南堡油田灘海地段軟弱地基處理技術(shù)

吳旺寶

冀東油田工程監(jiān)督中心

南堡油田灘海地段軟弱地基處理技術(shù)

吳旺寶

冀東油田工程監(jiān)督中心

在灘海地段石油勘探開發(fā)過程中經(jīng)常面臨軟弱地基處理的問題。南堡油田灘海地段多采用吹填土形成軟弱地基，吹填土呈流塑狀態(tài)，天然含水率大、承載力低，常規(guī)設(shè)備無法在上面施工作業(yè)。在南堡油田3-2平臺建設(shè)中采用了開挖明溝，強(qiáng)降排水，鋪設(shè)雙向格柵并回填石碴進(jìn)行軟弱地基處理的方案。該方案可在短期內(nèi)提高地基承載力，達(dá)到大型鉆機(jī)進(jìn)場安裝條件；且成本低廉，施工速度快，能有效縮短工期。南堡3-2平臺地基處理共用時9天。經(jīng)檢測，處理后的場地能滿足大型鉆機(jī)進(jìn)場安裝所需要的承載力，達(dá)到了預(yù)期的質(zhì)量及工期目標(biāo)。

灘海地段；軟弱地基；施工；承載力

隨著石油勘探開發(fā)的重點(diǎn)由陸地轉(zhuǎn)向海洋，南堡油田灘海地帶油田地面建設(shè)工程日益增多。該區(qū)塊多采用近海新近沉積的泥砂作為吹填料，經(jīng)吹填形成作業(yè)平臺。這種吹填土表面積大，孔隙率小，一般含水處于飽和狀態(tài)。砂層的結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，失去水后地基承載力顯著增強(qiáng)，遇水后內(nèi)部結(jié)構(gòu)迅速破壞并使地基承載力減弱甚至消失[1]。在工程開工前需要進(jìn)行軟弱地基處理以適應(yīng)開發(fā)建設(shè)的需要。

1 工程概況

冀東油田南堡3-2新建平臺位于曹妃甸工業(yè)區(qū)K16+東側(cè)，占地面積為6×104m2。該平臺為新近吹填的臨時場，吹填厚度達(dá)到6 m。場地土質(zhì)主要由中、細(xì)砂組成，含泥量較少。由于剛剛吹填完，吹填砂體含水量極高，吹填土處于流動和松散狀態(tài)，極其不穩(wěn)定，呈流塑狀態(tài)，地基承載力在40 kPa以下。

根據(jù)建設(shè)單位要求，需要對該場進(jìn)行處理，工期要求10天。地基處理的目標(biāo)是地基承載力達(dá)到200 kPa以上，能夠滿足鉆井機(jī)械等大型設(shè)備進(jìn)場安裝及各類土建工程施工的需要。

2 施工方案的選擇

吹填土是一種特殊類型的軟土，具有三高一低的特點(diǎn)，即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低，一般呈軟塑到注塑狀態(tài)[2]。地基土處理的方法有多種，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2002）》給出了15種常用的地基處理方法。結(jié)合本工程的地基特性及短期內(nèi)需要達(dá)到鉆井設(shè)備進(jìn)場安裝的要求，共擬定了以下3種施工方案可供選擇：

（1）換填墊層法。該方法采用拋石擠淤進(jìn)行地基處理，拋石厚度為1.5 m，造價為540萬元，成本高。由于平臺三側(cè)為模袋，只有一條進(jìn)場路，路寬4 m，只能允許一輛施工車輛單次進(jìn)出，工期較長。

（2）攪拌法。該方法采用固化劑進(jìn)行攪拌處理，固化厚度為1 m，摻固化劑比例為30%，造價為400萬元以上，成本較高，工期較長，軟土處理效果一般。

（3）開挖明溝，強(qiáng)降排水，鋪設(shè)雙向格柵回填石碴進(jìn)行地基處理。采用該方法不但成本低廉，而且能在較短時間內(nèi)提高地基表層土的強(qiáng)度，短期內(nèi)即可達(dá)到重型設(shè)備進(jìn)場的條件。雙向塑料土工格柵是用高分子聚合物通過擠壓、成板、沖孔后再經(jīng)縱向和橫向拉伸而成。該材料在縱向和橫向上都具有很大的拉伸強(qiáng)度，這種結(jié)構(gòu)在土壤中同樣也能提供一個更為有效的力的承擔(dān)和擴(kuò)散的理想的連鎖系統(tǒng)，適應(yīng)于大面積、永久性承載的地基補(bǔ)強(qiáng)。應(yīng)用格柵把石碴填料與格柵網(wǎng)格互相鎖合在一起，形成穩(wěn)定的持力層結(jié)構(gòu)。從力學(xué)角度講，它可有效地分散載荷，并可承受一定的沖擊載荷，大大提高了整體強(qiáng)度和地基承載力，在理論上是可行的。此外，雙向塑料土工格柵適用范圍極其廣泛，可以在惡劣環(huán)境條件下施工，并能大大縮短工程建設(shè)周期。

