林平 朱林

摘要：CFG樁是水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁。在天然地基中設置一定比例的CFG樁體置換土體，形成CFG樁復合地基，發(fā)揮樁有較小沉降量可提供較大承載力的特點，從而提高復合地基的承載力和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：CFG樁、承載力、復合地基、油罐

前言：近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，國內(nèi)原油儲罐建設也贏來了高潮，且?guī)烊菰絹碓酱螅笮蛢迲迷絹碓綇V泛。原油儲罐的增大，受附加力影響的土層深度也隨之增大，勢必造成罐基礎的沉降較大，相應的罐底板不均勻變形也大。為控制罐基礎不均勻沉降過大而影響儲罐的正常使用，需要重點考慮地基的承載力、變形和不均勻變形，進而考慮對油罐地基進行適當處理。本文介紹的CFG樁復合地基，是我公司設計完成的大型油罐地基處理取得成功的案例。

一、 工程概況

大慶林源地區(qū)某大型原油商業(yè)儲備庫工程，由12座10X104m3外浮頂原油儲罐組成，罐體直徑80m，罐高21.8m，鋼筋混凝土環(huán)梁式基礎。上部結(jié)構(gòu)設計要求地基承載力為280Kpa，同時要求罐基礎直徑方向上的最終沉降差不大于0.004D（D為油罐內(nèi)徑），沿罐壁圓周方向任意10m弧長內(nèi)的沉降差不應大于25mm。場地工程地質(zhì)情況如下：

（1）雜填土：主要由粘性土、灰渣、碎石、磚塊組成，稍濕，松散。該層分布不連續(xù)，層厚0.50-2.00米。

（2）耕土：主要由粘性土、粉土、粉砂組成，含少量植物根系，稍濕，松散。該層分布不連續(xù)，層厚0.50-0.70米。

（3）粉土：黃褐色，局部與粉砂和粉質(zhì)粘土互層。搖振反應迅速，無光澤，干強度低、韌性低，稍濕，呈中密-密實狀態(tài)。該層分布不連續(xù)，層厚1.50-3.70米。fak=170KPa，Es=5.0Mpa。

（4）粉質(zhì)粘土：黃褐色，大部分與粉土互層。搖振反應中等，稍有光澤，干強度中等、韌性中等，呈可塑-硬塑狀態(tài)。該層分布不連續(xù)，層厚1.70-2.50米。fak=160KPa，Es=4.6Mpa。

（5）粉砂：黃褐色，局部與粉質(zhì)粘土、粉土和細砂互層。石英-長石質(zhì)，均粒，級配不良，充填粘性土，稍濕，水下飽和，呈中密狀態(tài)。該層分布連續(xù)，層厚6.60-10.00米。fak=170KPa，Es=10.0Mpa。

（5-1）粉質(zhì)粘土：黃褐色。搖振反應中等，稍有光澤，干強度中等、韌性中等，呈可塑-軟塑狀態(tài)。該層分布不連續(xù)，層厚1.70-2.50米。fak=130KPa，Es=4.5Mpa。

（6）粉質(zhì)粘土：黃褐色-灰色，無味，大部分與粉土互層。搖振反應中等，稍有光澤，干強度中等、韌性中等，呈可塑狀態(tài)，局部呈軟塑狀態(tài)。該層分布不連續(xù)，層厚0.50-4.00米。fak=130KPa，Es=4.7Mpa。

（7）粉砂：灰色，無味，大部分與粉土互層。石英-長石質(zhì)，均粒，級配一般，充填少量粘性土，飽和，呈稍密狀態(tài)。該層分布連續(xù)，層厚7.60-11.50米。fak=160KPa， Es=8.0Mpa。

（7-1）粉質(zhì)粘土：灰色，無味，搖振反應中等，稍有光澤，干強度中等、韌性中等，呈軟塑狀態(tài)。該層分布不連續(xù)，層厚0.80米。fak=130KPa，Es=4.5 Mpa。

（8）粘土：灰色，無味，搖振反應無，有光澤，干強度高、韌性高，局部有粉質(zhì)粘土夾層，呈硬塑-堅硬狀態(tài)，局部呈可塑狀態(tài)。該層分布連續(xù)，層厚3.50-8.20米。fak=240KPa，Es=7.4Mpa。

（9）粉質(zhì)粘土：灰色，無味，搖振反應中等，稍有光澤，干強度中等、韌性中等，局部有粘土夾層，呈可塑狀態(tài)。該層分布不連續(xù)，層厚1.00-6.70米。fak=190KPa， Es=5.5Mpa。

（10）粉砂：灰色，無味，石英-長石質(zhì)，級配不良，充填少量粘性土，飽和，呈密實狀態(tài)。局部有粉土夾層。該層分布連續(xù)，層厚2.70-10.00米。fak=190KPa， Es=11.0Mpa。

