儲(chǔ)油庫(kù)地基高能級(jí)強(qiáng)夯+灌注樁處理分析

馬永峰，史宣陶，周丁恒，易　禮.中國(guó)石油天然氣華東勘察設(shè)計(jì)研究院，山東青島 6607.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 600.慕尼黑工業(yè)大學(xué)，德國(guó)慕尼黑 8578.上海申元巖土工程有限公司，上海 0000

儲(chǔ)油庫(kù)地基高能級(jí)強(qiáng)夯+灌注樁處理分析

馬永峰1，史宣陶2，周丁恒3，易禮4
1.中國(guó)石油天然氣華東勘察設(shè)計(jì)研究院，山東青島 266071
2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031
3.慕尼黑工業(yè)大學(xué)，德國(guó)慕尼黑 85748
4.上海申元巖土工程有限公司，上海 200040

以珠海高欄島成品油儲(chǔ)備庫(kù)地基處理工程為例，對(duì)全場(chǎng)地18 000 kN·m高能級(jí)強(qiáng)夯+關(guān)鍵建筑區(qū)域灌注樁的地基處理方案進(jìn)行研究。在平板載荷試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探、多道瞬態(tài)面波及土工試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了18 000 kN·m高能級(jí)強(qiáng)夯加固處理效果，并完成了灌注樁的低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試、鉆芯法試驗(yàn)、超聲波透射及單樁靜載荷試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)灌注樁樁身質(zhì)量及樁基處理效果進(jìn)行了檢測(cè)與分析。分析結(jié)果表明，場(chǎng)地經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯和灌注樁加固處理后，地基承載力和壓縮模量滿足設(shè)計(jì)要求；在依托工程地質(zhì)條件下，該強(qiáng)夯能級(jí)的有效影響深度為20 m左右；此外，在實(shí)際施工中，應(yīng)注意檢測(cè)結(jié)果反映的軟弱區(qū)域，適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充后續(xù)加固措施，以達(dá)到工程設(shè)計(jì)及安全性要求。該工程地質(zhì)條件下采用的地基處理方法可為后續(xù)類似工程提供借鑒與參考。

儲(chǔ)油庫(kù)；地基處理；強(qiáng)夯；高能級(jí)；灌注樁

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，軟弱地基上的大型油罐，基礎(chǔ)不均勻沉降和傾斜是影響正常運(yùn)營(yíng)和使用的關(guān)鍵因素。強(qiáng)夯法作為地基處理常用的方法，逐漸與其他地基處理方法結(jié)合，形成綜合處理方法。近年來(lái)，許多學(xué)者采用理論分析［1-2］、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)［3-10］或數(shù)值模擬［11-12］等方法，對(duì)強(qiáng)夯法與其他地基處理方法相結(jié)合進(jìn)行了研究和工程應(yīng)用，相關(guān)研究成果仍需要在工程實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證與分析。

本文以珠海高欄島成品油儲(chǔ)備庫(kù)地基處理工程為背景，對(duì)全場(chǎng)地18 000 kN·m高能級(jí)強(qiáng)夯+關(guān)鍵建筑區(qū)域灌注樁的地基處理方案進(jìn)行了分析和研究。結(jié)果表明，場(chǎng)地經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯和灌注樁加固處理后，地基承載力和壓縮模量滿足設(shè)計(jì)要求。

1　項(xiàng)目概況

珠海高欄島成品油儲(chǔ)備庫(kù)位于珠海市南水鎮(zhèn)高欄港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)南逕灣倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)，占地面積約40萬(wàn)m2，規(guī)劃庫(kù)容130.5萬(wàn)m3。主要設(shè)施區(qū)域包括柴油罐區(qū)、汽油罐區(qū)、泵棚、污水處理廠、綜合辦公樓、汽車裝車設(shè)施區(qū)等。

