周小明

(青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071)

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源的需求也越來(lái)越大，不少沿海城市開始興建大型石油煉廠，煉廠工程成功與否，地基處理是最關(guān)鍵的一環(huán)。油罐地基處理方式包括強(qiáng)夯法、強(qiáng)夯置換法及各種類型的樁基(CFG樁、鉆孔灌注樁或振沖碎石樁等)［1-4］。強(qiáng)夯置換法是20世紀(jì)80年代法國(guó)Menard公司將用于軟弱地基土處理的強(qiáng)夯法改進(jìn)得來(lái)，和強(qiáng)夯法一樣，強(qiáng)夯置換法具有經(jīng)濟(jì)、快速的特點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)強(qiáng)夯置換法處理軟弱地基進(jìn)行研究，鄭凌逶等［5-6］分別采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)手段，對(duì)強(qiáng)夯置換碎石運(yùn)動(dòng)機(jī)制和成墩過(guò)程進(jìn)行了分析與研究;徐東升等［7-9］分別就強(qiáng)夯置換處理海相淤泥軟土、松軟土及鹽漬土的效果進(jìn)行相關(guān)研究;此外，劉紅軍等［10］從孔壓監(jiān)測(cè)角度，對(duì)強(qiáng)夯置換和砂井－強(qiáng)夯處理飽和軟土地基試驗(yàn)進(jìn)行了研究，該文獻(xiàn)是少有的強(qiáng)夯置換和其他地基處理方法的比較研究。目前關(guān)于強(qiáng)夯置換的研究主要以單層為研究對(duì)象，少部分研究涉及分層強(qiáng)夯置換。在某些特殊地質(zhì)條件下，如巖溶狀況，單層強(qiáng)夯置換可能無(wú)法滿足處理要求，需考慮實(shí)施分層強(qiáng)夯置換。目前，在油罐地基處理上已經(jīng)有分層強(qiáng)夯置換的實(shí)施案例。

1 工程背景

本文依托某煉化工程項(xiàng)目，該工程建成后，可年產(chǎn)1000萬(wàn)t煉油。該工程地質(zhì)條件復(fù)雜，并伴生有不同形態(tài)及規(guī)模的溶洞，所形成的地下架空結(jié)構(gòu)一定程度上破壞了巖體完整性，使巖體強(qiáng)度降低、巖石滲透性增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)頂板坍塌，突水、涌砂及突泥等情況，對(duì)于地基來(lái)說(shuō)，最直接的后果是不均勻沉降，從而危害工程建設(shè)。

2 地基處理方案設(shè)計(jì)

雙層強(qiáng)夯置換法具體施工順序?yàn)?①開挖→②強(qiáng)夯置換→③回填→④再次強(qiáng)夯置換，其施工分為上下2層。先開挖到軟弱層上表面，再進(jìn)行強(qiáng)夯置換加固處理，底層處理并通過(guò)檢測(cè)后，在上層回填土采用強(qiáng)夯置換或半置換加固地基直至設(shè)計(jì)標(biāo)高，依托工程中某油罐地基處理采用雙層強(qiáng)夯處理:底層采用8000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯置換處理，頂層8000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯半置換處理。

2.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

1)底層8000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯置換參數(shù) 夯錘直徑2.3～2.5m;單擊夯能8000kN·m;夯點(diǎn)布置:第1遍4.5m×4.5m正方形，第2遍在第1遍夯點(diǎn)相鄰4點(diǎn)的中心處，第2遍整體呈梅花形布置;夯擊次數(shù)為2～3次，夯點(diǎn)每次夯擊數(shù)為3～5擊;累計(jì)夯沉量≥6.5m;累計(jì)填料量≥30m3;塊石墩直徑≥2.5m;墩長(zhǎng)≥4.5m;夯坑深度超過(guò) 2.5m 且起錘困難時(shí)停夯、回填石料后再夯;第3遍滿夯，單擊夯能2000kN·m，夯印搭接 1/3布點(diǎn)，夯點(diǎn)擊數(shù) 3擊。停夯標(biāo)準(zhǔn):最后2擊平均夯沉量小于150mm時(shí)停夯;累計(jì)夯擊數(shù)15～20擊。

2)頂層8000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯半置換具體參數(shù)單擊夯擊能采用8000kN·m，第1遍夯點(diǎn)6m×6m正方形布置，第2遍夯點(diǎn)布置在第1遍夯點(diǎn)相鄰4個(gè)點(diǎn)的中心處，第1遍夯點(diǎn)和第2遍夯點(diǎn)整體呈梅花形布置，每遍夯擊次數(shù)以最后2擊平均夯沉量不大于150mm控制或不少于15擊。第3遍單擊夯擊能采用4000kN·m，4.24m ×4.24m 正方形布置，第3遍夯點(diǎn)布置在第1、2遍夯點(diǎn)每4個(gè)呈方形布置的夯點(diǎn)中心處，夯擊次數(shù)以最后2擊平均夯沉量不大于50mm控制或不少于12擊。當(dāng)夯坑深度超過(guò)2.0m且出現(xiàn)起錘困難時(shí)停止夯擊、回填石料后再次夯擊。第4遍滿夯，單擊夯能2000kN·m，夯印搭接1/3布點(diǎn)，夯點(diǎn)擊數(shù)3擊。

2.2 處理效果要求

底層、頂層強(qiáng)夯置換處理后有效加固深度、地基承載力特征值及壓縮模量要求如下:①底層有效加固深度≥6m，且底層不小于①層耕植土及其以上的回填土層合計(jì)深度，地基承載力特征值≥250kPa，壓縮模量≥16MPa;②頂層有效加固深度≥6m，地基承載力特征值≥250kPa，壓縮模量≥16MPa。

