大型石化工程軟土地基強(qiáng)夯+樁基聯(lián)合處理技術(shù)

林川，馬永峰，周凱，張志豪

1.珠海市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，廣東珠海519000

2.中國(guó)石油天然氣華東勘察設(shè)計(jì)研究院巖土工程處，山東青島266071

3.淮海工學(xué)院，江蘇連云港222005

大型石化工程軟土地基強(qiáng)夯+樁基聯(lián)合處理技術(shù)

林川1，馬永峰2，周凱3，張志豪2

1.珠海市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，廣東珠海519000

2.中國(guó)石油天然氣華東勘察設(shè)計(jì)研究院巖土工程處，山東青島266071

3.淮海工學(xué)院，江蘇連云港222005

大型石化工程軟土地基處理技術(shù)十分復(fù)雜。文章以中委廣東石化2 000萬(wàn)t/a重油加工工程為背景，詳細(xì)地介紹了全場(chǎng)地強(qiáng)夯+關(guān)鍵建筑區(qū)域樁基（CFG樁或鉆孔灌注樁）處理的聯(lián)合地基處理方案，并對(duì)已經(jīng)強(qiáng)夯處理的地基進(jìn)行了檢測(cè)，基于平板載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)強(qiáng)夯處理效果進(jìn)行了分析。此外，提出要根據(jù)實(shí)際地層情況和檢測(cè)結(jié)果適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充后續(xù)措施，以達(dá)到地基承載力設(shè)計(jì)要求。

大型石化工程；地基處理；強(qiáng)夯；CFG樁；鉆孔灌注樁

0 引言

隨著我國(guó)能源需求的進(jìn)一步加大，越來(lái)越多的沿海地區(qū)及城市興建了大型煉廠。在軟弱地基上建造大型油罐，控制地基變形，尤其是控制基礎(chǔ)傾斜，成為煉廠地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。大量工程實(shí)踐表明，對(duì)于軟弱地基上的大型油罐，基礎(chǔ)不均勻沉降和傾斜是影響其正常運(yùn)營(yíng)和使用的關(guān)鍵因素。近年來(lái)，大型石化工程地基處理方面的研究工作主要有：何萍等[1]、王勇等[2]對(duì)CFG樁在大型油罐地基中應(yīng)用進(jìn)行了研究；武亞軍等[3]提出了高真空擊密+充水預(yù)壓的地基處理方案，并對(duì)實(shí)際處理效果進(jìn)行了檢測(cè)驗(yàn)證；吳嶠[4]探討了5萬(wàn)m3大型油罐地基處理方案，并以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了方案的可行性；盛志戰(zhàn)等[5]將山皮石樁+擴(kuò)頂CFG樁的多樁型復(fù)合地基處理方式應(yīng)用于大型油罐地基處理中，為大型油罐軟土地基處理提供了一種新的思路。

本文以中委廣東石化2 000萬(wàn)t/a重油加工工程為背景，詳細(xì)地介紹了全場(chǎng)地強(qiáng)夯+關(guān)鍵建筑區(qū)域樁基工程（CFG樁或鉆孔灌注樁）地基處理聯(lián)合方案，并對(duì)地基處理效果進(jìn)行了檢測(cè)與分析。

1 工程概況

中委廣東石化2 000萬(wàn)t/a重油加工工程（一期工程設(shè)計(jì)年加工原油能力2 000萬(wàn)t及相關(guān)配套的石化裝置）是中國(guó)石油和委內(nèi)瑞拉合資建設(shè)的國(guó)內(nèi)最大一次性投產(chǎn)的石化工程，廠址位于廣東揭陽(yáng)惠來(lái)縣，東臨隆江河，南臨南海，占地面積約6 km2。建設(shè)周期4年以上，投資額達(dá)500億人民幣以上，其中基礎(chǔ)及地基處理費(fèi)用近20億元，工期1年以上。

