多樣等方面的原因，對兩種復(fù)合地基方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選（見表3），最終選擇了CFG樁復(fù)合地基方案。

表3 兩種復(fù)合地基處理方案比選

由于此場地堆置大量泥漿，以致場地利用前必須進(jìn)行換填軟弱土處理，將土體加強(qiáng)后才能進(jìn)行下一步工作。由表3可知，振沖碎石樁復(fù)合地基施工中也要排放大量泥漿，會進(jìn)一步增加工作難度，因此此方案不是最優(yōu)選擇。該工程是我國首次在揚(yáng)州-儀征地區(qū)地基上建造10萬m3大型儲罐，安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用是本工程的建設(shè)原則。采用CFG樁復(fù)合地基方案除能規(guī)避上述泥漿的產(chǎn)生之外，其投資控制較好，是一種優(yōu)良樁型，因而選用CFG樁復(fù)合地基方案。

3 CFG樁復(fù)合地基施工過程

根據(jù)場地現(xiàn)有條件進(jìn)行施工，首先進(jìn)行軟弱土換填，其次進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基處理。

3.1 換填

4個(gè)儲罐罐底局部分布有厚度約4.0～9.0 m的2層粉質(zhì)黏土，由于2-1層粉質(zhì)黏土的地基承載力特征值為80～120 kPa，不能滿足儲罐對強(qiáng)度、變形的要求，因而進(jìn)行換填（見圖3）。4個(gè)儲罐CFG樁樁頂施工標(biāo)高分別為24.050、23.800、23.950、23.700 m，換填深度為上述施工標(biāo)高以下深度。換填總工程量為45 696 m3。換填土基坑驗(yàn)槽后按設(shè)計(jì)方要求采用粉質(zhì)黏土分層回填壓實(shí)，且壓實(shí)系數(shù)大于0.97。地基處理完成后基礎(chǔ)持力層的承載力特征值提高至180 kPa，壓縮模量接近7.9 MPa。施工完采用靜載荷試驗(yàn)檢測承載力，土工試驗(yàn)檢測壓實(shí)度。檢測結(jié)果顯示，軟弱土換填后承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2 地基施工

采用長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁。確定樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，根據(jù)規(guī)范要求計(jì)算樁徑、樁間距、樁體強(qiáng)度、褥墊層厚度及材料。同心圓布樁，設(shè)計(jì)樁長10.5～15.8 m，樁頂部留300 mm厚保護(hù)土層，樁徑400 mm。單樁復(fù)合地基承載力特征值不小于255 kPa。

擬建G19、G20、G21三臺罐CFG樁的置換率相同，中間加密區(qū)置換率為0.021 8，其余區(qū)域置換率為0.019 5；擬建G22罐CFG樁中間加密區(qū)置換率為0.033，其余區(qū)域置換率為0.030。在試驗(yàn)室進(jìn)行混合料配合比試驗(yàn)，施工時(shí)按確定的配合比配制。

圖3 換填施工示意

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)驗(yàn)證包括單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)和低應(yīng)變檢測兩項(xiàng)內(nèi)容。利用單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)檢測CFG樁單樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值是否合理；利用低應(yīng)變檢測單樁的成樁效果，判定擬定施工工藝是否適用，并以此決策是否開展后續(xù)大規(guī)模工程樁的施工。

試驗(yàn)中每罐指定5組樁位按有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn)，按預(yù)先分級的荷載進(jìn)行加壓，逐級加荷載并按規(guī)定的時(shí)間間隔測記荷載和沉降量，直至試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)結(jié)果見表4，試驗(yàn)單樁復(fù)合地基承載力特征值為262.5 kPa；低應(yīng)變檢測顯示成樁效果良好，表明施工工藝適用于該場地條件，總體滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)其中一組典型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了荷載與沉降變化曲線（見圖4）和沉降變化與時(shí)間關(guān)系曲線（見圖5）。根據(jù)公式計(jì)算出CFG樁復(fù)合地基承載力特征值不小于255 kPa，試驗(yàn)時(shí)最大加載值達(dá)525 kPa，由試驗(yàn)場區(qū)工程地質(zhì)等資料及荷載-沉降曲線和沉降-時(shí)間對數(shù)曲線綜合分析可看出：當(dāng)外載相當(dāng)于最大加載值的一半（262.5 kPa）時(shí)，荷載-沉降曲線未出現(xiàn)明顯陡降，沉降-時(shí)間對數(shù)曲線尾部亦無明顯向下彎曲，相對變形值（沉降量/承載板寬度）為0.01，滿足設(shè)計(jì)要求的對應(yīng)CFG樁復(fù)合地基承載力特征值，故取262.5 kPa作為承載力特征值。

表4 靜載試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖4 荷載-沉降變化曲線

圖5 沉降-時(shí)間對數(shù)變化曲線

根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行低應(yīng)變檢測，鑒別規(guī)定施工工藝條件下成樁效果的穩(wěn)定性。工程樁檢測結(jié)果中大部分為Ⅰ、Ⅱ類樁，均可做工程樁使用，成樁效果良好。

