王 浩，劉明輝，馬景坤

1中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

2中油管道建設(shè)工程有限公司，河北 廊坊

1.前言

石油儲罐基礎(chǔ)對地基的承載力要求包括2個方面。首先，用作石油儲罐的地基不能產(chǎn)生超標(biāo)的不均勻沉降，一旦儲罐基礎(chǔ)產(chǎn)生了不均勻沉降，儲罐罐體將產(chǎn)生傾斜，嚴(yán)重時將導(dǎo)致儲罐傾倒、燃油泄漏、人員傷亡及環(huán)境污染等事故；其次，儲罐基礎(chǔ)的均勻沉降也要在規(guī)定的范圍內(nèi)，有些石油儲罐罐體與進(jìn)出油接管之間為硬性連接，一旦均勻沉降超出標(biāo)準(zhǔn)，儲罐管嘴處所受應(yīng)力超標(biāo)，就會發(fā)生管嘴斷裂，造成燃油泄漏及環(huán)境污染事故。石油行業(yè)對軟質(zhì)地基的處理方法通常有水泥樁法、碎石樁法和墊層法[1] [2]。換填法是墊層法中的一種類型，是實際施工過程中應(yīng)用比較廣泛的地基處理方法，筆者對粒徑0～40 mm路基碎石換填在石油儲罐地基改良中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

2.粒徑0～40 mm路基碎石的適用范圍

粒徑0～40 mm路基碎石適用范圍廣泛，適用于淤泥質(zhì)土、素土回填土質(zhì)、強(qiáng)風(fēng)化土暗溝地質(zhì)、濕陷性黃土等地質(zhì)條件。換填前需對換填部位進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)勘查，以確定地質(zhì)條件和換填深度。材料選取要經(jīng)過對采石場實地考察，對換填料要進(jìn)行系列實驗，確保換填材料換填后能夠滿足承載力及沉降要求。

3.換填的寬度和厚度計算

換填厚度應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場勘查結(jié)果及罐基礎(chǔ)對地基承載力的設(shè)計要求確定，如換填部位軟土層的深度、下臥層的承載力情況等。儲罐基礎(chǔ)一般為環(huán)形條狀基礎(chǔ)(見圖1)。

Figure 1.The diagrammatic sketch of stress distribution within replacement layer圖1.換填層內(nèi)部應(yīng)力分布示意圖

換填后地基承載力關(guān)系式如下：

式中：fz為換填后的地基承載力，kPa；pz為墊層底面處附加壓力設(shè)計值，kPa；pcz為墊層底面處土的自重壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

根據(jù)簡化的壓力擴(kuò)散角法，條形基礎(chǔ)的計算公式如下：

式中：b為矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底邊的寬度，m；Z為基礎(chǔ)底面下墊層的厚度，m；pk為基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa；θ為墊層的壓力擴(kuò)散角，(°)。

換填寬度：

式中：b′為墊層的底面寬度，m。

4.施工要點分析

1) 基槽基坑底部處理。基槽開挖深度要根據(jù)勘查報告及設(shè)計要求進(jìn)行，開挖至設(shè)計深度后要進(jìn)行釬探，確保開挖后基槽底部與勘查結(jié)果一致，同時將基槽清理至原始地層，如出現(xiàn)基槽超挖情況，嚴(yán)禁將原土進(jìn)行二次回填壓實。根據(jù)設(shè)計坐標(biāo)、標(biāo)高等信息進(jìn)行罐中心放線及回填料底層寬度放線，確?；A(chǔ)墊層位置正確。

2) 層間換填厚度控制。為保證后續(xù)灑水及碾壓效果，每層攤鋪厚度應(yīng)小于300 mm [3]。

3) 灑水量控制。灑水量要根據(jù)前期實驗室試驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)場壓實情況進(jìn)行確定和調(diào)整。根據(jù)經(jīng)驗，回填料含水率在8%左右能達(dá)到較好的施工效果。對回填料進(jìn)行灑水時要保證均勻，壓實和灑水2種工序間要有1至2 h的時間間隔，以便保證水分能充分滲透。

4) 壓實施工控制。壓實施工過程中，第一遍壓實要用靜壓的方式即壓路機(jī)不開啟震動模式，以保證小粒徑顆粒不會因震動沉淀至回填層底部而影響最后壓實效果。第二遍采用低振幅碾壓。第三遍開啟高振幅碾壓。為保證施工質(zhì)量和進(jìn)度，建議使用20 t以上壓路機(jī)進(jìn)行施工。

5) 壓實度檢測控制。因換填厚度較深，為確保整體換填施工效果，要針對每層換填進(jìn)行壓實度試驗，檢測方法建議采用核子密度儀法。根據(jù)要求壓實度應(yīng)大于97%。最后的表面層除要做壓實度試驗外，還應(yīng)采用平板靜載荷試驗對地基承載力進(jìn)行核實驗證。

5.換填實例應(yīng)用分析

某罐區(qū)項目，因場地限制，單罐高度設(shè)計達(dá)到23 m，對地基承載要求在250 kPa以上。前期地質(zhì)勘查報告顯示，地表以下1～1.5 m為素土回填且為壓實，地基承載力僅為125 kPa；素土下層為原土層，地基承載力為200 kPa，層厚約1～1.5 m；第3層為強(qiáng)風(fēng)化巖，地基承載力為300 kPa。根據(jù)設(shè)計要求，基坑需開挖至第3層強(qiáng)風(fēng)化巖位置。根據(jù)換填寬度、厚度及應(yīng)力擴(kuò)散角計算方法，得到換填施工圖(見圖2)。

Figure 2.The diagram of tank foundation replacement圖2.儲罐基礎(chǔ)換填施工圖

換填施工過程中，嚴(yán)格按照回填料選取方法及設(shè)計要求和施工規(guī)范進(jìn)行施工，每層也嚴(yán)格按照質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制。最終試驗數(shù)據(jù)顯示，粒徑0～40 mm路基碎石換填施工完全滿足設(shè)計要求。

6.結(jié)語

粒徑0～40 mm路基碎石應(yīng)用于儲罐地基換填施工中具有材料選取簡單、采購方便等明顯優(yōu)勢。經(jīng)實際項目驗證，粒徑0～40 mm路基碎石能滿足較高地質(zhì)條件的換填需要。