場(chǎng)區(qū)地貌單元為榕江三角洲平原，地形較平坦開(kāi)闊。根據(jù)巖土工程勘察成果，場(chǎng)區(qū)地基土主要由第四系人工填土層，第四系全新統(tǒng)的風(fēng)-水堆積層，沼澤相沉積層，海陸相交互沉積層，第四系上更新統(tǒng)的海陸相交互沉積層、沖洪積層、殘積層以及燕山期花崗巖組成。揭露巖層分別為全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層、中風(fēng)化層，局部為微風(fēng)化層。工程場(chǎng)地地層上部廣泛分布有10.0～20.0 m厚的第四系風(fēng)-水堆積粉細(xì)砂層及0.5～21.0 m厚的淤泥質(zhì)黏性土，其中②1層細(xì)砂層級(jí)配不良，以松散狀態(tài)為主，局部稍密，屬于中等液化土層；②2層粉細(xì)砂層級(jí)配不良，稍密-中密，飽和，屬于輕微-中等液化土層，局部嚴(yán)重液化；淤泥質(zhì)黏性土呈軟塑-可塑狀態(tài)，具有抗剪強(qiáng)度低、孔隙比及有機(jī)質(zhì)含量大、壓縮性高、靈敏度高及流變性強(qiáng)等不良工程特性。上述軟弱土層的處理對(duì)工程正常、安全運(yùn)營(yíng)會(huì)產(chǎn)生顯著影響，處理方案的選取和優(yōu)化亦影響項(xiàng)目的投資和工程進(jìn)度，因此場(chǎng)地軟弱土層處理已成為工程建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 地基處理方案

地基加固使建設(shè)場(chǎng)地回填土區(qū)域地基達(dá)到整體穩(wěn)定，提高原始地表淺層松散砂土的承載力，滿足一般中、小型建、構(gòu)筑物使用要求。因大型石化工程建筑物類(lèi)型多，對(duì)地基承載力、沉降變形要求呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)，使用單一的地基處理方法，會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上浪費(fèi)和施工工期延長(zhǎng)的問(wèn)題，本工程地基處理采用全場(chǎng)地強(qiáng)夯+石化建筑區(qū)域樁基處理（CFG樁或鉆孔灌注樁）的聯(lián)合處理方案，首先對(duì)全場(chǎng)地按照不同分項(xiàng)工程地基承載力等要求采用不同能級(jí)的強(qiáng)夯處理，再按照強(qiáng)夯處理效果，針對(duì)分項(xiàng)工程地基承載力等要求進(jìn)行CFG樁或鉆孔灌注樁復(fù)合地基處理。

2.1 強(qiáng)夯施工方案

采用2 000、3 000、5 000、6 000 kN·m四個(gè)能級(jí)進(jìn)行強(qiáng)夯處理，場(chǎng)地強(qiáng)夯能級(jí)和區(qū)塊劃分如圖1所示，強(qiáng)夯布置圖如圖2所示。

圖1 強(qiáng)夯能級(jí)（/kN·m）和區(qū)塊劃分

場(chǎng)地分3個(gè)區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)夯施工，各能級(jí)所采用的技術(shù)參數(shù)如下：

（1）四個(gè)能級(jí)的夯擊遍數(shù)均為：點(diǎn)夯兩遍，滿夯兩遍。

（2）四個(gè)能級(jí)的夯點(diǎn)間距：按6 m×6 m正方形方格網(wǎng)狀布置。

（3）收錘標(biāo)準(zhǔn)：2 000 kN·m和3 000 kN·m能級(jí)最后兩擊平均夯沉量小于50 mm，5 000 kN·m和6 000 kN·m能級(jí)最后兩擊平均夯沉量小于100 mm。

（4）四個(gè)能級(jí)強(qiáng)夯的間隔時(shí)間：每一遍點(diǎn)夯間隔3 d。

（5）2 000 kN·m和3 000 kN·m能級(jí)的滿夯方案為：1 000 kN·m滿夯兩遍，每點(diǎn)兩擊，錘印相互搭接1/4；5 000 kN·m和6 000 kN·m能級(jí)的滿夯方案為：2 000 kN·m與1 000 kN·m各一遍，每點(diǎn)兩擊，錘印相互搭接1/4。

（6）2 000 kN·m和3 000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯加固后設(shè)計(jì)要求：地基承載力特征值fak≥200 kPa，壓縮模量Es≥20 MPa；5 000 kN·m和6 000 kN·m能級(jí)加固后設(shè)計(jì)要求：地基承載力特征值fak≥250 kPa，壓縮模量Es≥20 MPa。

（7）四個(gè)能級(jí)強(qiáng)夯的檢測(cè)時(shí)間：夯擊完成后7 d開(kāi)始檢測(cè)。

圖2 強(qiáng)夯布置圖

2.2 CFG樁施工方案

強(qiáng)夯處理全部完成后，轉(zhuǎn)入煉廠各建筑區(qū)域的樁基處理階段。以維修站機(jī)修車(chē)間CFG樁施工為例，介紹CFG樁復(fù)合地基方法在本工程地基處理中的應(yīng)用。

