華衛(wèi)君，莫鼎革

1.浙江省工程勘察院，浙江寧波315012

2.中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江寧波315207

軟土地基上大型石化裝置基樁選型試驗研究

華衛(wèi)君1，莫鼎革2

1.浙江省工程勘察院，浙江寧波315012

2.中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江寧波315207

寧波某煉化項目位于新圍墾的海涂地上，該地區(qū)是典型的沿海軟土地基，工程地質(zhì)條件差，天然地基承載力低，沉降變形大，必須采用樁基礎(chǔ)才能滿足石化裝置對地基承載力及沉降變形的要求。文章在現(xiàn)場載荷試驗的基礎(chǔ)上，對3種樁型9根試樁的樁頂荷載-沉降數(shù)據(jù)以及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行了對比分析。試驗結(jié)果表明：樁端位于砂土的鉆孔灌注樁的豎向承載力易受成樁質(zhì)量的影響，承載力大小離散性大，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是經(jīng)濟性最優(yōu)的樁型。

軟土地基；基樁選型；載荷試驗；石化裝置

0 引言

軟土地基具有天然含水量高、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(zhì)很差的淤泥質(zhì)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(shè)的速度、質(zhì)量與安全在很大程度上取決于地基處理質(zhì)量，如果地基處理不當(dāng)不僅浪費資金，延誤工期，還將嚴(yán)重影響工程建成后的正常運轉(zhuǎn)。

目前較為成熟的地基加固方法主要有樁基和軟基處理兩大類。其中軟基處理由于深度有限，一般只適用于荷載不大、對沉降變形要求不是很嚴(yán)的堆場及倉庫室內(nèi)地坪等，而對于荷載較大、對沉降變形要求較高的建構(gòu)筑物，必須采用樁基礎(chǔ)。由于施工工藝、對土層的適用條件不同，選用同等樁長、樁徑而樁型不同的基樁會產(chǎn)生不同的承載力，樁型選擇不當(dāng)將導(dǎo)致工程造價的提高和資源的浪費，因此選擇合適的樁型顯得尤為重要。

1 工程概況

擬建工程位于浙江省寧波市，工程建設(shè)場地系由海涂地新近圍墾而成，成陸時間短，軟土層深厚，淺部無良好的天然地基持力層。為滿足石化裝置的建設(shè)需要，本工程擬采用樁基礎(chǔ)。

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，勘探深度范圍內(nèi)的地基土由上至下，依據(jù)地質(zhì)年代可分為8層，各土層分布及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 地基土分布及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

1.2 基樁選型由于樁基礎(chǔ)具有豎向承載力大、沉降變形小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在軟土地區(qū)被廣泛應(yīng)用，鎮(zhèn)海煉化也不例外。根據(jù)廠區(qū)一期、二期工程及國家石油儲備基地等建筑物的沉降變形觀測資料分析[1]，采用樁基處理后的建筑物沉降量一般可控制在3~5 cm以內(nèi)，完全滿足設(shè)計使用要求。經(jīng)過多年來的工程實踐，本區(qū)常用的樁型主要有鋼筋混凝土預(yù)制方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁及鉆孔灌注樁三種。但不同的樁型，

其成樁工藝、施工周期、使用功能、工程造價上會有較大的差異，因此，在具體工程設(shè)計時，樁型的選擇顯得尤為重要[2]，必須綜合考慮建（構(gòu)）筑物的技術(shù)要求、樁的受力特征、經(jīng)濟性、場地施工環(huán)境條件等各方面的因素。一般來說，對于水平力或抗拔力要求較大的高聳構(gòu)筑物，以采用實心的預(yù)制方樁或大直徑鉆孔灌注樁為宜，而對于承受豎向抗壓力為主的低層建筑物或小型設(shè)備基礎(chǔ)，宜采用較為經(jīng)濟的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)。

1.3 試驗方案設(shè)計

為了對各種樁型進行準(zhǔn)確的承載力及經(jīng)濟技術(shù)比較，在工程現(xiàn)場進行了一系列的基樁靜載荷試驗。所有試樁均采用③1層中密狀粉砂作為樁端持力層，其中混凝土預(yù)制方樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁采用錘擊法施工，樁的入土深度為18.3 m，樁端進入持力層1.8 m；鉆孔灌注樁采用正循環(huán)法成孔，樁的入土深度為18.7 m，樁端進入持力層2.2 m。試樁設(shè)計參數(shù)見表2，所有試樁入土后的休止期均達(dá)到28 d以上齡期。

