強夯法處理7萬m2非均勻回填粉質(zhì)黏土地基

嵇轉(zhuǎn)平

（中國石化建筑設(shè)計技術(shù)中心站，河南 洛陽 471003）

1 概述

某石化原油罐區(qū)工程由4座10萬m3原油儲罐和兩座5萬m3原油儲罐及附屬配套設(shè)施組成。擬建場址位于丘前坡洪積扇裙谷地，地形地貌變化十分復(fù)雜。原地形北高南低，場地由東向南有一條沖溝，經(jīng)人工回填形成了3個泥塘，場地內(nèi)還發(fā)現(xiàn)地下有防空洞。當整平場地達到設(shè)計標高時，形成半開挖、半回填的不均勻地基。為了提高填方區(qū)地基的強度和抗不均勻變形能力，設(shè)計采用高能級強夯方案對地基進行加固處理。強夯處理后，綜合檢測結(jié)果表明：采用8000 kN·m高能級強夯處理方案是可行的，處理效果顯著，地基承載力標準值fk≥250 kp，變形模量Eo≥20 MPa，而且節(jié)約了大量工程投資，施工竣工經(jīng)檢測合格后順利交付安裝單位施工。原油儲罐建成后經(jīng)充水滿載測試，環(huán)墻基礎(chǔ)沉降低于油罐地基基礎(chǔ)施工及驗收規(guī)范規(guī)定值。

2 工程地質(zhì)概況

挖方區(qū)開挖土層主要為粉質(zhì)黏土，最大厚度約10 m，其次為碎石土和石英巖，兩者的最大厚度均不超過2.5 m。

填方區(qū)場平標高達到41.0 m后，地基土自上而下依次為：

（1）素填土層：①褐黃色、松散、主要由粉質(zhì)黏土組成，厚度0～10 m。

（2）素填土層：①－1、灰褐色、松散、由石英巖碎石及粉質(zhì)黏土組成，含少量磚塊，為近期回填，主要分布在場地西側(cè)U型溝谷內(nèi)，厚度1.0～1.5 m。

（3）含礫粉質(zhì)黏土、褐黃色、稍濕、巖芯呈短柱狀，1～3 cm石英礫石含量 15%～20%，一般呈強風(fēng)化，該層在場地局部分布，多呈夾層出現(xiàn)，厚度0.5～1.5 m，fk＝240 kPa。

（4）粉質(zhì)黏土：黃褐色、稍濕、可塑～埂塑，巖芯呈短柱狀，可見鐵錳質(zhì)結(jié)核及浸染，大面積分布，層厚1.8～5.0 m，fk＝250 kPa。

（5）碎石土：黃褐色、中密，1～5 cm石英碎石含量60%～70%，一般中等風(fēng)化，次棱角狀，其孔隙由粉質(zhì)黏土充填，大面積分布，fk＝360 kPa。

（6）砂礫石混土：黃褐色、松散、2～5 cm砂礫含量60%～70%，次棱角狀～次圓狀，分布在西南部沖溝河床邊緣，層厚2.5～5.5 m，fk＝360 kPa。

場地原始地貌的西南部沖溝河床邊有緣有地下水出露，其埋深3.5 m。場地地質(zhì)剖面見圖1。

3 地基處理方案的選擇

本工程主要是針對素填土層①（褐黃色、松散、主要由粉質(zhì)黏土組成，厚度0～10 m）和素填土層①－1（褐色、松散、由石英巖碎石及粉質(zhì)黏土組成，含少量磚塊，為近期回填，主要分布在場地西側(cè)U型溝谷內(nèi)，厚度1.0～1.5 m）進行加固處理。