維修站機(jī)修車(chē)間布置CFG樁數(shù)672根（平面示意如圖3所示），樁直徑D=400 mm，樁長(zhǎng)≥12 m，設(shè)計(jì)CFG樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，樁端進(jìn)入④1層土（細(xì)砂層）≥1.5 m（設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)及樁端進(jìn)入持力層深度應(yīng)同時(shí)滿足要求）。單樁豎向承載力特征值Ra≥400 kN，復(fù)合地基承載力特征值fak≥300 kPa。褥墊層厚度300 mm，最大粒徑＜20 mm，本工程±0.000對(duì)應(yīng)絕對(duì)標(biāo)高：8.850 m，樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為-2.900 m。CFG樁施工布置方式如圖4所示。

圖3 維修站機(jī)修車(chē)間平面示意（416 m×260 m）

圖4 CFG樁施工布置圖（樁中心距1 400 mm）

2.3 鉆孔灌注樁施工方案

以1 000萬(wàn)t/a常減壓蒸餾裝置Ⅰ期分項(xiàng)工程鉆孔灌注樁施工為例，介紹鉆孔灌注樁在本工程地基處理中的應(yīng)用。該分項(xiàng)工程平面示意如圖5所示。

圖5 常減壓蒸餾裝置在聯(lián)合裝置平面圖中的位置示意

采用分離式套管鉆機(jī)配合旋挖鉆機(jī)及潛孔錘成孔+旋挖清孔施工工藝，施工設(shè)備為全套管分離式鉆機(jī)（SWMD2512型）+180潛孔錘+南車(chē)360型旋挖鉆機(jī)，鉆孔灌注樁施工工藝流程見(jiàn)圖6。

鉆孔灌注樁是一項(xiàng)施工技術(shù)復(fù)雜、環(huán)節(jié)緊湊、質(zhì)量要求高、工序控制嚴(yán)的隱蔽工程，受自然因素和人為因素影響較大，施工中采取如下措施：

（1）技術(shù)控制措施：定位放線，保證樁位準(zhǔn)確無(wú)誤；護(hù)筒埋好后，對(duì)樁位及護(hù)筒進(jìn)行檢查；鉆機(jī)就位，開(kāi)孔驗(yàn)收，把好質(zhì)量關(guān)；成孔鉆進(jìn)過(guò)程中，檢查鉆機(jī)傾斜情況，檢查泥漿性能；清孔、終孔驗(yàn)收不合格的不準(zhǔn)移機(jī)、下籠；保護(hù)層墊塊布局不合格的進(jìn)行返工。

（2）施工工藝控制措施：鉆進(jìn)過(guò)程中依據(jù)旋挖樁機(jī)自帶GPS，經(jīng)常檢查和調(diào)整鉆桿垂直度，以保證成孔垂直度；嚴(yán)格控制泥漿池中泥漿比重，以保證孔壁穩(wěn)定性；通過(guò)特制固定插桿，一次性將鋼筋籠準(zhǔn)確定位。

（3）混凝土灌注控制措施：混凝土灌注前檢查混凝土的坍落度，滿足技術(shù)要求方可灌注；灌注過(guò)程中，及時(shí)探測(cè)導(dǎo)管內(nèi)外混凝土面高差，控制埋管深度，留足浮漿高度。

圖6 鉆孔灌注樁施工工藝流程

3 強(qiáng)夯處理效果檢測(cè)與分析

中委廣東石化2 000萬(wàn)t/a重油加工工程地基經(jīng)強(qiáng)夯施工后，對(duì)強(qiáng)夯處理效果進(jìn)行了全場(chǎng)地檢測(cè)，強(qiáng)夯檢測(cè)區(qū)域劃分情況見(jiàn)圖7。由于強(qiáng)夯檢測(cè)區(qū)塊比較多，本文僅以二聯(lián)合區(qū)塊檢測(cè)結(jié)果為對(duì)象，進(jìn)行分析。

