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        黃土地區(qū)油田建設(shè)巖土工程技術(shù)研究及應(yīng)用

        2017-05-23 20:25:00高曉剛
        科學(xué)與財(cái)富 2016年38期
        關(guān)鍵詞:濕陷性黃土探井

        高曉剛

        摘 要:隨著隴東地區(qū)地下原油的勘探開發(fā),油田在黃土地區(qū)地面建設(shè)過程中的巖土工程技術(shù)問題日益突出。本文在介紹的區(qū)域巖土環(huán)境、地貌特征等基礎(chǔ)上,從兩年多來實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的角度出發(fā),以鎮(zhèn)涇油田的某聯(lián)合站區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn),就該區(qū)域內(nèi)巖土勘察、勘察設(shè)計(jì)以及地基處理方面的數(shù)據(jù)成果和成熟施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行論述。

        關(guān)鍵詞:濕陷性黃土;黃土地貌;探井;靜力觸探;濕陷等級;灰土擠密樁

        1.緒論

        鎮(zhèn)涇油田自2004年開始地面建設(shè),該油田區(qū)塊主要位于甘肅省東部的鎮(zhèn)原縣與涇川縣境內(nèi),該區(qū)域?qū)儆诘湫偷狞S土地貌。建成的地面廠站及設(shè)施包括:聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油脫水站、增壓站、集輸支干線、油區(qū)主干道、采油隊(duì)點(diǎn)等。

        2.區(qū)域自然地理地貌

        2.1 氣象

        鎮(zhèn)涇油田區(qū)塊為北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。降雨量年、月分布不穩(wěn)定,一般七、八、九月降水偏多。年平均氣溫8.9℃,降雨量626.7mm,蒸發(fā)量1500mm。標(biāo)準(zhǔn)凍土深度0.8m。

        2.2 黃土地貌

        該區(qū)域?qū)匐]東黃土高原溝壑區(qū),高程為1000~1420m。區(qū)域內(nèi)地貌類型根據(jù)成因及形態(tài)可分為以下三種主要類型。

        2.2.1 黃土溝間地貌

        a. 黃土塬:該區(qū)域面積大于100km2的黃土塬面有兩個,分別是聯(lián)合站所在的平泉—玉都鎮(zhèn)塬面和屯子鎮(zhèn)—上肖鄉(xiāng)塬面,海拔1280m至1420m。西北—東南走向,地勢西北高、東南低,地勢大致由西北向東南傾斜。東西坡降15‰,南北坡降3‰。黃土層厚度達(dá)150~370m。塬面區(qū)以面蝕為主,侵蝕次之。

        b. 黃土梁、黃土峁:黃土梁和黃土峁在該區(qū)域內(nèi)的涇河、洪河溝谷與黃土塬過度區(qū)域分布很廣,與黃土塬一樣,是典型的黃土堆積地貌。

        2.2.2 黃土溝谷地貌

        聯(lián)合站西北100m處和東北900m處分別發(fā)育著兩條沖溝,呈倒“V”字狀匯聚于聯(lián)合站正北2.5km處,與黃土塬面最大高差為180m。

        涇河和洪河是區(qū)域內(nèi)發(fā)育的兩條河流,洪河是涇河的支流,都可歸類于河溝。涇河河谷較為平緩,呈“U”,涇川縣城附近達(dá)2km寬。洪河在紅河鄉(xiāng)位置的縱斷面近似“V”形,溝底已切入基巖。這兩條河流與平泉—玉都鎮(zhèn)塬面的高差約為300m。

        2.2.3 黃土潛蝕地貌

        聯(lián)合站東南240m處有個上口直徑約3m,深約2.5m的不規(guī)則狀黃土潛蝕地貌,即黃土陷穴。黃土地區(qū)潛蝕性地貌有很多種,主要包括黃土碟、黃土陷穴、黃土橋、黃土胡同以及黃土柱等。

        3.巖土勘察

        3.1 探井

        在濕陷性黃土地區(qū),采?、窦壨翗拥闹饕しㄖ痪褪翘骄c@進(jìn)設(shè)備為車載洛陽鏟,屬沖擊鉆進(jìn)方法,其成孔直徑為500~600mm,滿足一個人下井取土樣的空間要求。

        但是探井也有自身的不足之處,其成孔后回填難度大;主要體現(xiàn)在深孔的回填上,往往回填密實(shí)度或密度達(dá)不到原狀土的狀態(tài)。在地表滲水或大量降雨的影響下,地下如有柱狀虛土或裂隙時,極易形成黃土地區(qū)特有的潛蝕性地貌,長時間的不斷的發(fā)育會對地面建筑物造成毀滅性的破壞。

        如果按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》的探井比例要求,即詳勘階段占取樣孔的二分之一以上,那在現(xiàn)場施工過程中必須做好回填工作。建議對二級以上重要等級的項(xiàng)目禁止人工回填,采取機(jī)械夯實(shí)的方法。對于三級的工程,可以采用人工回填,但單層回填土的厚度不宜大于500mm。

        3.2 靜力觸探

        鎮(zhèn)涇區(qū)塊聯(lián)合站、綜合服務(wù)基地區(qū)域內(nèi)的黃土塬地貌有其自身特點(diǎn),即黃土地層厚度相對較大。靜力觸探極易適合于這種深厚、較單一的地層,能夠快捷、直觀、全面的反應(yīng)出地層分布、深度以及對應(yīng)的巖土參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn),靜力觸探最深可達(dá)30m。從勘察施工周期和經(jīng)濟(jì)角度來說,這種原位測試方式無意識最適合的法方。