本次試樁加載反力裝置采用錨樁橫梁反力架，每根試樁的反力均由4根錨樁提供。靜載試驗采用自動測控系統(tǒng)，其中分級加載、卸載過程中的荷載大小由油壓千斤頂及與之相連的壓力傳感器進行測控，樁頂沉降則采用4只高精度電測位移計自動測量記錄。試驗方法執(zhí)行相關(guān)規(guī)范[3]，全部試樁均采用慢速維持荷載法，并加載至樁基極限破壞狀態(tài)。

2 各種樁型的現(xiàn)場對比試驗

從試驗所取得的Q-S曲線（見圖1~3）可以看出，所有試樁破壞特征明顯，表明地基土已經(jīng)達(dá)到剪切破壞狀態(tài)，因此，按照規(guī)范[4]所確定的單樁極限承載力及試樁成果見表2。

表2 單樁豎向抗壓極限承載力及經(jīng)濟比較

圖1 預(yù)制方樁荷載與沉降實測曲線

圖2 預(yù)應(yīng)力管樁荷載與沉降實測曲線

圖3 鉆孔灌注樁荷載與沉降實測曲線

3 各種樁型試驗成果的分析比較

3.1 各樁型承載性能的分析對比

單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值是樁基設(shè)計的基本依據(jù)，通過對圖1~3及表2的分析，不難看出，鋼筋混凝土預(yù)制方樁承載力最大，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁次之，鉆孔灌注樁最低。進一步分析發(fā)現(xiàn)，對于樁周和樁端面積基本相近、樁端入土深度相同的混凝土預(yù)制方樁與預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，其單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值比較接近，單位表面積所獲取的承載力基本一致，反映了同樣都是預(yù)制樁的共同特性。而鉆孔灌注樁的承載力則明顯偏低，單位面積所獲取的承載力僅為預(yù)制樁的53%左右，經(jīng)綜合分析，認(rèn)為造成鉆孔灌注樁承載力偏低的主要原因是樁底沉渣過厚，由于本區(qū)樁端持力層為中密狀粉砂，該層粉砂為含水層，水量較大，且具有承壓性，承壓水頭標(biāo)高為2.0 m左右，鉆孔灌注樁在成孔過程中，樁端砂土在孔隙承壓水的作用下及鉆頭對砂土的擾動，容易使樁端砂土松馳，加之沉渣的影響，導(dǎo)致樁端承載力不能充分發(fā)揮。另外，鉆孔灌注樁成孔時在孔壁形成的泥皮對樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮也有一定的影響。

3.2 各樁型沉降特性的分析對比

從試樁實測數(shù)據(jù)、荷載與沉降變形關(guān)系曲線可以看出，各類樁在極限荷載作用下，樁頂所對應(yīng)的總沉降量存在一定的差異，同為預(yù)制樁的鋼筋混凝土預(yù)制方樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，其樁頂平均沉降量分別為20.8 mm和19.0 mm，即20 mm左右，比較接近；而鉆孔灌注樁的樁頂平均沉降量為37.4 mm，一般達(dá)40 mm以上，是預(yù)制樁的2倍左右。從鉆孔灌注樁的單樁試驗結(jié)果來看，三根試樁的樁頂沉降差異較大，這主要是由于樁端沉碴厚度不一致造成的，這也從另一個側(cè)面反映了鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量難以控制的問題。相比之下，預(yù)制樁成樁質(zhì)量穩(wěn)定，能有效控制建筑物基礎(chǔ)的絕對沉降和差異沉降。

從樁頂卸載后的回彈率測試結(jié)果可見，管樁的回彈率相對較高，鉆孔灌注樁的回彈率相對較低，表明管樁在樁頂荷載作用下樁身的彈性變形相對較大。

3.3 各樁型的經(jīng)濟性對比

根據(jù)試驗實測資料，按照目前的市場價格進行測算，混凝土預(yù)制方樁要取得9.8 kN承載力大致需要23.8元；預(yù)應(yīng)力混凝土管樁價格相對較低，約為17.3元/9.8 kN；鉆孔灌注樁經(jīng)濟性較差，約為54.4元/9.8 kN，價格是預(yù)制方樁的2.3倍，是預(yù)應(yīng)力管樁的3.1倍。