5 工程驗(yàn)證（上水試驗(yàn)）

本試驗(yàn)包括四個(gè)步驟：儲罐充水前、充水中、充滿水穩(wěn)壓階段、放水后及投產(chǎn)使用期間。此次沉降觀測的目的是為了觀測儲罐地基的沉降量、沉降速率，為將來原油加載、驗(yàn)收提供數(shù)據(jù)參考。罐基礎(chǔ)傾斜統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表5，由表5可以看出，該儲罐建設(shè)工程在目前承載情況下觀測期間沉降量均勻。通過測量，沉降速率小于5 mm/d。依據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》、《工程測量規(guī)范》可認(rèn)為該建筑物在目前承載情況下沉降已趨于穩(wěn)定，符合竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

表5 罐基礎(chǔ)傾斜統(tǒng)計(jì)

6 施工中遇到的問題及應(yīng)對措施

（1）棄土清運(yùn)。施工中由于采用排土成樁工藝，如果棄土處理不當(dāng)就會增加施工中尋找樁位和設(shè)備就位時(shí)間，降低工作效率，或者導(dǎo)致竄孔時(shí)不易發(fā)現(xiàn)隱患，不易采取現(xiàn)場補(bǔ)救措施的現(xiàn)象發(fā)生。采取措施有：

其一，采用人工清運(yùn)，樁體混合料初凝留下30 cm保護(hù)樁長。

其二，挖掘清運(yùn)時(shí)在打樁工作面鋪墊層行走，嚴(yán)格控制標(biāo)高，防止挖斷工程樁及擾動(dòng)打樁工作面以下的工作面。

其三，運(yùn)土車禁止進(jìn)入處理范圍。

其四，設(shè)計(jì)標(biāo)高以上屬于50 cm保護(hù)土層，必須采用人工開挖。

（2）樁頭處理。樁頭處理不當(dāng)容易出現(xiàn)斷樁，影響樁身質(zhì)量、樁端承載力。采取措施有：

其一，以設(shè)計(jì)標(biāo)高定位，在同一水平面按同一角度對稱放置2個(gè)或4個(gè)鋼桿，用大錘同時(shí)擊打，將樁頭截?cái)唷?/p>

其二，樁頭截?cái)嗪?，用鋼桿、手錘將樁頂從四周向中間修平至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。

其三，斷樁后接樁過程中保護(hù)好樁間土。

（3）褥墊層鋪設(shè)。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算、施工經(jīng)驗(yàn)確定樁間土保護(hù)層和CFG樁樁頭清除至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，CFG樁復(fù)合地基檢驗(yàn)（靜載荷試驗(yàn)和小應(yīng)變檢測）完畢且滿足設(shè)計(jì)要求后才可進(jìn)行墊層鋪設(shè)。

儀征地區(qū)使用CFG樁復(fù)合地基常遇到竄孔問題。當(dāng)樁距較小、樁長較大、成樁時(shí)間長、成樁時(shí)一次移機(jī)施打樁數(shù)量過多時(shí)容易發(fā)生竄孔問題。應(yīng)對措施為：采取大樁距設(shè)計(jì)方案，改進(jìn)鉆頭提高鉆進(jìn)速度，隔樁跳打。處理后需通過小應(yīng)變或靜載試驗(yàn)進(jìn)一步確定其樁身完整性和承載力是否受到影響。

7 結(jié)束語

在儀征地區(qū)10萬m3儲罐地基基礎(chǔ)工程中，利用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行地基處理后投產(chǎn)使用已兩年多，目前綜合情況穩(wěn)定。結(jié)合實(shí)際工程案例，表明該地區(qū)使用CFG樁復(fù)合地基具有良好的適用性。通過試樁實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工的銜接，檢測了設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)的科學(xué)性、合理性、適用性。

[1]GB 50473-2008，鋼制儲罐地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]SH/T3068-2007，石油化工鋼儲罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JGJ 79-91，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[4]閻明禮，張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京:中國水利水電出版社，2001.

Scheme Selective Preference of Foundation Treatment of 100 000 m3Oil Storage Tank and Application in Y izheng Region

Liu Ying
East-China Pipeline Design&Research Institute，Xuzhou 221008，China

This paper analyzes the geological condition，field condition and tank structure for large-scale tank foundation treatment engineering in Yizheng Region and puts forward the optimal foundation treatment scheme based on scheme comparison，i.e.the CFG pile composite foundation.It describes the application of CFG pile composite foundation in the large-scale tank foundation treatment engineering with respect to pile test，foundation construction and water-filling test，indicates problems encountered in construction and gives corresponding countermeasures.The practical case shows good adaptability of the CFG pile composite foundation and valuable experience for tank foundation construction is accumulated.

oilstorage tank；foundation treatment；CFG pile；composite foundation

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.01.012

劉影（1980-），女，江蘇徐州人，2008年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，碩士，從事管道儲運(yùn)建設(shè)工程土建配套專業(yè)設(shè)計(jì)工作。

2014-06-21