        需要指出的是,該區(qū)域內(nèi)第一古土壤層(古一層)含水率相對較高,局部為黏土,呈軟塑、硬塑狀,且具有膨脹特性。該層一般厚約1.5m,底部為鈣質(zhì)結(jié)核層,靜力觸探探頭一般會在該層受到較大的阻力影響。作業(yè)時要注意進(jìn)入該層時壓力表的指數(shù)變化,如果異常突出,則停止試驗(yàn)更換位置,以免損壞液壓系統(tǒng),丟失或損壞探頭。

        3.3 輕便洛陽鏟

        在鎮(zhèn)涇油田區(qū)塊,結(jié)合探井、機(jī)械鉆機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)貫入、波速測試、靜力觸探等勘察方式的基礎(chǔ)上,還加入了輕便洛陽鏟的勘察手段。

        這是由于區(qū)域內(nèi)黃土具有黏粒含量相對較低,孔隙發(fā)育強(qiáng)烈,干強(qiáng)度中等,韌性較低等特點(diǎn)的原因。輕便洛陽鏟是在場地大面積勘探過程中,結(jié)合油田地面建設(shè)中部分小型、集中的工藝裝置所探索的勘察手段,其成孔深度一般不大于15m,作為淺部地層鑒別和臨時摸排潛在不良地質(zhì)作用的快捷手段。

        4.地基處理

        黃土地區(qū)主要的特殊性巖土問題是土的濕陷性。以玉都鎮(zhèn)為中心的塬面上,其根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)得出的濕陷系數(shù) ,區(qū)域內(nèi)濕陷深度在13.0~18.7m。得出: 121.2~366mm, 465~869.3mm,對應(yīng)單孔濕陷性計(jì)算,區(qū)域內(nèi)主要都為自重濕陷性黃土場地,濕陷等級為Ⅱ~Ⅳ。

        根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》,鎮(zhèn)涇油田區(qū)域內(nèi)的建筑類型以分別為乙類、丙類、丁類三種2。結(jié)合現(xiàn)場處理經(jīng)驗(yàn),從工藝復(fù)雜程度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合對比,采用灰土擠密樁和灰土墊層法處理。以下分別就三種類別建(構(gòu))筑物對應(yīng)的地基處理方式做一介紹。

        4.1 乙類建筑

        對乙類建筑物采用灰土擠密樁整片處理2,在自重濕陷黃土場地,擠密樁不應(yīng)小于濕陷土層深度的2/3,且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于150mm。

        結(jié)合玉都鎮(zhèn)范圍內(nèi)濕陷性計(jì)算,處理厚度須達(dá)到地面以下14.70m,同時滿足處理后的復(fù)合地基承載力大于180kPa,這樣既有擠密樁間土,消除濕陷性作用,同時可提高地基土強(qiáng)度。成孔后孔內(nèi)采用消石灰與土體積配合比2:8或3:7灰土回填夯實(shí),其壓實(shí)系數(shù)不宜小于0.97,樁頂標(biāo)高以上灰土墊層小于3.0m時,壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.95;大于3.0m時,其超過3.0m的部分壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97。根據(jù)已有施工經(jīng)驗(yàn),當(dāng)樁身灰土壓實(shí)系數(shù)不小于0.97,樁間土的最小擠密系數(shù)不小于0.90時,復(fù)合地基承載力特征值可達(dá)200kPa。

        4.2 丙類建筑

        丙類建筑,當(dāng)?shù)鼗鶟裣莸燃墳棰蠡颌魰r2,地基處理厚度分別不應(yīng)小于3m或4m,且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200mm。

        對于丙類建筑也采用灰土擠密樁法進(jìn)行處理方法,同樣結(jié)合玉都鎮(zhèn)范圍內(nèi)濕陷性計(jì)算,灰土擠密樁樁達(dá)到地面以下9.70m,即可滿足下部未處理土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200mm的丙類建筑要求。成孔后孔內(nèi)采用拌合均勻的2:8或3:7灰土回填夯實(shí)。樁頂標(biāo)高以上應(yīng)設(shè)置300~500mm厚的2:8灰土墊層,壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.95。樁體的壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97。

        4.3 丁類建筑

        丁類建筑物在標(biāo)注規(guī)范上未明確規(guī)定,但鑒于濕陷性黃土對上部建筑物的影響,勘察設(shè)計(jì)過程中提出,對于丁類建筑物在地基處理方式上用灰土墊層法,換填厚度最少滿足3.00m,即用3:7灰土進(jìn)行分層夯實(shí),回填至基礎(chǔ)底面標(biāo)高。當(dāng)控制墊層質(zhì)量的壓實(shí)系數(shù)不小于0.97時,灰土墊層的承載力特征值可取200kPa,灰土墊層強(qiáng)度可滿足上部荷載要求。經(jīng)灰土墊層處理地基后,尚應(yīng)采取建筑措施、結(jié)構(gòu)措施和基本防水措施。

        5. 結(jié)論

        本文是從黃土地區(qū)油田地面建設(shè)局部區(qū)塊的角度,以巖土勘察以及勘察設(shè)計(jì)中實(shí)際操作、室內(nèi)試驗(yàn)、計(jì)算和地基處理經(jīng)驗(yàn)為主要內(nèi)容,做了論述,以供技術(shù)交流。

        參考文獻(xiàn):

        [1]謝宇平. 第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)及地貌學(xué). 地質(zhì)出版社.

        [2]羅宇生等. 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范. 中國建筑工業(yè)出版社.

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