根據(jù)本工程的具體情況，設(shè)計人員認為復(fù)合地基或樁基方案雖然工程應(yīng)用普遍，技術(shù)成熟可靠，但本場地回填土中混有大塊建筑垃圾和爆破后回填的大塊巖石，且地下巖脈走向難以確定，預(yù)計成樁有一定困難，施工難度大，造價高，施工周期長，不適宜本場地地基處理。目前，高能級強夯方案在一些工程中取得成功效果，本庫區(qū)場地絕大部分區(qū)域填土的厚度和設(shè)計處理深度均在強夯有效處理范圍之內(nèi)。對局部回填土厚度超過10 m的區(qū)域可分兩層進行強夯。本方案施工周期短，工程造價低，適宜本場地地基處理。

圖1 典型地質(zhì)剖面圖

4 強夯設(shè)計及說明

根據(jù)場區(qū)內(nèi)回填土厚度，絕大部分填土區(qū)標高達到41 m時進行強夯，無須分層。場地西南部回填土超過10 m的區(qū)域，除了回填土以外，原狀土地基承載力不能滿足設(shè)計要求，設(shè)計分兩層進行強夯，第一層起夯面標高為33.0 m，第二層起夯面標高與場地其他區(qū)域相同，為41.0 m。

4.1 33.0 m標高層強夯

本層采用3500 kN·m能級強夯，共分四遍進行施工，其中三遍為3500 kN·m能級點夯，一遍為1500 kN·m滿夯。點夯以最后兩擊的平均夯沉量小于5 cm作為宏觀控制依據(jù)。最后一遍滿夯2擊。

點夯間距為3.5 m×3.5 m。第一遍點夯的布置形式為7.0 m×7.0 m正方形，第二遍在第一遍相鄰的4個夯點間插點，第三遍在第一遍相鄰的兩個夯點間插點。滿夯的夯印彼此搭結(jié)1/3。

4.2 41 m層標高層強夯

本層大面積采用8000 kN·m能級強夯，共分四遍進行施工，其中第一、第二遍主夯點的能級為8000 kN·m，第三遍輔助夯點的能級3000 kN·m，第四遍滿夯能級為1500 kN·m。第一、二遍夯點以最后兩擊的平均夯沉量小于8 cm作為宏觀控制依據(jù)，第三遍輔助夯點以最后兩擊的平均夯沉量小于5 cm作為宏觀控制依據(jù)，第四遍滿夯2擊。

點夯間距為4.5 m×4.5 m，第一遍點夯的布置形式為9.0 m×9.0 m正方形，第二遍在第一遍相鄰4個夯點中間插點，第三遍在第一遍相鄰的兩個夯點中間插點。滿夯的夯印彼此搭結(jié)1/3。

5 對特殊區(qū)域的處理措施

對沖溝的處理措施：首先清除沖溝內(nèi)的植被、垃圾及表層耕植土，然后分層回填，并借助土方運輸和推土機等施工機械碾壓，每層厚度不大于0.7 m，回填標高達到大面積填土標高。

對泥塘的處理措施：首先對原始泥塘的范圍進行了勘察，確定泥塘實際邊界，然后進行排水和清淤，進行了排水清淤后，最后分層回填，并借助土方運輸和推土機等施工機械碾壓，每層厚度不大于0.7 m，回填標高達到大面積填土標高。

對防空洞的處理措施：首先用挖掘機探明地下防空洞的走向并開挖，開挖排水通道排除洞內(nèi)積水，然后分層回填，并借助土方運輸和推土機等施工機械碾壓，每層厚度不大于0.7 m，回填標高達到大面積填土標高。

6 強夯施工概況

6.1 試驗性施工

從單點夯試驗施工情況看，場地回填土含水量較高，回填土結(jié)構(gòu)松散，當連續(xù)夯擊到5～6擊時，發(fā)生因夯坑太深而起錘困難的問題，質(zhì)量工期都有可能受到影響，因此大面積施工時需要對原設(shè)計參數(shù)進行適當調(diào)整，即強夯施工遍數(shù)由四遍調(diào)整為六遍，每遍主夯點分兩次完成。夯擊數(shù)控制標準為：第一次強夯夯坑深度控制≥2.5 m且以不吸錘為準。第二次回填碎石土后，最后兩擊的平均沉降量小于8 cm。夯點間距及夯點布置形式不變。