經(jīng)綜合比較，第三個方案成本低，施工周期短，因此選擇此方案來組織施工。

3 施工方法

3.1 開挖明溝，強(qiáng)降排水

3.1.1 開挖排水溝

南堡3-2平臺東西長300 m，南北寬200 m。首先將平面分隔成50 m×50 m施工單元，在每個單元的四周開挖排水明溝，溝寬2 m左右，溝深1.0～1.5 m。每個施工單元內(nèi)的地下水靠自身的滲透壓力向四周排水溝自然排出一部分，剩余水就要靠施加外力擾動排出。

由于土體成液化狀態(tài)，初期依靠浮筒挖掘機(jī)進(jìn)行開挖作業(yè)。受土質(zhì)條件的限制，每次開挖深度不超過400 mm，對于坍塌區(qū)段要重新清理，經(jīng)多次重復(fù)開挖直至達(dá)到設(shè)計深度為止。

3.1.2 挖掘機(jī)擾動排水

因吹填砂層滲透系數(shù)小，地下水若靠自然滲出、晾曬，工期不允許，因此需要對含水層施加外力進(jìn)行擾動排水。其作用機(jī)理：吹填土成飽和狀態(tài)，在外力周期性作用擾動下，土體中孔隙水壓力驟然上升，液化后的土粒在自身重力、上覆土層壓力作用下重新排列，土的孔隙比減小，密實度增加，同時地下水涌出地表。在浮筒式挖掘機(jī)施工3天后，由于自然排水固結(jié)，地基承載力提高，改用履帶為600 mm寬的普通挖掘機(jī)進(jìn)場施工。工作方法：將挖掘機(jī)的鏟斗插入地面前后搖動1～2 min，然后向前移動挖掘機(jī)重復(fù)以上操作，地下水就會像噴泉一樣滲出地面，通過排水明溝匯集到一起，然后用水泵抽走。

為了進(jìn)一步提高地基表面硬度，使用180型推土機(jī)排壓2～3遍，將地基土中未能排出的地下水強(qiáng)力擠出，將表層土壓實，進(jìn)一步提高地面強(qiáng)度。

3.2 鋪設(shè)土工格柵

本工程采用雙向拉伸土工格柵，其型號為TGSG20-20，產(chǎn)品性能技術(shù)指標(biāo)見表1。

將場地碾壓平整，高差不大于100 mm。場地平整后鋪設(shè)格柵，縱軸向應(yīng)與主要受力方向一致，搭接寬度不小于250 mm，搭接處用16#鍍鋅鐵絲進(jìn)行綁扎。鋪設(shè)時要求平整、繃緊、順直，避免折皺或扭曲，每隔1.5～2 m用U型釘固定于地面上。共鋪設(shè)雙向拉伸土工格柵12 766 m2。鋪設(shè)完后盡量避免施工車輛和施工機(jī)械行駛或停放在已鋪好的土工格柵上。

表1 雙向拉伸土工格柵技術(shù)指標(biāo)

3.3 填筑石碴

土工格柵鋪設(shè)完后及時進(jìn)行600 mm厚石碴填筑。分層鋪墊，每次鋪墊厚度為300 mm，碾壓密實，共計回墊石碴7 660 m3。

表面不平整處用細(xì)塊石或鋼渣找平，填筑時避免對土工格柵造成破壞。

南堡3-2平臺地基處理共用時9天。經(jīng)檢測，處理后的場地能滿足大型鉆機(jī)進(jìn)場安裝所需要的承載力，達(dá)到了預(yù)期的質(zhì)量及工期目標(biāo)。

4 結(jié)語

（1）南堡3-2平臺的吹填土質(zhì)比較好，含淤泥少，排水較容易，排水后固結(jié)情況較好?？紤]到工期和投資成本的因素，采用水陸兩用的浮筒式挖掘機(jī)反復(fù)多次地進(jìn)行開挖排水溝，對場地進(jìn)行強(qiáng)力擾動迫使地下水從排水溝中排走，使表層吹填土的含水量降低，表層土更加密實，強(qiáng)度得到提高。

（2）鋪設(shè)土工格柵，利用土工格柵鎖合上面的石料，形成一個整體受力，行車時起到了分散荷載的作用，提高了地基承載力。

（3）鋪墊600 mm厚度的石碴進(jìn)行井場硬化，優(yōu)先填筑第一部鉆機(jī)就位的區(qū)域，推土機(jī)推平，分層碾壓。

（4）本方案利用土工格柵處理軟弱地基具有以下優(yōu)點(diǎn)：①進(jìn)行地基補(bǔ)強(qiáng)，使負(fù)荷得到擴(kuò)散，提高承載力，適用于灘海地段吹填土質(zhì)的軟弱地基處理；②施工方便，省時、省力，成本低廉，施工速度快，能有效縮短工期；③減少井場填筑渣石厚度，節(jié)約造價，土工格柵上面適合鋪墊大粒徑的石料，效果更好。

[1]賀仁貴．真空動力固結(jié)施工技術(shù)在吹填沙土地基處理中的應(yīng)用[J]．中小企業(yè)管理與科技，2008（35）：113.

[2]王芳，郭進(jìn)京，鄭忠成．吹填土地基處理方法的討論[J]．巖土工程界，2009，12（6）：15.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.039

吳旺寶：工程師，2007年畢業(yè)于中央廣播電視大學(xué)土木工程專業(yè)，從事地面建設(shè)和油氣儲運(yùn)監(jiān)督工作。

2015-04-17

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