場(chǎng)地以華聯(lián)油庫(kù)碼頭防波堤為界分為海域和陸域，海域回填主要由全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖塊石、碎石、礫石、粗砂堆積而成；陸域回填素填土主要為中風(fēng)化花崗巖碎石、塊石，其結(jié)構(gòu)松散，鉆進(jìn)很困難。場(chǎng)地自上而下土層分布見(jiàn)表1。

表1　　場(chǎng)地巖土分布情況

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)上的浪費(fèi)甚至影響施工工期。本工程地基處理采用全場(chǎng)地高能級(jí)強(qiáng)夯+關(guān)鍵建筑區(qū)域灌注樁處理方案，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高能級(jí)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)行灌注樁處理的設(shè)計(jì)。

2.1強(qiáng)夯方案

本文以工程場(chǎng)地北面4個(gè)5萬(wàn)m3柴油罐（1#、2#、3#、4#罐）為例進(jìn)行強(qiáng)夯處理，該區(qū)域是陸域，回填層厚度大、不均勻，下部局部深度有較厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，基巖埋藏較深，故采用18 000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯處理。

強(qiáng)夯處理過(guò)程中要求強(qiáng)夯墩體盡量穿透或擠密第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，強(qiáng)夯處理5次。第1、2次為點(diǎn)夯，夯擊能為18 000 kN·m，要求夯錘直徑為2.8 m，錘質(zhì)量25 t，點(diǎn)夯間距10 m，夯點(diǎn)布置方式為正方形，夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)試夯確定為20～26擊，夯點(diǎn)收錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊平均夯擊沉降量小于200 mm；第3次為點(diǎn)夯，夯擊能為8 000 kN·m，點(diǎn)夯間距10 m，夯點(diǎn)布置方式為正方形，夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)試夯確定為15～20擊，夯點(diǎn)的收錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊平均夯擊沉降量小于150 mm；最后采用3 000、1 000 kN·m夯擊能各滿夯1次，每夯點(diǎn)夯擊3擊，要求夯錘底面積彼此搭接1/3。由于該區(qū)域回填土層厚薄不均勻，在點(diǎn)夯時(shí)要及時(shí)填碎石料并填好，以保證擠淤置換的可靠性。填料采用外購(gòu)中風(fēng)化或微風(fēng)化石料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%，且強(qiáng)度高，粒徑不大于500 mm，以保證夯墩整體均勻密實(shí)。工程設(shè)計(jì)要求夯后地基承載力特征值≥300 kPa，壓縮模量≥25 MPa。

2.2樁基方案

本文以陸域的TK0321001C油罐（3#罐）為研究對(duì)象，給出灌注樁處理方案。灌注樁施工參數(shù)如下：基樁直徑為1 200 mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35；樁型為嵌巖灌注樁，單樁豎向承載力特征值不得小于10 000 kN；實(shí)際樁長(zhǎng)以滿足嵌固要求為準(zhǔn)，必須保證嵌入中風(fēng)化花崗巖的深度；孔底沉渣厚度不大于50 mm，樁孔偏差不大于100 mm，樁成孔經(jīng)檢驗(yàn)合格后方能澆灌混凝土。

3　強(qiáng)夯加固處理效果檢測(cè)與分析

強(qiáng)夯后土體檢測(cè)是通過(guò)淺層平板載荷試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探、鉆孔取樣及瑞利波方法完成的，4個(gè)柴油罐強(qiáng)夯檢測(cè)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，各強(qiáng)夯檢測(cè)項(xiàng)目工作量見(jiàn)表2。表2中的平板載荷主要用于測(cè)試淺層地基承載力，動(dòng)力觸探是為了檢測(cè)強(qiáng)夯加固效果，鉆孔取樣可檢驗(yàn)夯后②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的厚度和物理力學(xué)性質(zhì)變化，面波測(cè)試可檢測(cè)強(qiáng)夯的有效加固深度和場(chǎng)地均勻性?；?個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目綜合判定強(qiáng)夯效果。