（11）粘土：灰色，無味，搖振反應無，有光澤，干強度高、韌性高，局部有粉質(zhì)粘土夾層，呈硬塑-堅硬狀態(tài)，局部呈可塑狀態(tài)。該層分布連續(xù)，鉆探該層最大厚度21.50米。fak=210KPa，Es=7.4Mpa。

（11-1）粉質(zhì)粘土：灰色，無味，搖振反應中等，稍有光澤，干強度中等、韌性中等，呈軟塑狀態(tài)。該層分布不連續(xù)，層厚1.00-6.70米。fak=150KPa，Es=5.5Mpa。

勘察期間，所有鉆孔均遇見地下水，其類型為潛水，水位埋深3.70-9.80米，相當于絕對標高134.02-134.50米。該地下水主要以大氣降水、地下水的逕流為補給來源。

勘察報告建議：當基礎底面持力層的強度和變形不能滿足設計要求時，可采用樁基礎，也可采用CFG樁等復合地基。

二、地基處理方案的確定

依據(jù)該場地巖土工程勘察報告，場地內(nèi)各地層天然地基承載力及壓縮模量均較低且土層厚度分布不均，土層天然地基承載力只有130kPa～170kPa。

因該場地的地質(zhì)條件限制，采用天然地基或淺層地基處理方法無法滿足儲罐對地基的承載力及差異沉降的要求。為保證儲罐安全運行，需對油罐地基進行處理。根據(jù)勘察報告給出的建議，采用鋼筋混凝土樁基礎時，其造價偏高；采用砂石樁、灰土擠密樁等柔性樁體復合地基時，土層對樁體的約束低，至使采用柔性樁復合地基的置換率高，地基處理成本高且工期長。經(jīng)討論后確定采用CFG樁復合地基的處理方法來對地基進行處理。CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）法適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基。其成本低，施工速度快，非擠土成孔對飽和粉砂擾動小，泵壓灌孔提供了足夠的樁側(cè)阻力，為本工程復合地基處理較好方法。

三、試樁檢測

檢測目的：1）、為12個10×104m3儲罐基礎復合地基設計提供依據(jù)。2）、為大面積施工檢驗提供對比數(shù)據(jù)。

擬采用復合地基處理方法的有關(guān)參數(shù)

1）、儲罐參數(shù)

儲罐內(nèi)壁直徑80m，高21.8m，新建罐場地設計標高為140.10m。

2）、復合地基處理方法

擬建罐基礎復合地基采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG）法，樁長為23.0m-25.0m、樁徑400㎜、混凝土強度C25。采用正三角形布樁，樁中心距1650mm--1750mm。

