預(yù)應(yīng)力管樁在大型化工裝置中的應(yīng)用

張景田 張偉光

中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林 132002

1 概述

某公司130kt/a丙烯酸及酯裝置依托老廠建設(shè)，為目前國(guó)內(nèi)丙烯酸及酯生產(chǎn)規(guī)模最大的裝置，總占地面積43720m2。工程主要包括：丙烯酸及酯單元；罐區(qū)單元；原料及成品裝卸單元；公用工程輔助單元。設(shè)備包括塔類(lèi)、罐類(lèi)、泵類(lèi)等，其中R101、R102氧化反應(yīng)器和R411、R412酯化反應(yīng)器單臺(tái)重量都超百?lài)?。主裝置工藝布置為128m(長(zhǎng))×16m(寬)×23.5m(高)，南北向平臺(tái)各懸挑2.0m：底層為封閉鋼筋砼框架、上部為敞開(kāi)四層鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)；內(nèi)設(shè)工藝管線層、周?chē)贾盟^(qū)。所有設(shè)備通過(guò)管線都與框架內(nèi)外的塔、罐相連。主裝置平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 主裝置平面布置圖

2 地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)描述

該場(chǎng)地地形平坦，地面標(biāo)高在34.95～36.10m之間。地貌類(lèi)型屬于渾河沖積階地，土層從上至下：

①雜填土：由耕土、建筑垃圾等組成，分布連續(xù)，厚度0.5～3.7m。

②粉質(zhì)粘土：黃褐色，可塑。分布不連續(xù)，最大厚度3.2m。

②-1粉質(zhì)粘土：灰、黑褐色，可塑。分布不連續(xù)，最大厚度2.9m。

②-2弱泥炭質(zhì)土：黑色，軟塑。分布不連續(xù)，最大厚度2.0m。

③中砂：灰褐色，飽和松散。分布連續(xù)，厚度0.4～3.5m。

③-1粉質(zhì)粘土：灰褐色，流塑。分布不連續(xù)，最大厚度0.8m。

④中粗砂：黃褐色，飽和中密，部分地段為礫砂夾層。分布連續(xù)，厚度0.4～3.9m。

⑤粉質(zhì)粘土：黃褐色，可—硬塑。分布連續(xù)，最大揭露厚度12.6m。

地下穩(wěn)定水位標(biāo)高30.54～32.70m。

2.2 承載力參數(shù)

② 粉質(zhì)粘土：地基承載力特征值fak=160 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsia=35.44 kPa。

②-1粉質(zhì)粘土：地基承載力特征值fak=120 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsia=20.76 kPa。

②-2弱泥炭質(zhì)土：地基承載力特征值fak=50 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsia=12.35 kPa。

③ 中砂：地基承載力特征值fak=140 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsia=28.72 kPa。

③-1粉質(zhì)粘土：地基承載力特征值fak=130 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsia=18.0 kPa。

④ 中粗砂：地基承載力特征值fak=280 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsia=32.4 kPa，樁端阻力特征值qpa=3821 kPa。

⑤ 粉質(zhì)粘土：地基承載力特征值fak=200 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsia=37.2 kPa，樁端阻力特征值qpa=1534 kPa。

3 單樁豎向承載力估算

3.1 估算方法

根據(jù)沈陽(yáng)市《靜壓管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)定》，單樁豎向承載力特征值按經(jīng)驗(yàn)公式估算：

Ra=Up∑ηsqsiaLi+ηpaqpaAp

式中，Up為樁身外周長(zhǎng)，m；qsia為樁側(cè)阻力特征值，kPa；Li為第i層土厚度，m；qpa為樁端阻力特征值，kPa；Ap為樁尖水平投影面積，m2；ηs為樁側(cè)阻力對(duì)應(yīng)土層埋深修正系數(shù)，根據(jù)土層埋深取用，一般為0.8～1.2；ηp為樁端阻力對(duì)應(yīng)土層修正系數(shù)，根據(jù)樁尖入土深度取用，一般為0.8～1.33。

由于④中粗砂層厚度不均勻且較薄，不宜作為樁端持力層，所以用⑤粉質(zhì)粘土層作為樁端持力層。

據(jù)此采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖預(yù)應(yīng)力混凝土管樁PHC-AB300(70)-11，樁端不另設(shè)樁尖。