2.3 檢測(cè)方案及布置

為驗(yàn)證雙層強(qiáng)夯置換處理后地基承載能力和變形特性，底層強(qiáng)夯置換后，進(jìn)行夯間土重型動(dòng)力觸探和夯墩超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn);頂層強(qiáng)夯半置換后進(jìn)行夯間土重型動(dòng)力觸探、夯墩超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)及復(fù)合地基和夯墩靜載荷試驗(yàn)。

3 地基處理效果分析

3.1 底層強(qiáng)夯置換后

底層8000kN·m強(qiáng)夯置換后夯間土重型、夯墩超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后擊數(shù)N隨深度分布曲線如圖1所示，由圖1可知:夯間土重型動(dòng)力觸探修正后擊數(shù)大部分在4～8擊范圍內(nèi)，在深度分布上較均勻，其中最大擊數(shù)為14擊;夯墩超重型動(dòng)力觸探修正后擊數(shù)大部分為4～8擊，在深度分布上較均勻，其中最大擊數(shù)為12擊。根據(jù)規(guī)范和手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)可知，由每個(gè)點(diǎn)位的夯間土和夯墩動(dòng)力觸探檢測(cè)結(jié)果可計(jì)算出該點(diǎn)位的復(fù)合地基承載力特征值和壓縮模量。4個(gè)點(diǎn)位的復(fù)合地基承載特征值和壓縮模量深度分布曲線如圖2所示，由圖2可知:檢測(cè)深度0～6m范圍內(nèi)地基承載特征值范圍為250～270kPa(大部分深度位置地基承載力特征值測(cè)值為250kPa)，壓縮模量范圍為16～20MPa(大部分深度位置壓縮模量測(cè)知為16MPa)，滿足處理要求。

圖1 底層8000kN·m強(qiáng)夯置換重型和超重型動(dòng)力觸探數(shù)N分布曲線

圖2 底層8000kN·m強(qiáng)夯置換地基承載力特征值和壓縮模量深度分布曲線

3.2 頂層強(qiáng)夯置換后

3.2.1 (超)重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

頂層8000kN·m強(qiáng)夯置換后夯間土重型、夯墩超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后擊數(shù)N隨深度分布曲線如圖3所示，由圖3可知:夯間土重型動(dòng)力觸探修正后擊數(shù)范圍為4～16擊，在深度分布上離散性較大，其中最大擊數(shù)為16擊;夯墩超重型動(dòng)力觸探修正后擊數(shù)大部分為4～10擊，深度上離散性較大，其中最大擊數(shù)為10擊。根據(jù)規(guī)范和手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)可知，由每個(gè)點(diǎn)位的夯間土和夯墩動(dòng)力觸探檢測(cè)結(jié)果，可計(jì)算出該點(diǎn)位的復(fù)合地基承載力特征值和壓縮模量。3個(gè)點(diǎn)位的符合地基承載特征值和壓縮模量深度分布曲線如圖4所示，由圖4可知:檢測(cè)深度0～6m范圍內(nèi)地基承載特征值范圍為250～270kPa(大部分深度位置地基承載力特征值測(cè)值為250kPa)，壓縮模量范圍為16～20MPa(大部分深度位置壓縮模量測(cè)知為16MPa)，滿足處理要求。

圖3 頂層8000kN·m強(qiáng)夯置換重型和超重型動(dòng)力觸探數(shù)N分布曲線

圖4 頂層8000kN·m強(qiáng)夯置換地基承載力特征值和壓縮模量深度分布曲線

3.2.2 靜載試驗(yàn)

頂層強(qiáng)夯半置換后分別完成1個(gè)點(diǎn)位的復(fù)合地基靜載試驗(yàn)和1個(gè)點(diǎn)位的單墩靜載試驗(yàn)，根據(jù)靜載試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果，繪制p-s試驗(yàn)曲線，復(fù)合地基和單墩靜載荷試驗(yàn)曲線如圖5所示。復(fù)合地基靜載試驗(yàn)具體試驗(yàn)結(jié)果:最大沉降量為13.30mm，地基承載力特征值為250MPa，變形模量為124MPa;單墩靜載試驗(yàn)具體試驗(yàn)結(jié)果最大沉降量為17.26mm，地基承載力特征值為350MPa，變形模量為129MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以某石油煉化工程油罐地基處理為依托，以現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)為手段，對(duì)分層強(qiáng)夯置換處理效果詳細(xì)分析，初步結(jié)論與建議如下。

1)場(chǎng)地經(jīng)過(guò)底層和頂層8000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯半置換處理后，檢測(cè)深度范圍內(nèi)底層和頂層的地基承載力和壓縮模量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，土體工程特性得到一定程度改善，說(shuō)明該方法可行且有效。

圖5 復(fù)合地基和夯墩靜載試驗(yàn)曲線

2)底層8000kN·m強(qiáng)夯置換和頂層8000kN·m強(qiáng)夯半置換的有效加固深度均≥6m，滿足設(shè)計(jì)要求。

3)本文對(duì)分層強(qiáng)夯置換方法加固處理巖溶地基效果進(jìn)行檢測(cè)與分析，還存在一定局限性。首先，地基處理對(duì)象為單一油罐地基;其次，只對(duì)設(shè)計(jì)要求的深度范圍進(jìn)行處理后效果檢測(cè)，無(wú)法準(zhǔn)確判別實(shí)際有效加固深度。希望在今后的工作中針對(duì)不同地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)要求深度以下的檢測(cè)及更多的檢測(cè)方法等方面進(jìn)行進(jìn)一步補(bǔ)充完善。

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