18 000 kN?m能級強夯地基處理工程實例分析研究

何立軍

1 概述

隨著開山填海工程不斷擴大，向海洋延伸越來越遠(yuǎn)，需要處理的填土厚度也逐漸加深，從最初幾米到十幾米甚至幾十米。而強夯法作為解決填土壓實問題的高效、低廉地基處理方法，也由過去處理幾米逐漸提高到十幾米，能級也由6 000 kN?m提高到18 000 kN?m。

本文通過國內(nèi)最高強夯能級 18 000 kN?m能級地基處理工程實例，對處理厚度達(dá)到 18m～20m的廣東某港口石化儲罐地基試驗研究，以及實測和理論沉降計算綜合分析評價，提出一些結(jié)論和建議，以供類似場地工程地基處理設(shè)計施工和沉降計算時作為參考。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

廣東某沿海港口石化倉儲項目，工程用地面積約 63 131.1m2，擬建建筑物主要為 6個儲罐內(nèi)徑為 40m、設(shè)計容量為 30 000m3，以及長輸管線接收裝置區(qū)、倉庫、泵房、管廊及配套設(shè)施等組成，建筑物占地面積約29 975m2，場地設(shè)計標(biāo)高為+5.000m。

場地原為灘涂地，采用開山回填碎石土回填而成。由于填土結(jié)構(gòu)疏松且存在大空隙和孔隙，強度很低，夾雜大粒徑塊石較多，部分區(qū)域還有厚度不等的淤泥質(zhì)砂土層，地基土的抗剪強度和抗變形能力不能滿足設(shè)計要求，因此設(shè)計采用高能級強夯(18 000 kN?m處理罐下地基，8 000 kN?m處理附屬設(shè)施)對地基進(jìn)行加固處理，以提高土體的變形模量，減少沉降量，增加其抗剪強度和在底部滑移的穩(wěn)定性。

為此先進(jìn)行強夯試驗，通過試驗結(jié)果確定地基處理設(shè)計參數(shù)后進(jìn)行大面積地基處理施工，并在儲罐施工完成后進(jìn)行充水預(yù)壓監(jiān)測，并對實測沉降和計算沉降結(jié)果進(jìn)行分析比較，提出此類地基沉降計算的建議。

2.2 地層條件

根據(jù)勘察報告，本場地地層條件如下:①人工填土:雜色，松散狀，是由巖塊及砂土堆填而成，塊石粒徑一般為 10 cm～60 cm，局部粒徑大于 100 cm，巖芯呈短柱狀、碎石狀或砂土狀，骨架顆粒排列十分混亂，密實度不均勻，未完成自重固結(jié)。厚度17.5m，層地標(biāo)高為-12.53m。②-1細(xì)砂:灰黑色，灰黃色，飽和，松散狀，以細(xì)砂為主，含少量粉、中、粗砂、貝殼碎屑及有機質(zhì)。本次勘察共有14個孔揭露本層，其中，層厚 0.50 m～7.20 m，平均厚度2.47m;頂板埋深10.00m～19.50m，平均埋深15.68m;頂板標(biāo)高-14.85m～-4.74m，平均標(biāo)高-10.84 m。②-2中砂:灰色，灰黃色，飽和，松散～稍密狀，粒徑大于0.25mm的多達(dá)50%，含少量粗砂，偶夾少量圓礫，局部含有貝殼碎屑及有機質(zhì)。承載力特征值為160 kPa，壓縮模量為3.5 MPa，內(nèi)摩擦角為20°。層厚3.1m，層地標(biāo)高為-15.63m。②-3粘土:灰色，灰黃色，可塑，濕，層理不明顯，局部含較多粉砂成分，偶見卵石成分，中等壓縮性，強度中等。本次勘察共有 12個孔揭露本層，其中，層厚 0.70m～5.20m，平均厚度3.20m;頂板埋深14.00m～23.00m，平均埋深19.44m;頂板標(biāo)高-18.60m～-9.16m，平均標(biāo)高-14.48m。②-4淤泥質(zhì)砂:深灰色，灰黑色，飽和，松散狀，高壓縮性，強度低，靈敏度較大，局部含較多淤泥，以流塑狀為主，局部呈軟塑狀，含較多的有機質(zhì)及貝殼碎屑，偶見未完全炭化的植物根莖。承載力特征值為80 kPa，壓縮模量為2.0MPa，凝聚力C=10 kPa，內(nèi)摩擦角為8°。層厚3.0m，層地標(biāo)高為-18.63m。③含砂粉質(zhì)粘土:紫紅色，褐黃色，濕，硬塑狀為主，局部可塑狀，局部含較多砂礫成分，巖芯遇水易軟化。本次勘察共有 72個孔揭露本層，其中，層厚0.50m～6.90m，平均厚度2.50m;頂板埋深5.00m～24.00m，平均埋深15.89 m;頂板標(biāo)高-19.54 m～0.23 m，平均標(biāo)高-11.18m。④-5強風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖:褐黃色，裂隙極發(fā)育，巖芯呈半土半巖狀，巖芯手可折斷，局部見較多未完全風(fēng)化的巖塊。承載力特征值為600 kPa，壓縮模量為12.0MPa。層厚5.0m，層地標(biāo)高為-23.63m。④-6中風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖:青灰色，褐灰色，裂隙中等發(fā)育，巖芯呈短柱狀或碎塊狀，局部呈5 cm～25 cm短柱狀，巖質(zhì)較硬。承載力特征值為1 200 kPa。層厚1.6m，層地標(biāo)高為-25.23m，未鉆穿。