通過對比分析不難看出，單純從經(jīng)濟上考慮，采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁最為經(jīng)濟，預(yù)制方樁次之，而鉆孔灌注樁經(jīng)濟性則較差。

4 樁型選擇的綜合分析

根據(jù)試樁結(jié)果，并結(jié)合工程特點、場地工程地質(zhì)條件及環(huán)境條件，經(jīng)過綜合分析比較，得出如下結(jié)論：

（1）混凝土預(yù)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，而且質(zhì)量比較穩(wěn)定，施工技術(shù)可靠，經(jīng)濟較為合理。對于本區(qū)的地層情況，無論是短樁還是長樁基礎(chǔ)，均具有很強的適應(yīng)性。特別是廠區(qū)普遍使用的短樁方案，采用③層粉砂作為樁端持力層，樁長20 m左右，為單節(jié)樁，減少了接樁的時間和費用，可以大大縮短施工周期，加快工程建設(shè)進度，確保工程質(zhì)量。

（2）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(jīng)濟性。但對于本工程場地上部以軟土為主的第四紀(jì)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(xiàn)場，樁孔底清孔質(zhì)量和水下混凝土澆灌質(zhì)量較難控制等缺點。

（3）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與混凝土預(yù)制方樁相比，價格上略為便宜。但對于抗震設(shè)防烈度7度地區(qū)，建筑物所承受的水平荷載較大，而管樁的水平承載力及抗拔力恰恰較低，容易造成樁身剪切破壞。針對該地區(qū)的地質(zhì)條件及工程特點來說，管樁的適應(yīng)性相對較低，但對于荷載不是很大的低矮建筑物及小型泵基礎(chǔ)，還是具有較好的經(jīng)濟性的。但從技術(shù)上考慮，石油化工裝置多數(shù)為高聳建筑物，對地基的沉降變形十分敏感，對樁基礎(chǔ)的抗拔力和抗水平力要求高，而管樁雖然具有較高的抗壓性能，但抗拔力和抗彎性能均較差，在水平力作用下極易發(fā)生斷樁事故，往往不能滿足石油化工裝置高聳建筑物的設(shè)計要求。因此，針對場地工程地質(zhì)條件及工程特點，鋼筋混凝土預(yù)制方樁在經(jīng)濟技術(shù)上具有較大的性價比優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中。

5 結(jié)論

基于現(xiàn)場靜載荷試驗結(jié)果，并結(jié)合長期以來該地區(qū)的工程實踐，對混凝土預(yù)制方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁及鉆孔灌注樁進行了客觀的分析比較，綜合場地工程地質(zhì)條件及工程特征分析，認(rèn)為鋼筋混凝土預(yù)制方樁綜合性價比最高，且質(zhì)量容易控制；鉆孔灌注樁綜合性價比最差，且成樁質(zhì)量不易控制。

[1]華衛(wèi)君，唐宏康．鎮(zhèn)海煉化擴建800萬噸/年煉油工程新建裝置樁基靜載荷試驗報告[R].寧波：浙江省工程勘察院，2001.

[2]許國平.軟土地基上多高層建筑樁基的選型與設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，1999（12）：36-40.

[3]J GJ 106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[4]J GJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

LoadTestsforTypeSelectionofFoundationPileofLargeScale Petrochemical EquipmentonSoftFoundation

Hua Weijun1，Mo Dingge2
1.Zhejiang Engineering Prospecting Institute，Ningbo 315012，China
2.Sinopec ZhenhaiRefining&ChemicalCompany，Ningbo 315207，China

A refinery project is located in the new reclaimed tideland in Ningbo，which is the typical coastal soft soil foundation with low bearing capacity and large settlement deformation，so pile foundation must be used to meet the requirements of foundation bearing capacity and the settlement deformation of the equipment. Based on the field load tests，the analysis and comparison on the load-settlement data of 9 piles（divided into 3 kinds）as well as the technical and economic indexes are conducted.The results show that the vertical bearing capacity of the bored grouting piles with its tip in sand are affected more easily by the pile quality，and theirbearing capacities have a large discrete range；the prestressed concrete pipe-piles are most economical.

soft soilfoundation；type selectionof pile foundation；load test；petrochemicalequipment

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.03.010

華衛(wèi)君（1963-），男，浙江臺州人，高級工程師，2010年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）土木工程專業(yè)，主要從事巖土工程勘察及試驗研究等工作。

2014-09-20