本區(qū)域采用5 000 kN·m能級(jí)進(jìn)行強(qiáng)夯擠密加固處理，具體施工過(guò)程前文已說(shuō)明，此處不再贅述，本區(qū)域強(qiáng)夯施工于2013年1月13日完成。強(qiáng)夯后場(chǎng)地標(biāo)高9.89～11.11 m，平均10.45 m。本裝置區(qū)檢測(cè)外業(yè)工作于2013年1月1日開(kāi)始，2013年2月26日結(jié)束。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，地基檢測(cè)采用夯后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)及淺層平板靜載試驗(yàn)等方法進(jìn)行綜合對(duì)比檢測(cè)，具體工作量見(jiàn)表1。

圖7 強(qiáng)夯檢測(cè)區(qū)域劃分

表1 檢測(cè)完成工作量統(tǒng)計(jì)表

3.1 淺層平板載荷試驗(yàn)結(jié)果

按照設(shè)計(jì)要求，淺層平板靜載試驗(yàn)采用2 m2方形壓板，最大加載至500 kPa，即1 000 kN，分8級(jí)加載，單級(jí)加載荷載62.5 kPa。典型靜載試驗(yàn)P-S曲線如圖8所示。

圖8 典型靜載試驗(yàn)P-S曲線（試驗(yàn)點(diǎn)JZ1）

根據(jù)37個(gè)平板靜載試驗(yàn)點(diǎn)結(jié)果顯示，各試驗(yàn)點(diǎn)加載至最大荷載（即500 kPa）時(shí)，均未出現(xiàn)沉降急劇增大、土擠出、承壓板周?chē)黠@隆起等現(xiàn)象，最終沉降量為17.29～37.23 mm，均小于壓板寬度b的6%。各檢測(cè)點(diǎn)P-S曲線均為緩變形，根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，取最大加載量的一半與相對(duì)變形值S/b等于0.01時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載進(jìn)行比較，二者較小值作為地基承載力特征值。由此確定試驗(yàn)點(diǎn)JZ1、JZ7、JZ9、JZ18、JZ19、JZ22、JZ24、JZ28、JZ29、JZ30的承載力特征值為203～242 kPa，其他各試驗(yàn)點(diǎn)的承載力特征值均≥250 kPa，見(jiàn)圖9。

圖9 平板靜載試驗(yàn)結(jié)果

按照規(guī)范要求，同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不超過(guò)其平均值的30%時(shí)，取此平均值作為地基承載力特征值。結(jié)果顯示強(qiáng)夯后淺層土地基承載力特征值為242 kPa；變形模量離散性較大，剔除極大值后為16～28 MPa、平均為22 MPa，可結(jié)合淺層土的標(biāo)貫試驗(yàn)及靜探試驗(yàn)結(jié)果綜合確定。

3.2 鉆孔及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)本強(qiáng)夯區(qū)域進(jìn)行了112個(gè)鉆孔的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，檢測(cè)深度均為10.5 m。根據(jù)各鉆孔標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)，通過(guò)鉆桿桿長(zhǎng)修正，對(duì)各層土標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)和修正擊數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，并剔除部分異常值，計(jì)算出各層巖土參數(shù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)值和變異系數(shù)值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2，鉆孔標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖10。

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.3 靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果

按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)本強(qiáng)夯區(qū)域進(jìn)行了225個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的靜力觸探試驗(yàn)，測(cè)定各土層錐尖阻力（qc）和側(cè)壁摩阻力（fs），檢測(cè)深度均為10.5 m。對(duì)各土層錐阻和側(cè)阻進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并剔除部分異常值，計(jì)算出各層巖土參數(shù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)值和變異系數(shù)值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

3.4 檢測(cè)結(jié)果綜合分析

強(qiáng)夯地基檢測(cè)采取夯后淺層平板靜載試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行綜合檢測(cè)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果相互比對(duì)和綜合分析，得出以下結(jié)論：

（1）本檢測(cè)區(qū)域共完成37個(gè)淺層平板靜載試驗(yàn)，各檢測(cè)點(diǎn)承載力特征值平均242 kPa，變形模量平均約22 MPa。其中試驗(yàn)點(diǎn)JZ1、JZ7、JZ9、JZ18、JZ19、JZ22、JZ24、JZ28、JZ29、JZ30的承載力特征值為203～242 kPa，壓縮模量為16～20 MPa，不滿足設(shè)計(jì)要求。

表3 靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖10 檢測(cè)區(qū)域內(nèi)標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)散點(diǎn)圖

（2）強(qiáng)夯加固地基土表層為松散砂層，層厚0.20～1.70 m、平均為0.70 m。在場(chǎng)地中部面積約32 800 m2區(qū)域內(nèi)分布厚度較大，建議此區(qū)域進(jìn)行滿夯補(bǔ)強(qiáng)。