故，

Up=πd=0.942 m

3.2 估算結(jié)果

選擇工程的24個(gè)勘探點(diǎn)見(jiàn)圖2。

圖2 勘探孔及靜載試驗(yàn)樁平面布置圖

運(yùn)用上述公式進(jìn)行估算，限于篇幅，現(xiàn)僅列出9個(gè)勘探點(diǎn)的結(jié)果：

勘探孔1：

Ra=0.942×(0.8×35.44×0.8+0.8×28.72×

1.6+0.9×32.4×3.9+1.0×37.2×0.9)+

1.1×1534×0.0707=314 kN

勘探孔4：

Ra=0.942×(0.8×20.76×0.8+0.8×35.44×

1.7+0.9×28.72×0.7+0.9×32.4×2.4+

1.0×37.2×0.9)+1.1×1534×0.0707=292 kN

勘探孔8：

Ra=0.942×(0.8×35.44×1.9+0.8×28.72×

1.6+0.9×32.4×2.7+1.0×37.2×0.9)+

1.1×1534×0.0707=310.4 kN

勘探孔9：

Ra=0.942×(0.9×28.72×3.5+0.9×32.4×1.9+1.0×37.2×0.9)+1.1×1534×0.0707

=288.2 kN

勘探孔13：

Ra=0.942×(0.8×35.44×2.1+0.9×28.72×

1.8+0.9×32.4×1.5+1.0×37.2×0.9)+

1.1×1534×0.0707=292 kN

勘探孔16：

Ra=0.942×(0.8×20.76×0.8+0.8×35.44×

1.3+0.9×28.72×1.1+0.9×32.4×3.0+1.0×37.2×0.9)+1.1×1534×0.0707=307.3 kN

勘探孔17：

Ra=0.942×(0.8×20.76×1.6+0.9×28.72×

1.3+0.9×32.4×2.6+1.0×37.2×0.9)+

1.1×1534×0.0707=278.9 kN

勘探孔21：

Ra=0.942×(0.8×20.76×2.4+0.9×28.72×

1.1+0.9×32.4×2.1+1.0×37.2×0.9)+

1.1×1534×0.0707=272.9 kN

勘探孔24：

Ra=0.942×(0.8×20.76×2.2+0.9×28.72×

1.5+0.9×32.4×2.4+1.0×37.2×0.9)+

1.1×1534×0.0707=287.7 kN

根據(jù)估算結(jié)果看，扣除雜填土后，結(jié)合施工中送樁措施，有效土層下單樁豎向承載力特征值可取300 kN。

單樁豎向承載力特征值不是很高，且存在差異，分析其原因：①表層回填土較厚；②樁周土側(cè)阻力較小且分布不均。

根據(jù)裝置基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)等級(jí)，單樁豎向承載力特征值應(yīng)由擬建地靜載試驗(yàn)確定。

4 靜載試驗(yàn)

按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》及《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，對(duì)圖2中的A、B、C、D、E非工程樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)。

4.1 試驗(yàn)條件

采用3000 kN靜壓樁機(jī)作為反力結(jié)構(gòu)，試樁加荷采用2000 kN千斤頂施加壓力，用安裝在千斤頂上的油壓表讀取施加的豎向荷載，利用安裝在試樁上的兩塊大量程位移百分表觀測(cè)試樁的沉降。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

利用靜壓法將A、B、C、D、E試驗(yàn)樁PHC-AB300(70)-11送入，經(jīng)過(guò)規(guī)定的休止時(shí)間，開(kāi)始靜載試驗(yàn)。單樁豎向靜載試驗(yàn)Q-S曲線，見(jiàn)圖3。

圖3 5個(gè)試驗(yàn)樁的Q-S曲線圖

單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果表

根據(jù)以上靜載試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄Q 規(guī)定，由于試樁承載力特征值極差不超過(guò)30%，故單樁豎向承載力特征值為465 kN。但考慮化工裝置的重要性，最終采用沈陽(yáng)巖土工程技術(shù)測(cè)試開(kāi)發(fā)中心給出的單樁豎向承載力特征值為400 kN。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)裝置按沈陽(yáng)巖土工程技術(shù)測(cè)試開(kāi)發(fā)中心給出的預(yù)應(yīng)力管樁單樁豎向承載力特征值為400 kN[PHC-AB300(70)-11]進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)，總計(jì)樁數(shù)972根。歷時(shí)一個(gè)半月施工，所有預(yù)應(yīng)力管樁都靜壓到位，爆樁率不到1.0%。

(2)樁豎向承載力特征值必須經(jīng)過(guò)靜載試驗(yàn)確定，經(jīng)驗(yàn)公式估算只是一個(gè)參考值，單樁豎向承載力特征值由300 kN提高到400 kN，樁基礎(chǔ)造價(jià)節(jié)省33.3%。

(3)裝置于2007年7月正式投產(chǎn)，平穩(wěn)運(yùn)行至今，經(jīng)過(guò)對(duì)重要設(shè)備基礎(chǔ)沉降觀測(cè)，基礎(chǔ)沉降非常小，符合裝置運(yùn)行需要。