2.3 試驗設(shè)計

根據(jù)地層條件可知，本場地碎、塊石填土厚度在 18m左右，厚度比較均勻，其下為軟弱土層，厚度2m～8m不等(包括中砂、黏土、淤泥質(zhì)砂等地層)，設(shè)計采用18 000 kN?m能級強夯，主要加固碎、塊石填土，并對其下軟土產(chǎn)生一定影響。要求處理后地基承載力特征值不小于250 kPa，工后最大變形量不大于100mm。

根據(jù)以上要求，18 000 kN?m試驗施工采用五遍成夯工藝設(shè)計如下:

1)第一遍夯點施工:平錘直徑 2.4 m～2.6 m，能級為18 000 kN?m，夯點間距為 10.0m，收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均夯沉量不大于 25 cm且擊數(shù)不少于 15擊控制，具體夯點布置如圖 1所示，施工完成后及時將夯坑填平和測量標(biāo)高。

2)第二遍夯點施工:18 000 kN?m能級平錘強夯，夯點間距為10.0m，夯點位于一遍 4個夯點中心，收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均夯沉量不大于 25 cm且擊數(shù)不少于 15擊控制，施工完成后及時將夯坑填平，夯點布置如圖 1所示。施工完成后進(jìn)行場地整平，測量標(biāo)高。

3)第三遍夯點施工:8 000 kN?m能級平錘強夯，夯點位于一、二遍 4個夯點中心，收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均夯沉量不大于10 cm且擊數(shù)不少于 10擊控制，施工完成后及時將夯坑填平，夯點布置如圖 1所示。施工完進(jìn)行場地整平，測量標(biāo)高。

4)滿夯施工:第四遍為 3 000 kN?m能級滿夯，每點夯 3擊，要求夯印 1/3搭接。滿夯結(jié)束后整平場地。施工完進(jìn)行場地整平，測量標(biāo)高。

5)滿夯施工:第五遍為 1 500 kN?m能級滿夯，每點夯 3擊，要求夯印 1/3搭接。滿夯結(jié)束后整平場地。施工完進(jìn)行場地整平，測量標(biāo)高。

2.4 試驗結(jié)果分析

試驗施工完成采用多道瞬態(tài)面波測試、動力觸探(鉆探)測試和平板載荷試驗等手段進(jìn)行檢測，通過檢測結(jié)果綜合進(jìn)行分析強夯加固效果。

通過動探、靜載和面波測試，重型動力觸探難度較大，基本鉆進(jìn)為主，動探擊數(shù)大于30擊/10 cm;平板載荷試驗結(jié)果確定地基承載力特征值全部滿足250 kPa要求;面波測試18m范圍地層剪切波速基本上在 250m/s以上，地層比較均勻。根據(jù)檢測結(jié)果，整個填土層達(dá)到密實狀態(tài)。

3 充水預(yù)壓監(jiān)測結(jié)果與分析

本工程30 000m3油罐，直徑40m，在充水預(yù)壓階段環(huán)墻布設(shè)24個沉降監(jiān)測點，監(jiān)測點布設(shè)見圖 2。

對整個處理后 6個 30 000m3油罐均進(jìn)行了充水預(yù)壓監(jiān)測，平均沉降量均在40mm左右，其中T-401罐充水預(yù)壓沉降量在28mm～54mm之間，平均沉降量為43.5mm。

根據(jù)GB 50473-2008鋼制儲罐地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范地基沉降計算公式:

30 000m3油罐荷載P0取 250 kPa，計算深度從基礎(chǔ)底面至基巖頂面，T-401罐沉降計算見表 1。

表1 T-401罐計算沉降量

通過計算，罐邊緣沉降量為168.8mm，實測平均沉降量為計算總沉降量的26%，為填土層計算沉降量的80%。

其余 5個油罐計算和實測結(jié)果與 T-401罐基本一致，充水預(yù)壓實測沉降量基本相當(dāng)于填土計算沉降量的 80%。

4 結(jié)語

目前沿海碎、塊石填土地基處理范圍逐漸擴大，處理深度逐漸加深，本文通過一個采用18 000 kN?m能級強夯處理沿海油罐區(qū)工程實例分析得到以下結(jié)論:

1)采用 18 000 kN?m能級處理填土厚度超過 18m填土地基是可行的，通過施工檢測，地基處理后承載力達(dá)到250 kPa以上，能夠滿足大型油罐基礎(chǔ)的需要;地基處理后剪切波速達(dá)到 250m/s，填土達(dá)到密實狀態(tài)。2)對于碎、塊石土強夯地基沉降計算，按目前現(xiàn)行規(guī)范計算結(jié)果均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實測沉降量;通過本工程分析，充水預(yù)壓沉降量相當(dāng)于計算填土沉降量的 80%。

[1] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 水偉厚，王鐵宏，王亞凌.瑞雷波檢測10 000 kN?m高能級強夯地基[J].建筑結(jié)構(gòu)，2005，35(7):46-48.

[3] 王鐵宏.全國重大工程項目地基處理工程實錄[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[4] GB 50473-2008，鋼制儲罐地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[5] 朱均克，何立軍.強夯結(jié)合管樁在地基處理中應(yīng)用和效果分析[J].西部探礦工程，2010(3):7.