圖1　強(qiáng)夯檢測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

表2　　各強(qiáng)夯檢測(cè)項(xiàng)目工作量

3.1平板載荷試驗(yàn)

每個(gè)罐設(shè)置靜載試驗(yàn)點(diǎn)3個(gè)，載荷板面積1.0 m2，最大加載量按設(shè)計(jì)要求取地基承載力特征值的2倍，即600 kPa。試驗(yàn)時(shí)，盡量保持土體的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度，試壓表面可用不超過(guò)20 mm厚度的中粗砂進(jìn)行找平。典型平板載荷-沉降量（p-s）試驗(yàn)曲線如圖2所示，12個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在最大荷載600 kPa作用下均未破壞，曲線為緩變型，無(wú)陡降段。

各試驗(yàn)點(diǎn)最大沉降量、承載力特征值對(duì)應(yīng)的沉降量、根據(jù)規(guī)范計(jì)算出的變形模量及壓縮模量試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖2　　典型平板載荷試驗(yàn)曲線

由圖3可以看出，1#、2#柴油罐的試驗(yàn)點(diǎn)最大沉降量和承載力特征對(duì)應(yīng)的沉降量要大于3#、4#柴油罐試驗(yàn)點(diǎn)最大沉降量；而1#、2#罐試驗(yàn)點(diǎn)的變形模量和壓縮模量建議值要小于3#、4#罐試驗(yàn)點(diǎn)的值，這主要是由地層條件差異所導(dǎo)致。按照巖土工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法，對(duì)壓縮模量Es統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果如下：平均值為47 MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為34 MPa。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合判定，18 000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯處理后，場(chǎng)地地基承載力特征值大于300 kPa，壓縮模量大于25 MPa，兩項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。

圖3　　各試驗(yàn)點(diǎn)平板載荷試驗(yàn)結(jié)果

3.2重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

場(chǎng)地強(qiáng)夯加固處理后，進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，依據(jù)觸探擊數(shù)判別地基土密實(shí)度，評(píng)價(jià)強(qiáng)夯加固效果。重型動(dòng)力觸探參數(shù)為：穿心錘質(zhì)量63.5 kg，落距76 cm，錘擊頻率15～30擊/min，采用自動(dòng)落錘。由于本場(chǎng)地由炸山碎石土回填而成，回填土中含有較多的中風(fēng)化花崗巖塊石，為獲得有效加固深度范圍內(nèi)的重型動(dòng)力觸探數(shù)據(jù)，試驗(yàn)配合了大量的鉆探工作。為了便于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，碎石土鉆進(jìn)深度范圍內(nèi)擊數(shù)按20擊計(jì)，砂土鉆進(jìn)深度范圍內(nèi)擊數(shù)按10擊計(jì)。

通過(guò)動(dòng)力觸探檢測(cè)，夯后平均填土厚度：1#罐為12.1 m，2#罐為11.3 m，3#罐為10.9 m，4#罐為13.7 m。夯后地面標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高基本一致，與詳勘報(bào)告對(duì)比，填土層整體下移4 m，判定18 000 kN·m強(qiáng)夯加固效果明顯。人工填土層密實(shí)度中密以上，承載力特征值不小于300 kPa，在高能級(jí)強(qiáng)夯作用下，有大量碎、塊石擠進(jìn)②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。檢測(cè)孔揭示②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土在DT1、DT7、DT10、DT11、DT12、DT13、DT17、DT18、DT19、DT20、DT21、DT12-1、DT21-1等探測(cè)點(diǎn)中分布，最小厚度0.3 m，最大厚度2.8 m。根據(jù)土工試驗(yàn)分析②層承載力特征值為172 kPa，壓縮模量5.18 MPa。下臥粉砂層和粉質(zhì)黏土承載力特征值為170～250 kPa。