（3）強(qiáng)夯加固后檢測(cè)深度范圍內(nèi)仍存在兩層軟弱層：②2層細(xì)砂與②夾層泥炭質(zhì)土。②2層細(xì)砂在場(chǎng)地內(nèi)零星分布，層頂埋深4.20～7.70 m；②夾泥炭質(zhì)土分布于場(chǎng)地內(nèi)面積約27 600 m2區(qū)域，層頂埋深5.80～9.70 m，層厚0.30～3.10 m、平均1.10 m。對(duì)于在場(chǎng)地內(nèi)分布有該兩層軟弱層的區(qū)域，當(dāng)采用天然地基時(shí)應(yīng)考慮其不利影響。

4 結(jié)論

本文以中委廣東石化2 000萬(wàn)t/a重油加工工程為背景，詳細(xì)地介紹了全場(chǎng)地強(qiáng)夯+關(guān)鍵建筑區(qū)域樁基（CFG樁或鉆孔灌注樁）處理的聯(lián)合地基處理方案，并對(duì)已經(jīng)強(qiáng)夯處理的地基進(jìn)行了檢測(cè)與分析，得出以下結(jié)論：

（1）由于大型石化工程場(chǎng)地建筑的多樣性，導(dǎo)致地基處理十分復(fù)雜，單一地基處理方法無(wú)法滿足工程建設(shè)要求，需綜合考慮各種方案，進(jìn)行地基處理的綜合設(shè)計(jì)。

（2）強(qiáng)夯處理后檢測(cè)結(jié)果表明本工程所采用的地基處理方案在一定程度上是可行的，個(gè)別區(qū)域因地層原因，要根據(jù)實(shí)際檢測(cè)情況，對(duì)后續(xù)措施進(jìn)行調(diào)整，以保證地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求；此外，因油罐沉降是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，應(yīng)加強(qiáng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解變形動(dòng)態(tài)，確保油罐的安全運(yùn)營(yíng)。

[1]何萍，鄭俊杰.CFG樁在油罐地基處理中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2006，20（5）：26-28.

[2]王勇，呂繼承，榮增慶，等.蘭州末站大型儲(chǔ)罐CFG樁復(fù)合地基處理[J].石油工程建設(shè)，2007，33（S1）：157-161.

[3]武亞軍，章長(zhǎng)松，張孟喜.高真空擊密法油罐地基處理應(yīng)用研究[J].港工技術(shù)，2007，44（6）：44-46.

[4]吳嶠.軟弱地基上5萬(wàn)m3油罐地基處理方案選擇[J].石油工程建設(shè)，2007，33（2）：50-52.

[5]盛志戰(zhàn)，蘇振興，陳彬，等.擴(kuò)頂CFG樁在大型油罐地基處理中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué)，2013，29（1）：71-74.

Dynamic Compaction and Pile Foundation Technology for Treating Soft Foundation in L arge PetrochemicalRefinery

Lin Chuan1，Ma Yongfeng2，Zhou Kai3，Zhang Zhihao2
1.ZhuhaiCity Construction Engineering Quality Supervision and Inspection Station，Zhuhai519000，China
2.Geotechnical Engineering Department of China Petroleum East China Design Institute，Qingdao 266071，China
3.HuaihaiInstitute of Technology，Lianyungang 222005，China

Soft foundation treatment technology of large petrochemical projects is very complex.Based on the 20 Mt/a heavy oil processing project with China-Venezuela joint investment，the combined foundation treatment scheme is introduced in detail，that is dynamic compaction for whole field plus pile foundation（using CFG piles or bored grouting piles）for key architectural zones.The treated foundation by dynamic compaction is also tested.Based on the results from plate load test，standard penetration test and static cone penetration test，the compaction effect is analyzed.Besides，it is put forward that some later measures should be carried out to satisfy the design foundation bearing capacity according to actualsoillayer conditions and test results.

large petrochemicalproject；foundation treatment；dynamic compaction；CFG pile；bored grouting pile

中國(guó)石油工程建設(shè)公司科技項(xiàng)目（CPECC2011KJ22）

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.02.017

林川（1982-），男，山東日照人，工程師，2009年畢業(yè)于澳門(mén)大學(xué)巖土工程專(zhuān)業(yè)，主要從事巖土工程質(zhì)量檢測(cè)工作。

2014-07-14