在平整碾壓后場地進行CFG樁施工，CFG樁上設置500mm厚碎石墊層作為褥墊層，褥墊層壓實系數(shù)為0.9。

CFG樁端持力層為（8）粘土層，樁端進入持力層深度800mm。

檢測工作量

本次檢測工作對6組18根樁分別進行低應變、高應變和復合地基檢測，完成工作量如下：

低應變檢測數(shù)量：18根

高應變檢測數(shù)量：18根

復合地基檢測數(shù)量：18個試驗點

低應變檢測目的：檢測樁身缺陷及其位置，判定樁身完整性類別。

高應變檢測目的：確定單樁豎向承載力特征值，檢測樁身完整性；與復合地基靜載荷試驗數(shù)據(jù)比對分析，為大面積施工檢驗提供對比數(shù)據(jù)。

復合地基靜載荷試驗：測定承壓扳下應力主要影響范圍內(nèi)復合土層的承載力和變形參數(shù)。

檢測結(jié)果如下：

樁號 載荷板面積（㎡） 復合地基承載力極限值（kPa） 沉降量（㎜） 高應變檢測極限承載力（kN） 低應變

1-1 2.65 800 26.83 1409 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

1-2 2.65 800 29.46 1370 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

1-3 2.36 960 25.57 1398 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

2-1 2.36 880 30.04 1399 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

2-2 2.36 880 30.04 1460 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

2-3 2.36 800 31.42 1453 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

3-1 2.36 960 23.54 1428 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

3-2 2.36 960 23.01 1483 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

3-3 2.36 960 25.41 1458 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

4-1 2.65 800 21.66 1432 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

4-2 2.65 800 24.31 1528 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

4-3 2.65 800 29.07 1503 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

5-1 2.65 800 23.37 1454 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

5-2 2.65 800 31.23 1561 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

5-3 2.36 960 29.85 1465 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

6-1 2.65 800 33.05 1513 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

6-2 2.65 800 28.27 1419 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

6-3 2.65 800 27.12 1502 I類樁

樁身結(jié)構(gòu)完整

結(jié)論與建議：

1、該場地地形平坦，場地分布較均勻，無不良地質(zhì)作用，場地穩(wěn)定，適宜建筑。

2、當采用正三角形布樁，樁間距<1.75m，本次檢測各測點復合地基承載力特征值fspk=400kPa。

3、當：1）、場地（3）粉土、（4）粉質(zhì)粘土做為復合地基的復合土層；2）、采用超流態(tài)混凝土樁作為CFG樁的復合地基樁長為23.0 m -25.0 m、樁徑0.4 m；3）、粘土層做為樁端持力層，樁端進入持力層不小于800㎜；4）、樁布置方式為等邊三角形布樁，樁距≤1.75m時，擬建場地各儲罐基礎下復合地基承載力特征值fspk、壓縮模量Es可采用下列值：

（3）粉土： fspk=400kPa Es=11.8Mpa

（4）粉質(zhì)粘土： fspk=400kPa Es=11.5Mpa

4.該擬建建筑物若采用CFG樁基礎，當采用超流態(tài)混凝土灌注樁時，各土層的側(cè)阻力特征值qsia和樁端阻力值qpa 可采用下表值。

地層編號 地層名稱 壓灌樁 備注

qsia （kPa） qpa（kPa）

（3） 粉土 20

（4） 粉質(zhì)粘土 22

（5） 粉砂 20 220

（6） 粉質(zhì)粘土 17

（7） 粉砂 22 280

（7-1） 粉質(zhì)粘土 12

（8） 粘土 40 650

大面積施工時可采用高應變檢測控制施工質(zhì)量。

四、CFG樁復合地基的設計

根據(jù)10X104m3外浮頂原油儲罐本身的結(jié)構(gòu)對地基的要求，結(jié)合地質(zhì)條件及現(xiàn)場試樁結(jié)果，對CFG樁的加固范圍、樁距、樁長的設計如下：

1.樁徑、樁距

根據(jù)試樁結(jié)果，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)附加壓力分布狀況對地基的影響，在布樁時劃分成三個區(qū)域：Ⅰ區(qū)為圓形區(qū)域，以罐中心為圓心，半徑為20.0m，采用正三角形布樁，樁中心距1.70m，該區(qū)內(nèi)共布513根樁；Ⅱ區(qū)為環(huán)形區(qū)域，以罐中心為圓心，內(nèi)圓半徑為20.0m，外圓半徑為39.7m，采用正三角形布樁，樁中心距1.80m，該區(qū)內(nèi)共布1277根樁；Ⅲ區(qū)在罐基礎環(huán)梁中心線下均布樁70根。所有CFG樁樁徑均為400mm。樁位布置圖見“圖1”。

圖1 10X104m3儲罐CFG樁位布置圖

2.樁長

根據(jù)地勘報告提供的地質(zhì)情況，經(jīng)計算，樁端持力層為（8）粘土層，樁端進入持力層深度不小于800mm，樁長不小于23m。

3.承載力及沉降計算

復合地基承載力特征值按下式計算：

fspk=mRa/Ap+（1-m）fsk

地基沉降按下式計算：

取其中一個罐基礎為例，該罐基礎范圍內(nèi)共布置13個鉆孔，通過程序計算，復合地基承載力特征值最小331kPa，最大378kPa，修正后復合地基承載力特征值最小377kPa，最大418kPa（與試樁結(jié)果基本吻合）；環(huán)梁處最大沉降值36.6mm，最小沉降值34.3mm，沉降差最大2.3mm，遠小于規(guī)范的要求。

4.褥墊層設計

褥墊層材料采用級配碎石，厚度為500mm，級配碎石最大粒徑不宜大于30mm。

五、沉降觀測

儲罐建成后，其基礎經(jīng)充水預壓，罐基礎環(huán)梁最大沉降35.2mm，最小沉降32.0mm，均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。該12座儲罐現(xiàn)已運行8年，使用狀況良好。

結(jié)語

1、采用CFG樁加固地基，其承載力提高明顯，加固效果顯著，從而滿足建設大型儲罐的需求。

2、CFG樁不配筋，樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰作為摻和料，大大降低工程造價。

3、CFG樁施工一般采用長螺旋鉆成孔泵送混凝土法，無鋼筋籠制作等工序，成孔成樁一次完成，施工簡便，工期短。

4、CFG樁施工時，不需泥漿護壁，沒有泥漿外運，無環(huán)境污染。

參考文獻

1） 大型儲罐基礎地基處理與工程實例，徐至鈞主編，許朝銓、黃左堅等編著，中國標準出版社，2009.05