3.3多道瞬態(tài)面波測(cè)試

通過(guò)多道瞬態(tài)面波測(cè)試夯后地基土波速，從而判定強(qiáng)夯加固效果和加固深度。震源采用20 lb（1lb= 0.454 kg）大錘人工錘擊地面；檢測(cè)儀器參數(shù)如下：4.5 Hz檢波器，20 m偏移距；測(cè)試參數(shù)：道數(shù)為24道，1.0 m道間距，1 ms采樣率，1 024個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)。

每個(gè)油罐下強(qiáng)夯后測(cè)試10點(diǎn)，共測(cè)試40點(diǎn)，4個(gè)柴油罐不同深度范圍內(nèi)，其等效剪切波速統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出0～6 m深度，1#和2#罐的波速相對(duì)3#和4#罐波速較低。這是由于場(chǎng)地回填土和地層的復(fù)雜性導(dǎo)致局部仍有一定差異。

表3　　不同深度范圍的等效剪切波速統(tǒng)計(jì)

4個(gè)油罐（每個(gè)油罐分別取1點(diǎn)作為典型）多道瞬態(tài)面波測(cè)試典型頻散曲線如圖4所示。其中：vr為等效剪切波速，H為巖土層深度。由圖4可知，等效剪切波速均較高，基本上在200m/s以上，結(jié)合重型動(dòng)力觸探和面波測(cè)試結(jié)果，判定巖土層深度20 m以內(nèi)場(chǎng)地較為密實(shí)。綜合靜載試驗(yàn)結(jié)果，判定本場(chǎng)地巖土層深度0～6m范圍內(nèi)地基承載力特征值均不小于300kPa。

3.4土工試驗(yàn)

本次土工試驗(yàn)主要針對(duì)②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，夯后取樣5個(gè)。從土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：經(jīng)18 000 kN·m強(qiáng)夯后，②層土物理力學(xué)指標(biāo)改善明顯，孔隙比小于1，含水量小于液限，②層定名改為粉質(zhì)黏土。含水量減少32%，孔隙比減少19%，壓縮模量提高70%，地基承載力特征值提高91%。

4　樁基處理效果檢測(cè)與分析

灌注樁處理后，采用靜載試驗(yàn)、低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試、鉆芯法試驗(yàn)機(jī)超聲波透射4種方法對(duì)灌注樁處理效果進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目為1個(gè)靜載荷試驗(yàn)、101個(gè)低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試、3個(gè)鉆芯法試驗(yàn)和7個(gè)超聲波透射。

4.1樁身質(zhì)量及完整性

圖4　　多道瞬態(tài)面波測(cè)試典型頻散曲線

樁身質(zhì)量測(cè)試采用低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試方法，測(cè)試方法為彈性波反射法。101根灌注樁經(jīng)過(guò)低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)判定：46根樁為Ⅱ類樁，其中少部分是淺部輕微缺陷，多數(shù)為樁頭以下10～13 m輕微缺陷，其他55根樁均為Ⅰ類樁（無(wú)缺陷的完整樁），Ⅰ、Ⅱ類樁占總樁數(shù)的比重分別為45.5%和54.5%。此外，隨機(jī)抽取了7根灌注樁完成超聲波透射檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示：Ⅰ類樁3根，樁號(hào)分別為26#、73#和90#；Ⅱ類樁4根，樁號(hào)分別為47#、58#、61#和96#。

充盈系數(shù)頻次分布見(jiàn)圖5，從圖5可以看出，在本工程地質(zhì)條件下，充盈系數(shù)近似于正態(tài)分布。

4.2鉆芯法試驗(yàn)

根據(jù)要求對(duì)2#、42#、78#樁進(jìn)行鉆芯取樣，每樁取芯兩孔。由于工程樁長(zhǎng)徑比較大且工程地質(zhì)復(fù)雜（局部塊石3 m以上），成孔垂直度和鉆芯孔垂直度控制難度大。僅2#樁抽芯到底，后又增加53#樁抽芯。對(duì)2#、53#、78#樁進(jìn)行了取樣做樁芯抗壓試驗(yàn)。