6.2 大面積施工情況

大面積施工以試驗性施工確定的施工工藝為依據(jù)，兩遍主夯點第一次施工以夯坑深度作為控制標準，當夯坑深度≥2.5 m時，進行粗骨料回坑，并整平場地，然后進行原夯點再強夯，直至以達設(shè)計控制標準。第二次強夯的夯沉量如果達不到控制標準，向夯坑內(nèi)繼續(xù)填加粗骨料并再次強夯，直至滿足設(shè)計要求。

本場地有一臺10萬m3原油儲罐布置在1/4面積出露基巖、3/4的面積為原狀土的區(qū)域，地基土水平方向和垂直方向差異性均很大，經(jīng)計算，不均勻沉降量超出規(guī)范規(guī)定值，不能滿足使用要求，因此對罐基基巖部分進行了松動爆破，挖除后重新回填并用土進行2000 kN·m能級進行滿夯處理，形成褥墊，以達到控制差異沉降的目的。

有一臺5萬m3原油儲罐布置在一半位于控方區(qū)，一半位于填方區(qū)的區(qū)域，填方區(qū)回填土經(jīng)過8000 kN·m強夯處理達到了設(shè)計要求，而挖方區(qū)原狀土因含水量較高，處理后經(jīng)檢測，地基土的物理力學(xué)指標達不到設(shè)計要求，采用兩遍3000 kN·m能級主夯和一遍1500 kN·m能級滿夯重新進行了處理。處理過程中，主夯點同樣采取首先控制夯坑深度，其后回填級配碎石，再進行夯擊，控制最后兩擊沉降量不大于5 cm。

7 處理效果檢測評價

7.1 33 m標高層檢測結(jié)果

本層的檢測手段為標準貫入試驗和室內(nèi)土工試驗，共布置5個鉆孔，試驗深度5.3 m，在試驗深度范圍內(nèi)，標貫擊數(shù)平均值介于10～12擊之間。根據(jù)原位和室內(nèi)土工試驗結(jié)果，本層強夯處理后，地基承載力標準值fk＝250 KPa，壓縮模量Es≥15 MPa，滿足設(shè)計要求。

7.2 41 m層檢測結(jié)果

本層強夯區(qū)共布置載荷試驗9臺，布置標準貫入、取土試驗共23個孔，對罐基還增加了淺層物探檢測，完成7875個物理點。

強夯地基綜合檢測結(jié)果，見表1、表2和圖2。

表1 強夯地基載荷試驗結(jié)果匯總表

表2 強夯地基標準貫入試驗結(jié)果統(tǒng)計表

圖2 載荷試驗p－s曲線

根據(jù)檢測結(jié)果，認為強夯處理后地基承載力標準值fk＞250 kPa，地基整體均勻，滿足設(shè)計要求。

8 經(jīng)濟技術(shù)指標對比分析

新增原油罐區(qū)填土地基采用強夯法加固地基，按保守的計算方法統(tǒng)計，比擠密碎石樁復(fù)合地基加固方案節(jié)省投資約 850萬元，并大大縮短施工工期，經(jīng)濟和社會效益十分顯著。

9 結(jié)束語

（1）強夯地基綜合檢測表明，加固后的地基承載力標準值fk＞250 kPa，滿足設(shè)計要求。

（2）根據(jù)靜載試驗結(jié)果推算，處于挖填方交界處的地基差異沉降最大，其值為2‰，滿足規(guī)范要求。

（3）罐體建成后經(jīng)充水試驗，環(huán)墻基礎(chǔ)沉降小于規(guī)范規(guī)定值，試水成功。

（4）對特殊區(qū)域如沖溝泥塘等應(yīng)進行特殊處理。

（5）對細顆粒土尤其是松散的回填土用強夯法處理時，當含水量較高時，應(yīng)及時調(diào)整施工參數(shù)或添加粗骨料等措施。

綜上所述，該工程地基采用強夯法進行加固處理是成功的，加固效果良好。