圖5　充盈系數(shù)頻次分布

對(duì)2#樁樁上部、樁下部、樁中間、蜂窩部位混凝土和基巖均進(jìn)行取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，共取樣9組，經(jīng)試驗(yàn)，取38.2 MPa為2#樁混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值。對(duì)53#樁樁上部、樁中間和蜂窩部位混凝土均進(jìn)行取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，共取樣9組，經(jīng)試驗(yàn)，蜂窩處抗壓強(qiáng)度最低，取其平均值34.3 MPa為上部45 m的混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值。對(duì)78#樁樁上部、樁中部、蜂窩部位混凝土均進(jìn)行取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，共取樣10組。經(jīng)試驗(yàn)，蜂窩處抗壓強(qiáng)度最低，取其平均值32.5 MPa為上部55 m的混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值。

4.3靜載荷試驗(yàn)

選取TK0321001C儲(chǔ)油罐45#樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，采用慢速維持荷載法進(jìn)行試樁，反力采用堆載方式。靜載試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖6，最大加載量為20 000 kN，最終沉降量為14.29 mm，回彈量和回彈率分別為10.75 mm和75.2%。

圖6　典型靜載試驗(yàn)曲線

由圖6可以看出，在最大荷載作用下，45#樁未發(fā)生破壞，Q-s曲線形式是緩變型，并未發(fā)生陡降，總沉降量小于40 mm；s-lgt曲線亦未發(fā)生明顯的向下彎折。根據(jù)規(guī)范確定45#單樁豎向抗壓承載力極限值不小于20 000 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值不小于10 000 kN。

5　結(jié)論

（1）基于18 000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯和灌注樁加固處理后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，高蘭島成品油儲(chǔ)備庫(kù)地基承載力和壓縮模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，該地基處理方案是可行的。

（2）本工程地質(zhì)條件下18 000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯的有效加固深度為20 m左右；經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，灌注樁充盈系數(shù)概率上符合正態(tài)分布。

（3）經(jīng)強(qiáng)夯加固處理后，地質(zhì)條件仍達(dá)不到工程設(shè)計(jì)要求的，需要根據(jù)實(shí)際檢測(cè)情況，采取后續(xù)措施進(jìn)行有效調(diào)整，以保證地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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

Analysis on Treatment Effect of Using High Energy L evel Dynamic Compaction and Bored Piles in OilDepots Foundation

MAYongfeng1，SHIXuantao2，ZHOU Dingheng3，YILi4
1.China Petroleum East China Design Institute，Qingdao 266071，China
2.China Railway Second Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031，China
3.TechnicalUniversity of Munich，Munich 85748，German
4.ShanghaiShen Yuan GeotechnicalEngineering Co.，Ltd.，Shanghai200040，China

Based on the foundation treatment engineering of the refined oil depots located in Gaolan Island，Zhuhai City，the treatment scheme of using dynamic compaction of 18 000 kN·m level for the whole petrochemical site and bored piles for the key building area was introduced in detail.Based on multi-channel transient surface wave test，heavy dynamic penetration test，plate load test and laboratory test，the compaction effect was analyzed.Low strain dynamic test，core drilling method，ultrasonic transmission and static load test of single pile were carried out.With results of those methods，bored pile quality and pile foundation treatment effect were tested and analyzed.Some conclusions have been drawn.The foundation bearing capacity and compression modulus have reached the design standard after dynamic compaction and bored pile treatment.The effective influence depth resulted from 18 000 kN·m energy level，which was about 20 m，was proposed under this geotechnical condition.Besides，some later measures should be carried out to satisfy the design foundation bearing capacity according to the soillayer condition and test results.

oildepot；foundation treatment；dynamic compaction；high energy level；bored pile

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.005

馬永峰（1981-），男，山東日照人，工程師，2009年畢業(yè)于澳門大學(xué)巖土工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事巖土工程勘察與設(shè)計(jì)工作。Email：yongfeng3146@126.com

2015-05-11；

2015-11-12